JP2001237001A

JP2001237001A - 光充電式二次電池

Info

Publication number: JP2001237001A
Application number: JP2000044452A
Authority: JP
Inventors: Haruo Watanabe; 春夫渡辺; Ritsuko Inoue; 律子井上; Koichiro Hikuma; 弘一郎日隈; Tomiichi Watanabe; 富一渡辺; Hiroshi Miyazawa; 弘宮沢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】光電変換素子が形成され可撓性を有する光電
変換シートと、蓄電池とを組み合わせた光充電式二次電
池において、受光充電時に風などの外力で光電変換シー
トの表裏が反転することがあっても、確実に充電できる
ようにする。【解決手段】円筒形巻き芯部に引出し自在に捲回し
た、光電変換素子からなる可撓性の光電変換シートと、
蓄電池と、その充放電を制御する制御回路部とを備え、
上記捲回状態では全体が略円筒形となる光充電式二次電
池において、光電変換シート３を、シート状基板１０の
表裏両面に光電変換素子１１を設けて構成する。これら
の光電変換素子を蓄電池に並列接続し、かつ、これらの
光電変換素子に逆流防止用の整流素子を接続することが
好ましい。また、それぞれの光電変換素子の受光面上に
高分子フィルムを積層することが望ましく、これによ
り、繰り返しの屈曲・摺動に対する光電変換素子の耐久
性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換素子によ
って蓄電池を充電する構成とされた光充電式二次電池に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光電変換素子は、太陽電池とも言われて
おり、太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換
する素子である。この光電変換素子は、光エネルギーか
ら電気エネルギーを取り出す際に、従来から利用されて
きた化石燃料等と異なり、二酸化炭素等の排出物を出さ
ない。また、光電変換素子は、ほぼ無尽蔵といわれてい
る太陽光等の光エネルギーから電気エネルギーを取り出
すことができるために、半永久的に発電を行うことがで
きる。そのため光電変換素子は、地球環境問題に鑑み
て、その利用用途や利用規模が今後も益々拡大してゆく
ものと考えられている。

【０００３】しかしながら、太陽光等の光エネルギーに
は、時間的な変動が大きい場合が多く、光電変換素子が
この光エネルギーを変換して発電した電気エネルギーに
も時間的な変動が大きくなってしまうために、電気機器
の直接の電源とすることには適さない場合が多い。ま
た、光電変換素子は、太陽光等の光エネルギーが空間的
に希薄な状態で存在していることから、利用に適した所
定量の電力を得るためには大きな受光面積を必要とす
る。したがって、光電変換素子は、電気機器の補助的な
電流として、または変換した電気エネルギーを一度蓄電
池に充電し、この蓄電池から放電させて利用するといっ
た用途で用いられている。

【０００４】一方、電気機器は、近年の各種加工技術の
進展により小型化が進んでおり、携帯型の機器とされる
ことが多い。そのため電気機器は、その電源として通
常、携帯に便利で手軽に利用することができる乾電池が
用いられている。

【０００５】そこで、上述したような光電変換素子の利
点と、乾電池の利便性とを組み合わせた光充電式二次電
池が、例えば特開昭６３−３１４７８０号公報（発明の
名称：電池）や、特開平２−７３６７５号公報（発明の
名称：円筒形充電式太陽電池）等に提案されている。こ
のような従来の光充電式二次電池は、発電部としての光
電変換素子と、充放電部としての蓄電池とを円筒形規格
電池型に組み合わせて使用することによって、通常用い
られている電気機器を、光エネルギーによって生産した
電力により駆動させることを実現している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光充電式二次電池は、一方向から照射される太陽光等の
光エネルギーを、蓄電池の外表面積のすべてを有効に活
用して光電変換素子に受光させることが困難なばかり
か、その構造上、蓄電池の外表面積を超えて光電変換素
子の受光面積を備えることができない。そのため、従来
の光充電式二次電池は、蓄電池を充電する際の充電時間
が実用に耐えないほど長く、さらには光電変換素子が蓄
電池を充電するために必要な電力すら発電できない場合
があるといった問題があった。

【０００７】そこで、本発明者らは、鋭意検討を行った
結果、可撓性を有する光電変換素子すなわち光電変換シ
ートと、蓄電池とを組み合わせた構成とすることによっ
て、太陽光等の光エネルギーを通常用いられている電気
機器の電源として利用することを可能とした光充電式二
次電池を発明し、これに関し特許出願を行った（特願平
１０−３５１５０５号）。この発明により本発明者ら
は、実用的な充電性能を備えるとともに、通常用いられ
ている電気機器の電源としての利用が容易である光充電
式二次電池を実現している。

【０００８】ところで、上述したような光充電式二次電
池は蓄電池を充電する際に、可撓性を有する光電変換シ
ートを繰り返し、引き延ばすことで受光面積を大きくし
て使用する。この受光充填時には、光電変換素子を受光
側に的確に表裏を違わず向けることが必要である。上記
光充填式二次電池の充電は通常、太陽光で行うが、この
場合、可撓性を有する光電変換シートを引き延ばして受
光面積を大きくし、野外に放置して行う。上記光電変換
シートは可撓性を有するうえ、軽量であるため、受光充
電時に風などの外力が原因して表裏が反転する場合があ
る。この反転により受光面が蔭になったときには当然の
ことがなら、充電は行われない。このように、上記光充
填式二次電池では、折角の充電の機会を、予定に反して
失してしまう虞があった。

【０００９】本発明は、上記問題点を解決しようとする
もので、その目的は、光電変換素子が表裏両面に形成さ
れた可撓性を有する光電変換シートと、蓄電池とを組み
合わせることによって、上記表裏反転に伴う充填機会の
遺失を防止することができる光充電式二次電池を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光充電式二
次電池は、円筒形状の巻き芯部と、この巻き芯部に対し
て捲回されて引出し自在に配設された可撓性を有する光
電変換シートと、充放電可能な蓄電池と、この蓄電池の
充放電を制御する制御回路部とを備え、上記巻き芯部に
上記光電変換シートを捲回した状態では全体が略円筒形
状を呈する光充電式二次電池において、上記光電変換シ
ートの表裏両面に光電変換素子を配したことを特徴とす
る。

【００１１】本発明の光充電式二次電池では、光電変換
素子が表裏両面に形成された可撓性を有する光電変換シ
ートと、蓄電池とを組み合わせたことによって、上記表
裏反転に伴う充填機会の遺失が防止される。

【００１２】上記表裏両面の光電変換素子は、それぞれ
上記充放電可能な蓄電池に電気的に並列接続され、か
つ、それぞれの光電変換素子には、逆流防止用の整流素
子が電気的に接続されていることが好ましい。上記光電
変換シートