CN106059036A - 移动电子设备用外壳 - Google Patents

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CN106059036A CN201610127261.9A CN201610127261A CN106059036A CN 106059036 A CN106059036 A CN 106059036A CN 201610127261 A CN201610127261 A CN 201610127261A CN 106059036 A CN106059036 A CN 106059036A
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福井笃
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Abstract

本发明提供一种即使在照度降低而使太阳能电池组件的输出电压降低的情况下，也能够一边操作移动电子设备一边高效地进行发电的移动电子设备用外壳。该移动电子设备用外壳(200A)具有能够得到如下特性的太阳能电池组件(220)：在以JIS规定的标准状态使用太阳能模拟器进行测量的情况下，在照度与开路电压的关系中，当照度从100mW/cm2降低至1mW/cm2时，开路电压的电压下降幅度为0.2V以下，照度为1mW/cm2时的开路电压为0.55V以上，在以收纳有移动电子设备的状态使用时，太阳能电池组件位于移动电子设备用外壳的与显示面相反的一侧的背面侧，并且露出到外部。

Description

移动电子设备用外壳
技术领域
本发明涉及移动电子设备和移动电子设备用外壳。
背景技术
近年来，已知有对以智能手机等为代表的移动电子设备进行充电的、具有太阳能电池(以下称为“太阳能电池组件”)的充电器(有时也被称为太阳能充电器)。充电器通常包括太阳能电池组件和对负载或蓄电池供给电力的充电电路。例如专利文献1～3公开了这样的充电器。
专利文献1公开了如下充电器，其包括：收纳移动电子设备的主体外壳；以露出到外部的方式安装于该主体外壳的背面的太阳能电池组件；和补充来自太阳能电池组件的电力的蓄电池。采用该充电器，能够容易地将移动电子设备安装于其主体外壳，并且能够在安装于主体外壳的状态下使用移动电子设备。此外，在将其主体外壳翻到背面的状态下太阳能电池组件被太阳光照射，由此能够将太阳能电池组件产生的电力供给到蓄电池。
专利文献2公开了一种具有设置于壳体的太阳能电池组件和蓄电池的可折叠的移动电子设备。该太阳能电池组件以在移动电子设备折叠了的状态下被太阳光照射的方式配置于壳体。该移动电子设备具有检测紫外线的照度的紫外线传感器。在专利文献2的移动电子设备中，根据紫外线传感器检测出的照度的大小，控制是否将来自太阳能电池组件的电力供给到蓄电池。采用该移动电子设备，能够抑制在太阳光的照度较低时太阳能电池组件以较低的转换效率发电。
专利文献3公开了一种具有色素敏化太阳能电池组件和能够与移动电子设备进行外部连接的适配器的充电器。采用该充电器，在室内照明灯或屋外的日光下，能够以较高的转换效率对被外部连接的移动电子设备充电。
然而，根据充电器或使用移动电子设备的状况，被照射到太阳能电池组件的光量发生变化，所以太阳能电池组件的输出电压发生变动。例如在阴天时和晴天时，被照射的光量相差较大，其输出电压变动较大。此外，如果充电器或移动电子设备相对于太阳光倾斜，则太阳能电池组件的受光面上的照度发生变化，其输出电压会发生大的变动。
以往，在太阳能电池组件的领域中，很重视怎样能够以有限的设置面积获得较高的发电量。因此，对于太阳能电池组件的转换效率，至今为止进行了大量讨论。例如非专利文献1对色素敏化太阳能电池组件的屋外发电效率与以往的硅太阳能电池组件相比较地进行了论述。但是，至今为止没有人关注照度与太阳能电池组件的输出电压的关系。
太阳能电池组件的转换效率基于使用太阳能模拟器由JIS标准(JISC 8914)规定的标准状态(空气质量(AM)：1.5，模拟太阳光的照度：100mW/cm2，太阳能电池组件温度：25℃，光入射方向：与单体的受光面正交的方向)下得到的电力计算。然而，照度100mW/cm2在日本相当于夏至中天时获得的光量，能够得到这样的照度值的状况非常稀有。此外，如果照度降低，则对负载或蓄电池供给电力的充电电路的转换效率降低几乎是没有争议的。特别是，伴随照度降低，太阳能电池组件的输出电压降低，结果充电电路的转换效率降低，而对此一直没有人关注。本申请发明人最新发现伴随照度变化的输出电压的变动对充电电路的转换效率产生影响，特别是开路电压的大幅降低对充电电路的转换效率产生较大影响的技术问题。
图1表示太阳能电池组件的输出电压(开路电压)的照度依存性。图1的横轴是对数轴，表示照度(mW/cm2)，纵轴表示开路电压Voc(V)。图中，示出了使用太阳能模拟器由JIS标准规定的标准状态下测量得到的各种太阳能电池组件的结果。多晶硅太阳能电池组件(以下称为“p-Si组件”)的测量结果用“◆”绘制，色素敏化太阳能电池组件(以下称为“DSC组件”)的测量结果用“■”绘制，低照度对应色素敏化太阳能电池(以下称为“低照度对应DSC组件”)的测量结果用“▲”绘制。在后文中详细说明低照度对应DSC组件。另外，作为参考，专利文献3中公开的DSC组件的输出电压用“●”绘制。
基于该结果可知，太阳能电池组件不论种类都具有随着照度降低开路电压降低的特性。此外可知，在照度降低的情况下，与p-Si组件相比，DSC组件和低照度对应DSC组件的开路电压更高。这样，伴随照度降低，太阳能电池组件的输出电压发生大的变动。其结果，在使用充电器想要直接对内置于移动电子设备的蓄电池充电的情况下，如果输出电压低于移动电子设备的待机电力或移动电子设备侧的充电触发(例如工作电压)等，则产生实质上无法对该蓄电池进行充电的问题。此外，产生实质上无法使移动电子设备工作的问题。
伴随照度降低，充电器内的电路的转换效率也恶化。如后述那样，在充电器中设置有用于控制太阳能电池组件的输出的控制电路(MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点追随)电路)。由于输出电压降低，则在该电压低于控制电路的额定输入电压时，有可能导致无法驱动控制电路或者无法使其正常地工作。此外，在低照度的情况下，输出相对于输入电压的变化变得细微，控制电路的运算精度降低。控制电路自身的消耗电力也无法忽略。
作为对移动电子设备进行充电的充电器，市场上出售有在设备主体或收纳设备主体的外壳内设置有太阳能电池组件的商品。此外，多使用晶体硅太阳能电池组件作为上述太阳能电池组件。然而，如图1所示，在照度较低时，晶体硅太阳能电池组件的开路电压降低。这意味着，如果射入光强度降低，则开路电压大幅降低。因此，例如阴天时的晶体硅太阳能电池组件的发电效率比其他太阳能电池组件低。
图2是说明移动电子设备由用户使用的状态的图。在假设用户看移动电子设备的显示面来操作设备主体时，如图2所示，这种情况下认为设备主体相对于铅垂方向通常是倾斜的。该倾斜角度例如是相对于铅垂方向大致成30°～90°。此时，位于设备背面的太阳能电池组件的受光面也相对于铅垂方向大致成30°～90°地倾斜，该受光面上的太阳光照度降低。另外，图2所示的斜线的区域表示直射光被设备主体遮挡而无法到达的区域。
如图2所示，在移动电子设备倾斜的状态下，太阳能电池组件的受光面能够被太阳光的散射光和反射光照射。但是，太阳光的散射光和反射光的照度比直射光的照度低。例如设想在移动电子设备倾斜的状态下由地面反射的反射光倾斜地射入太阳能电池组件的受光面。这种情况下的射入光的照度进一步降低。其结果，由于太阳能电池组件的受光面倾斜，因此其输出电压显著降低。这样，在图2所示的状态下，由于照度降低，因此现有的具有太阳能电池组件(例如p-Si组件)和充电电路的充电器不发电，无法获得电力。因此，在现有的充电器中，无法一边操作移动电子设备一边高效地进行发电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-60717号公报
专利文献2：日本特开2012-34448号公报
专利文献3：日本特开2009-153372号公报
非专利文献
非专利文献1：《色素敏化太阳能电池的屋外发电特性》FUJIKURA技报第120号，作者：K.Okada、H.Matsui、and N.Tanabe
发明内容
本发明的目的在于提供一种即使在照度降低而使太阳能电池组件的输出电压降低的情况下也能够一边操作移动电子设备一边高效地进行发电的技术。
用于解决问题的技术方案
本发明的实施方式的移动电子设备用外壳，其是能够收纳具有显示面的移动电子设备且对上述移动电子设备供给电力的移动电子设备用外壳，其具有能够得到如下特性的太阳能电池组件：在AM为1.5、太阳能电池组件温度为25℃、光入射方向与电池单体正交的条件下使用太阳能模拟器进行测量的情况下，在照度与开路电压的关系中，当上述照度从100mW/cm2降低至1mW/cm2时，上述开路电压的电压下降幅度为0.2V以下，上述照度为1mW/cm2时的上述开路电压为0.55V以上，在以收纳有上述移动电子设备的状态使用上述移动电子设备用外壳时，上述太阳能电池组件位于上述移动电子设备用外壳的与上述显示面相反的一侧的背面侧，并且露出到外部。从充电电路的转换效率等的观点出发，优选开路电压的电压下降幅度为0.15V以下。
在一个实施方式中，上述太阳能电池组件具有多个电池单体相互串联连接并且集成于1个基板上的结构。
在一个实施方式中，上述的移动电子设备用外壳还包括将来自上述太阳能电池组件的电力供给到负载的供电单元，上述供电单元包括具有升压电路或降压电路的稳压电路。
在一个实施方式中，上述稳压电路还包括追随(跟踪)上述太阳能电池组件的最优工作点的控制电路。
在一个实施方式中，上述太阳能电池组件是色素敏化太阳能电池组件或使用荧光聚光板的太阳能电池组件。
发明效果
根据本发明的一个实施方式，提供一种即使在照度降低而使太阳能电池组件的输出电压降低的情况下，也能够一边操作移动电子设备一边高效地进行发电的移动电子设备和移动电子设备用外壳。
附图说明
图1是表示太阳能电池的输出电压的照度依存性的图表。
图2是说明移动电子设备被用户使用的状态的图。
图3是第一实施方式的收纳移动电子设备300的状态下的移动电子设备用外壳200A的主视图。
图4是第一实施方式的移动电子设备用外壳200A的后视图。
图5是表示第一实施方式的低照度对应DSC组件400所用的DSC100的截面结构的示意图。
图6是表示第一实施方式的具有多个DSC100a的低照度对应DSC组件400的截面结构的示意图。
图7是表示第一实施方式的移动电子设备用外壳200A的电路结构的示意图。
图8A是表示第一实施方式的供电单元230A的电路结构的示意图。
图8B是表示第一实施方式的供电单元230A的电路结构的示意图。
图9是表示第二实施方式的移动电子设备用外壳200B的电路结构的示意图。
图10是表示第二实施方式的电阻单元250的电路结构的示意图。
图11是表示第三实施方式的移动电子设备用外壳200C的电路结构的示意图。
图12是表示第四实施方式的荧光板聚光型太阳能电池组件500的结构的示意图。
图13是表示第四实施方式的荧光板聚光型太阳能电池组件500的输出电压的照度依存性的图表。
符号说明
12、32 基板
14 透明导电层
34 对电极
15 光阳极
16 金属氧化物层
18a 多孔半导体层
18 光电转换层
42 电解质介质
100、100a DSC
200A、200B、200C 移动电子设备用外壳
210 保持部
220 太阳能电池组件
230A、230B、230C 供电单元
240 稳压电路
241 MPPT电路
242 升压电路
243 降压电路
250 电阻单元
251 比较器
252 开关
253A、253B 电阻元件
300 移动电子设备(负载)
310 蓄电池
300A 显示面
400 DSC组件
500 荧光板聚光型太阳能电池组件。
具体实施方式
本发明的实施方式的移动电子设备用外壳，其能够收纳具有显示面的移动电子设备并对移动电子设备供给电力，其包括能够得到如下特性的太阳能电池组件：在以AM为1.5、太阳能电池组件温度为25℃、光入射方向与电池单体的受光面正交的条件使用太阳能模拟器进行测量的情况下，在照度与开路电压的关系中，当照度从100mW/cm2降低至1mW/cm2时，开路电压的电压下降幅度为0.2V以下，照度为1mW/cm2时的开路电压为0.55V以上。在以收纳有移动电子设备的状态使用移动电子设备用外壳时，太阳能电池组件位于移动电子设备用外壳的与显示面相反的一侧的背面侧，并且露出到外部。采用该移动电子设备用外壳，能够实现一边操作移动电子设备一边高效地进行发电。移动电子设备例如是电子书终端、便携式电话、智能手机、平板PC。
下面，参照附图，对本发明的实施方式的移动电子设备用外壳进行说明。在以下的说明中，对相同或类似的结构要素标注相同的参照符号。另外，本发明的实施方式的移动电子设备用外壳不限于以下例示的方式。例如能够将一个实施方式与其它实施方式组合。
(第一实施方式)
参照图3～图7，对本实施方式的充电器100A的电路结构和功能进行说明。
图3是收纳了移动电子设备300的状态下的移动电子设备用外壳200A的主视图，图4是移动电子设备用外壳200A的后视图。本实施方式的移动电子设备用外壳200A包括保持部210、太阳能电池组件220和供电单元230A。移动电子设备用外壳200A能够收纳移动电子设备300，并对移动电子设备300供给电力。移动电子设备用外壳200A也作为充电器发挥功能。
如图3和图4所示，移动电子设备300经由连接器(未图示)与移动电子设备用外壳200A直接电连接而成为一体。在该状态下，能够将由太阳能电池组件220产生的电力供给到移动电子设备300。具体而言，太阳能电池组件220的输出与移动电子设备300的蓄电元件的输入连接。这里，蓄电元件不仅包括所谓的蓄电池(二次电池)，还包括大容量电容器。移动电子设备用外壳200A与移动电子设备300一体使用时，移动电子设备300也可以不具有蓄电元件。
保持部210具有用于收纳具有显示面300A的移动电子设备300的空间，能够保持移动电子设备300。移动电子设备300相对于保持部210可容易地拆装。此外，在卸下移动电子设备300的状态下，移动电子设备用外壳200A能够作为充电器发挥功能。
太阳能电池组件220配置于移动电子设备用外壳200A的背面。具体而言，移动电子设备300在被收纳于保持部210的状态下使用时，太阳能电池组件220位于移动电子设备用外壳的与显示面300A相反的一侧的背面侧，并且露出到外部。采用这种结构，将太阳能电池组件220配置于移动电子设备用外壳200A的整个背面，由此能够增大太阳能电池组件220的受光面的面积。其结果，与例如搭载于电子计算器上的太阳能电池组件等相比，能够大幅增加发电量。
本实施方式的移动电子设备用外壳200A不限于图3和图4所示的方式。例如在不使用移动电子设备300时，设置有太阳能电池组件220的外壳面可以作为保护显示面300A的保护盖发挥功能。
作为太阳能电池组件220，使用低照度对应太阳能电池组件。在本申请说明书中，低照度对应太阳能电池组件是指：即使照度降低，开路电压的下降幅度也小的太阳能电池组件。以下，对低照度对应太阳能电池组件的特性进行具体说明。
再次参照图1。在照度比较低时，在现有的晶体硅太阳能电池组件中，在照度与开路电压的关系中，照度从100mW/cm2变化至0.1mW/cm2的情况下，最大输出电压(开路电压)每单位电池单体从0.60V变动到0.30V。即，可知每单位电池单体的变动幅度△V是0.30V。另一方面，在照度同样变化的情况下，DSC组件的最大输出电压每单位电池单体从0.75V变动到0.50V。即，可知每单位电池单体的变动幅度△V是0.25V。基于该结果可知，作为低照度对应太阳能电池组件，优选使用每单位电池单体的变动幅度△V更小的DSC组件。
此外，低照度对应太阳能电池组件具有如下特性：在照度比较高时，在照度与开路电压的关系中，当照度从100mW/cm2降低至1mW/cm2时，开路电压的电压下降幅度为0.20V以下。此外，从充电电路的转换效率等观点出发，优选其电压下降幅度为0.15V以下。而且，照度为1mW/cm2时的低照度对应太阳能电池组件的开路电压为0.55V以上，高于p-si组件的开路电压。根据上述特性，即使在照度比较高时(例如在屋外照射直射光时)，也能够高效地进行发电。
在本发明中，使用低照度对应DSC组件400(参照图6)作为太阳能电池组件220。低照度对应DSC组件400的输出电压(开路电压)的照度依存性如图1所示。具体而言，在按JISC 8914的标准规定的测量条件下，在照度与开路电压的关系中，当照度从100mW/cm2变化至1mW/cm2时，最大输出电压(开路电压)每单位电池单体从0.73V变动至0.63V。即，每单位电池单体的变动幅度△V改善为0.10V。该变动幅度小于现有的DSC组件的变动幅度。此外，照度为1mW/cm2时的开路电压为0.60V以上，在图1所示的4个组件中最高。基于该结果，作为低照度对应太阳能电池组件，特别优选使用每单位电池单体的变动幅度△V为最小的低照度对应DSC组件400。
太阳能电池组件220可以具有多个电池单体相互串联连接并且集成于1个基板上的结构。例如图4中示出了集成有多个带状的电池单体的情况(带状集成型太阳能电池组件)。带状集成型太阳能电池组件在DSC组件中常见，本实施方式的低照度对应DSC组件400也能够采用该结构。
以下，参照图5和图6，对低照度对应DSC组件400的设备结构的一例进行说明。
图5表示本实施方式的低照度对应DSC组件400所用的DSC100的示意性的截面结构，图6表示具有多个DSC100的低照度对应DSC组件400的示意性的截面结构。
如图5所示，DSC100包括：透明基板12、形成在透明基板12上的光阳极15、形成在光阳极15之上的多孔绝缘层22、形成在多孔绝缘层22上的对电极34、基板32、以及填充在光阳极15与基板32之间的电解质介质42。电解质介质42通常是电解液(电解质溶液)。电解液至少包含I-和I3 -作为中介变量(氧化还原对)。电解质介质42进入设置在光阳极15与对电极34之间的多孔绝缘层22内，保持于多孔绝缘层22的电解质介质42作为载流子输送层发挥功能。如果采用在基板32形成对电极34、在DSC的使用环境中光阳极15与对电极34物理上不接触的结构，则能够省略多孔绝缘层22。
但是，如图5所示，如果采用在透明基板12上形成从光阳极15至对电极34的结构(即单片型集成结构)，则例如能够使用比较薄的廉价的玻璃板作为基板32。这样的基板32(比基板12薄)有时也被称为罩部件。如果采用单片型集成结构，则比较贵的带有FTO层的玻璃基板只要1个(作为透明基板12和透明导电层14)即可，所以能够获得降低DSC组件的价格的优点。
透明基板12和基板32能够使用玻璃基板或塑料基板等公知的透明基板。至少选择透明基板12以使波长可激励DSC100的光敏剂的光充分地透过。基板32既可以是透明的，也可以是不透明的。但是，在光从基板32一侧射入的环境下使用的情况下，为了使到达光敏剂的光量增加，优选基板32也是透明的。
DSC100的光阳极15包括：设置于基板12的电解质介质42一侧的透明导电层14；形成于透明导电层14的电解质介质42一侧的金属氧化物层16；设置于金属氧化物层16的电解质介质42一侧的多孔半导体层18；和由多孔半导体层18承载的增感色素(未图示)。另外，有时也将承载增感色素的多孔半导体层称为光电转换层18。透明导电层14例如由FTO(氟掺杂氧化锡)等透明导电性氧化物(TCO)形成。
对电极34与具有还原载流子输送层42中的空穴的作用的催化层24接触，收集电子，与取出电极(与相对的光电转换层18电绝缘的透明导电层14，未图示)、或者与相邻的DSC电池单体的透明导电层14或金属氧化物层16接触。作为对电极34的材料，能够列举太阳能电池通常使用的例如FTO、铟锡复合氧化物(ITO)、氧化锌(ZnO)等金属氧化物、钛、钨、金、银、铜、镍等金属材料等具有导电性的材料。另外，在具有图6例示的DCS组件400这样的单片型集成结构的DSC组件中，从对电极34的膜强度的观点出发，优选使用钛。
这里，金属氧化物层16的电阻小于多孔半导体层18的电阻，并且大于透明导电层14的电阻。由于金属氧化物层16具有这样的电阻，所以能够抑制由电解质介质42中的I3 -直接与透明导电层14接触引起的泄漏电流的产生，能够抑制输出电流过多地下降。其结果，DSC100即使在低照度也能够维持比较高的开路电压，能够在比较大的照度范围内输出电力。金属氧化物层16优选是非多孔层。金属氧化物层16的厚度例如不超过10nm。金属氧化物层16例如是热氧化膜。金属氧化物层16例如是氧化钛层、氧化锆层或氧化铝层。其中，优选氧化钛层。通过热氧化形成的氧化钛层没有针孔，能够有效地抑制泄漏电流的产生。此外，当金属氧化物层16的厚度不超过10nm时，能够获得足够的输出电力。金属氧化物层16的厚度例如优选是1nm以上。
金属氧化物层16例如优选是通过在含氧的环境下对利用蒸镀法或溅射法等薄膜堆积法形成于透明导电层14的钛层进行加热处理(烧成)而形成的。例如使用SHINCRON(公司名)制溅射装置(CSS-2MT-1200R)，在具有FTO层的基板表面形成厚度为2nm的钛层(例如靶电力1100W、Ar流量120sccm、输送速度100mm/s)。然后，在空气中例如通过在500℃保持1h对钛层进行热氧化，能够得到厚度为2nm的氧化钛层。由钛层的氧化引起的厚度增加只不过百分之几。
除此以外，金属氧化物层16也能够通过在用包含四氯化钛(TiCl4)的水溶液或四氯化钛的气体等对透明导电层14的表面实施表面处理后进行烧成而得到。例如将0.05M的四氯化钛水溶液滴在具有FTO层的基板表面，在70℃进行约20分钟的加热处理。然后，在水洗处理、自然干燥后，通过将500℃保持1h对钛层进行热氧化，能够得到厚度为2nm的氧化钛层。另外，除了滴下法以外，能够用旋涂法、浸渍法等公知的方法，对具有FTO层的基板表面赋予四氯化钛水溶液。
电解质介质42优选在包含I-和I3 -的电解液(水溶液)中I3 -的浓度为0.02M以上0.05M以下。通过使I3 -的浓度在上述的范围内，能够抑制电压降低，从低照度至高照度都高效地发电。作为溶剂，例如能够列举碳酸丙烯酯类溶剂、氰化甲烷等腈类溶剂、乙醇等酒精类溶剂等。其中，优选碳酸类溶剂或腈类溶剂，这些溶剂也能够混合2种以上使用。另外，从发电特性的观点出发特别优选腈类溶剂，根据设置DSC的温度环境等，从溶剂粘度或电解质的溶解度等观点出发综合地选择溶剂。
接着，参照图6，对本实施方式的太阳能充电器所用的低照度对应DSC组件400的结构进行说明。DSC100根据求取的输出电压串联地连接，作为组件使用。在图6中，具有与图5所示的结构要素实质相同的功能的结构要素标注相同的参照符号，并省略其说明。
图6例示的低照度对应DSC组件400包括2个电串联连接的DSC100a，组件化成一体。多个DSC100a共用透明基板12。各DSC100a的电解质介质(载流子输送层)42利用密封件45被相互分离而被密闭。低照度对应DSC组件400整体也利用将透明基板12与基板32相互粘接、固定的密封件而被密封。
在透明基板12上，每个DSC100a按透明导电层14、金属氧化物层16、以及包括多孔半导体层18a的光电转换层18的顺序形成。光电转换层18由多孔绝缘层22覆盖，在其上隔着催化层24形成有对电极34。对电极34延伸设置到相邻的DSC100a的金属氧化物层16上，由此与相邻的DSC100a电串联地连接。另外，也可以使密封件45与透明导电层14直接接触的方式形成金属氧化物层16。
在低照度对应DSC组件400内串联连接的DSC100a的数量根据所要求的输出电压适当设定。例如用将7个DSC电池单体串联连接而得到的电池能够获得约3.5V的输出电压。除了金属氧化物层16的形成方法以外，低照度对应DSC组件400能够用公知的方法制造。例如能够用记载于国际公开公报第2014/038570号的方法制造。
本实施方式的移动电子设备用外壳200A具有的DSC，包括具有如上述DSC100那样比多孔半导体层18a的电阻小且比透明导电层14的电阻大的电阻的金属氧化物层16。其结果，DSC100在从高照度到低照度的大照度范围内能够以足够高的输出电压将电力供给到移动电子设备。
再次参照图4。在移动电子设备用外壳200A的背面设置有供电单元230A。移动电子设备300经由供电单元230A与太阳能电池组件220电连接，供电单元230A将来自太阳能电池组件220的电力供给到移动电子设备300。另外，供电单元230A可以不配置成如图4所示露出到外部，也可以以从外部无法看到的方式配置在移动电子设备用外壳200A的内部。
接着，参照图7、图8A和图8B，详细说明供电单元230A的结构和功能。
图7示意性表示移动电子设备用外壳200A内的电路结构。移动电子设备300(即负载)经由供电单元230A与太阳能电池组件220电连接。图中，用“PV”表示太阳能电池组件220。如图所示，供电单元230A也可以与设置于移动电子设备用外壳200A的蓄电池310连接，来替代移动电子设备300与其直接连接。在这种情况下，对蓄电池310暂时充电之后，也能够将存储在蓄电池310中的电力供给到移动电子设备300。作为蓄电池310，例如能够使用锂离子二次电池、锂离子聚合物二次电池和镍氢电池等。
图8A和图8B示意性地表示供电单元230A的电路结构。如图所示，供电单元230A具有包括MPPT电路241、以及升压电路242或降压电路243的稳压电路240。
MPPT电路241进行追随太阳能电池组件220的最优工作点的控制。最优工作点是指太阳能电池组件220的输出电力(电流与电压之积)为最大的工作点。通过使用MPPT电路241，即使照度和温度发生变化，也能够使太阳能电池组件220在该状况下的最大工作点发电，能够获得此时的最大电力。作为MPPT电路241，能够广泛使用公知的电路。
升压电路242将太阳能电池组件220的输出电压升压。具体而言，升压电路242在无法获得用于对蓄电池310或负载300供给电力的足够大的电压的情况下，将太阳能电池组件220的输出电压升压至能够对蓄电池310或负载300供给电力的电压升压。例如能够使用DC-DC转换器作为升压电路242。
降压电路243使太阳能电池组件220的输出电压降压。具体而言，降压电路243在对蓄电池310或负载300供给电力时电压过分大的情况下，使太阳能电池组件220的输出电压降压至适合于蓄电池310或负载300的输入电压的电压电平。例如能够使用DC-DC转换器作为降压电路243。能够根据产品规格等适当决定在稳压电路240中搭载升压电路242和降压电路243中的哪一个。
这样，通过将负载300或蓄电池310与稳压电路240连接，即使照度降低太阳能电池组件220的输出电压大幅变动，也能够稳定地将来自太阳能电池组件220的电力供给到负载300或蓄电池310。此外，能够使作为负载的移动电子设备300稳定地工作。
根据本实施方式，能够增大太阳能电池组件220的面积。其结果，能够大幅增加太阳能电池组件220的发电量。此外，通过使用低照度对应太阳能电池组件，即使在受光面不被直射光照射、照度显著低的环境下，也能够一边使用移动电子设备300一边高效地进行充电。另外，在想要快速充电的情况下，在从移动电子设备用外壳200A卸下移动电子设备300的状态下，以使太阳能电池组件300的受光面朝向屋外的方式，例如将移动电子设备用外壳200A放置在窗边等即可。
例如，为了减小太阳能电池组件220的面积来不妨碍保持外壳的用户的手，考虑有将太阳能电池组件220配置在设置有显示面100A的区域以外的区域的情况、或者配置于移动电子设备用外壳200A的背面的一部分的情况。在这种情况下，太阳能电池组件220偏向表面或背面的一部分设置，所以重心也偏心，给一边手持移动电子设备300一边操作的用户带来负担。然而，根据本实施方式，由于能够使太阳能电池组件220的面积比显示面100A大，所以能够消除该重心偏心。
在集成多个电池单体构成太阳能电池组件220的情况下，在电池单体串联连接的方向上太阳能电池组件220的输出电流可能大幅降低。其理由是由于在将多个电池单体串联连接的结构中，如果多个电池单体中的至少1个被用户的手完全覆盖，则该电池单体不发电，其之后不再流过电流，导致输出电流大幅降低。根据本实施方式，能够如图4所示那样将各电池单体配置成其长度方向与移动电子设备用外壳200A的长度方向大致平行。通过这样的配置，由于各电池单体的长度方向与保持外壳的手指的方向大致正交，所以能够避免电池单体整个被完全覆盖，能够减少电力降低。
本申请发明人试做了本实施方式涉及的移动电子设备用外壳200A。试做的外壳背面，1个设置有p-Si组件作为太阳能电池组件，1个设置有DSC组件作为太阳能电池组件。设想用户手持该外壳一边操作移动电子设备300一边充电的场景，在没有稳压电路240的状态下，针对分别试做的每个外壳测量太阳能电池组件的发电量。
在0.2mW/cm2和20mW/cm2的照度下，分别测量1个小时的发电量。在p-Si组件的情况下，照度为0.2mW/cm2时的1个小时的发电量是0.006mWh/cm2，照度为20mW/cm2时的1个小时的发电量是1.400mWh/cm2。另一方面，在DSC组件的情况下，照度为0.2mW/cm2时的1个小时的发电量是0.240mWh/cm2，照度为20mW/cm2时的1个小时的发电量是2.000mWh/cm2。基于该测量结果可知，手持该外壳一边操作移动电子设备300一边充电时的发电量，无论在何种照度下，DSC组件一方的发电量都多。
此外，本申请发明人为了测量稳压电路240的效果，准备具有稳压电路240的外壳和不具有稳压电路240的外壳，设想用户手持外壳一边操作移动电子设备300一边充电的场面，针对分别试做的每个外壳测量太阳能电池组件的发电量。另外，都使用p-Si组件作为太阳能电池组件220。
这一次也同样在0.2mW/cm2和20mW/cm2的照度下分别测量1个小时的发电量。在不具有稳压电路240的情况下，照度为0.2mW/cm2时的1个小时的发电量是0.006mWh/cm2，照度为20mW/cm2时的1个小时的发电量是1.400mWh/cm2。另一方面，在具有稳压电路240的情况下，照度为0.2mW/cm2时的1个小时的发电量是0.008mWh/cm2，照度为20mW/cm2时的1个小时的发电量是1.600mWh/cm2。基于该测量结果可知，太阳能电池组件220的发电量因稳压电路240而增加。
(第二实施方式)
参照图9和图10，说明本实施方式的移动电子设备用外壳200B的结构和功能。
第二实施方式的移动电子设备用外壳200B与第一实施方式的移动电子设备用外壳200A的不同之处在于，供电单元230B还具有电阻单元250。以下，省略共同部分的说明，以不同点为中心进行说明。
图9示意性表示移动电子设备用外壳200B内的电路结构。供电单元230B具有稳压电路240和电阻单元250。电阻单元250具有可变电阻值。电阻单元250具有用于调整太阳能电池组件220的输出阻抗的功能。电阻单元250包括分别具有不同电阻值的多个电阻元件，根据太阳能电池组件220的输出电压从多个电阻元件中选择1个电阻元件。其结果，太阳能电池组件220经由所选的1个电阻元件与稳压电路240连接。
图10是示意表示电阻单元250的电路结构。电阻单元250具有转换器(CMP)251、开关252以及电阻元件253A和253B。电阻单元250能够通过将上述元件集成在同一个基板上而作为集成电路来实现。
电阻元件253A和253B具有相互不同的电阻值。具体而言，电阻元件253A的电阻值大于电阻元件253B的电阻值。例如在来自太阳能电池组件220的最大输出电力为10W以下的情况下，将电阻元件253A的电阻值设定为30kΩ，电阻元件253B的电阻值设定为0.1kΩ。
转换器251接收太阳能电池组件220的输出电压，并比较该输出电压与第一基准电压Vref1的大小。这里，第一基准电压Vref1能够根据太阳能电池组件220和MPPT电路241的特性等适当决定。例如能够将第一基准电压Vref1设定为0.8V左右。
开关252例如是继电器开关等。开关252根据比较器251的比较结果切换电阻元件253A和电阻元件253B。如果电阻元件253A，则太阳能电池组件220经由电阻元件253A与稳压电路240连接。如果电阻元件253B，则太阳能电池组件220经由电阻元件253B与稳压电路240连接。以下，对开关的动作详细说明。
比较器251根据太阳能电池组件220的输出电压与第一基准电压Vref1的大小关系，使控制开关252的电流导通、断开。太阳能电池组件220的输出电压为第一基准电压Vref1以上时，通过比较器251使控制电流导通，开关252选择电阻元件253A。这样，在晴天时等照度比较高的情况下，电阻单元250具有与电阻元件253A对应的电阻值。
太阳能电池组件220的输出电压小于第一基准电压Vref1时，通过比较器251使控制电流断开，开关252选择电阻元件253B。这样，在阴天时等照度比较低的情况下，电阻单元250具有与电阻元件253B对应的电阻值。
在晴天时等照度比较高的情况下，太阳能电池组件220经由电阻元件253A与稳压电路240连接，在阴天时等照度比较低的情况下，太阳能电池组件220经由具有比电阻元件253A小的电阻值的电阻元件253B与稳压电路240连接。这样，电阻单元250构成为，在高照度时具有较高的电阻值，在低照度时具有较低的电阻值。
在低照度时，来自太阳能电池组件220的输出电压、电流和电力较小。因此，如果暂时将电阻值设定得较高，则输入到稳压电路240的输入电压降低，在MPPT电路241中能够检测到的输出的变化减小。其结果，导致MPPT电路241的运算精度降低。在本实施方式中，由于在低照度时将电阻值设定得较小，所以能够避免上述问题，能够高效地对MPPT电路241供给电力。
此外，在高照度时，来自太阳能电池组件220的输出电压、电流和电力较大。因此，如果暂时将电阻值设定得较小，则无法高效地对稳压电路240供给电力。此外，可能导致MPPT电路241的输入电压偏离最优工作点电压。在本实施方式中，由于在高照度时将电阻值设定得较大，所以能够避免上述问题。
另外，移动电子设备用外壳200B可以还具有与比较器251连接的照度传感器(未图示)。能够使用众所周知的装置作为照度传感器。照度传感器检测照射太阳能电池组件220的光的照度。照度传感器产生与该检测结果对应的电流，输出至比较器251。比较器251判断来自照度传感器的电流值与基准电流Iref的大小关系。例如能够对基准电流Iref设定1mA。
开关252在来自照度传感器的电流值为基准电流Iref以上时，选择电阻元件253A，在照度传感器的电流值小于基准电流Iref时，选择电阻元件253B。这样，电阻元件250也能够根据来自照度传感器的照度信号选择2个电阻元件中的1个。
根据本实施方式，在从低照度到高照度的大范围内，能够将来自太阳能电池组件220的电力高效地供给到负载300或蓄电池310。例如能够一边操作移动电子设备300一边充电或者在屋外的树荫下充电。假设一边操作一边充电时的照度范围是约0.2mW/cm2至约0.5mW/cm2，在树荫下充电时的照度范围是约10mW/cm2至约50mW/cm2。此外，在低照度下也经由MPPT电路241供给电力，由此能够提高蓄电池310的充电效率。进而，通过组合供电单元230B和低照度对应太阳能电池组件，能够在更大范围内高效地发电。
(第三实施方式)
参照图11对本实施方式的移动电子设备用外壳200C的结构和功能进行说明。
第三实施方式的移动电子设备用外壳200C与第一实施方式的移动电子设备用外壳200A的不同之处在于，供电单元230C能够切换第一供电路径和设置有升压电路242的第二供电路径。以下，省略共同部分的说明，以不同之处为中心进行说明。
图11示意性表示移动电子设备用外壳200C的电路结构。供电单元230C包括比较器251、开关252和升压电路242。
开关252根据比较器251的比较结果，切换什么都没设置的第一供电路径和设置有升压电路242的第二供电路径。开关252在照度为基准值以上时选择第一供电路径，在照度小于基准值时选择第二供电路径。
根据本实施方式，在获得一定以上的照度、输出电压充分高时，能够不经由升压电路242将电力直接供给到负载300或蓄电池310。其结果，能够抑制由于升压电路242的消耗电力引起的电力损失，能够有效地利用来自太阳能电池组件220的电力。
(第四实施方式)
参照图12和图13，说明本实施方式的移动电子设备用外壳200D的结构和功能。
第四实施方式的移动电子设备用外壳200D(未图示)与第一至第三实施方式的移动电子设备用外壳200A、200B、200C的不同之处在于，具有使用荧光聚光板的太阳能电池组件(以下称为“荧光板聚光型太阳能电池组件”)500作为低照度对应太阳能电池组件。以下，省略共同部分的说明，以差异点为中心进行说明。
图12示意性表示荧光板聚光型太阳能电池组件500的结构。在荧光板的侧面配置有GaAs太阳能电池组件A～F。射入荧光板501的光被荧光板501中的荧光体吸收而发光。其大部分的光依据全反射的原理，被封闭在荧光板501的内部，聚光于位于荧光板501的侧面的GaAs太阳能电池组件A～F。依据该原理，能够使被面积比GaAs太阳能电池组件A～F的总面积大的荧光板501吸收的光分别聚光于面积较小的GaAs太阳能电池组件A～F。其结果，GaAs太阳能电池组件单体中能够实现高效率的发电。此外，在太阳光照射到荧光板501的情况下，由荧光板501进行了颜色转换的光聚光于GaAs太阳能电池组件A～F。因此，例如在使用红色荧光板的情况下，650nm附近的光聚光于GaAs太阳能电池组件A～F。这样，能够高效地使接近太阳能电池的能隙的光射入到各GaAs太阳能电池组件。
GaAs太阳能电池组件单体具有即使照度降低，输出电压的下降幅度也小的特性。在荧光板聚光型太阳能电池组件500中，通过使光在荧光板501聚光，射入到该组件的光量变成几倍。因此，由荧光板聚光型太阳能电池组件500的照度变化引起的电压下降幅度特别小。
图13表示荧光板聚光型太阳能电池组件500的输出电压(开路电压)的照度依存性。在按JIS C 8914标准规定的测量条件下，在照度与开路电压的关系中，照度从100mW/cm2变化至1mW/cm2的情况下，最大输出电压(开路电压)每单位电池单体从1.02V变动至0.84V。即，每单位电池单体的变动幅度△V改善为0.18V。
此外，荧光板聚光型太阳能电池组件500具有在照度从100mW/cm2降低至1mW/cm2时，开路电压的电压下降幅度为0.2V以下的特性。此外，照度为1mW/cm2时的开路电压为0.8V以上，非常高。因此，可以说荧光板聚光型太阳能电池组件500也是一种低照度对应太阳能电池组件。
根据本实施方式，在从低照度至高照度的大范围内，能够将来自太阳能电池组件220的电力高效地供给到负载300或蓄电池310。例如能够一边操作移动电子设备300一边充电或者在屋外的树荫下充电。即使照度更高时，也能够高效地发电。
(第五实施方式)
在上述的第一至第四实施方式中，作为充电器，对具有低照度对应太阳能电池组件的移动电子设备用外壳进行说明。然而，本发明不限于此，例如移动电子设备300自身可以具有低照度对应太阳能电池组件。在这种情况下，低照度对应太阳能电池组件能够配置在与显示面相反的一侧的设备壳体的背面。采用这种结构，即使在受光面不被直射光照射、照度显著低的环境下，也能够一边使用移动电子设备300一边进行高效的充电。进而，在高照度时也能够高效地进行发电。
此外，移动电子设备300优选还具有稳压电路240。由此，即使照度降低太阳能电池组件220的输出电压大幅变动，也能够将来自太阳能电池组件220的电力稳定地供给到设备内部的蓄电池。
本说明书公开了记载在以下项目中的移动电子设备用外壳和移动电子设备。
(项目1)
一种能够收纳具有显示面的移动电子设备并对移动电子设备供给电力的移动电子设备用外壳，其包括能够得到如下特性的太阳能电池组件：在以AM为1.5、太阳能电池组件温度为25℃、光入射方向与电池单体的受光面正交的条件使用太阳能模拟器进行测量的情况下，在照度与开路电压的关系中，当照度从100mW/cm2降低至1mW/cm2时，开路电压的电压下降幅度为0.2V以下，照度为1mW/cm2时的开路电压为0.55V以上，在以收纳有移动电子设备的状态使用移动电子设备用外壳时，太阳能电池组件位于移动电子设备用外壳的与显示面相反的一侧的背面侧，并且露出到外部。
根据项目1所述的移动电子设备用外壳，能够提供一种即使在照度降低而使太阳能电池组件的输出电压降低的情况下，也能够一边操作移动电子设备一边高效地发电的移动电子设备用外壳。
(项目2)
在项目1所述的移动电子设备用外壳中，上述太阳能电池组件具有多个电池单体相互串联连接并且集成于1个基板上的结构。
根据项目2所述的移动电子设备用外壳，能够实现太阳能电池组件的高密度化。
(项目3)
项目2所述的移动电子设备用外壳还包括将来自上述太阳能电池组件的电力供给到负载的供电单元，
上述供电单元包括具有升压电路或降压电路的稳压电路。
根据项目3所述的移动电子设备用外壳，能够减小将电力从太阳能电池组件供给到负载时的电力损失。
(项目4)
在项目3所述的移动电子设备用外壳中，上述稳压电路还包括追随上述太阳能电池组件的最优工作点的控制电路。
根据项目4所述的移动电子设备用外壳，即使照度和温度发生变化，也能够使太阳能电池组件在该状况下的最大工作点发电，能够获得此时的最大电力。
(项目5)
在项目3或4所述的移动电子设备用外壳中，上述供电单元还包括设置在上述太阳能电池组件与上述稳压电路之间，具有可变电阻值的电阻单元。
根据项目5所述的移动电子设备用外壳，在从低照度到高照度的大范围内，能够将来自太阳能电池组件的电力高效地供给到负载。
(项目6)
在项目5所述的移动电子设备用外壳中，上述电阻单元包括分别具有不同电阻值的多个电阻元件，根据上述太阳能电池组件的输出电压从上述多个电阻元件中选择1个电阻元件，上述太阳能电池组件经由所选的电阻元件与上述稳压电路连接。
根据项目6所述的移动电子设备用外壳，由于能够选择与照度对应的适当的电阻元件，因此，即使在太阳能电池组件的输出电压伴随照度变化而发生变动的情况下，也能够高效地供给来自太阳能电池组件的电力。
(项目7)
在项目1至项目6中任一项所述的移动电子设备用外壳中，上述太阳能电池组件是色素敏化太阳能电池组件或使用荧光聚光板的太阳能电池组件。
根据项目7所述的移动电子设备用外壳，能够提供一种具有即使照度降低，开路电压的下降幅度也小的低照度对应太阳能电池组件的移动电子设备用外壳。
(项目8)
项目3至项目7中任一项所述的移动电子设备用外壳还包括存储来自上述太阳能电池组件的电力并与上述供电单元连接的蓄电池。
根据项目8所述的移动电子设备用外壳，能够提供一种具有高效地存储来自太阳能电池组件的电力的蓄电池的移动电子设备用外壳。
(项目9)
一种移动电子设备，其包括：
具有显示面的壳体；和
太阳能电池组件，其配置在与显示面相反的一侧的上述壳体的背面，能够得到如下特性：在以AM为1.5、太阳能电池组件温度为25℃、光入射方向与电池单体正交的条件使用太阳能模拟器进行测量的情况下，在照度与开路电压的关系中，当上述照度从100mW/cm2降低至1mW/cm2时，上述开路电压的电压下降幅度为0.2V以下，上述照度为1mW/cm2时的上述开路电压为0.55V以上。
根据项目9所述的移动电子设备，能够提供一种即使在照度降低而使太阳能电池组件的输出电压降低的情况下，也能够一边操作移动电子设备一边高效地进行发电的移动电子设备。
产业上的可利用性
本发明能够应用于具有太阳能电池组件的移动电子设备用外壳和移动电子设备。

Claims (5)

1.一种移动电子设备用外壳，其能够收纳具有显示面的移动电子设备且对所述移动电子设备供给电力，该移动电子设备用外壳的特征在于：
包括能够得到如下特性的太阳能电池组件：在以AM为1.5、太阳能电池组件温度为25℃、光入射方向与电池单体正交的条件使用太阳能模拟器进行测量的情况下，在照度与开路电压的关系中，当所述照度从100mW/cm2降低至1mW/cm2时，所述开路电压的电压下降幅度为0.2V以下，所述照度为1mW/cm2时的所述开路电压为0.55V以上，
在以收纳有所述移动电子设备的状态使用所述移动电子设备用外壳时，所述太阳能电池组件位于所述移动电子设备用外壳的与所述显示面相反的一侧的背面侧，并且露出到外部。
2.根据权利要求1所述的移动电子设备用外壳，其特征在于：
所述太阳能电池组件具有多个电池单体相互串联连接并且集成于1个基板上的结构。
3.根据权利要求2所述的移动电子设备用外壳，其特征在于：
还包括将来自所述太阳能电池组件的电力供给到负载的供电单元，
所述供电单元包括具有升压电路或降压电路的稳压电路。
4.根据权利要求3所述的移动电子设备用外壳，其特征在于：
所述稳压电路还包括追随所述太阳能电池组件的最优工作点的控制电路。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的移动电子设备用外壳，其特征在于：
所述太阳能电池组件是色素敏化太阳能电池组件或使用荧光聚光板的太阳能电池组件。
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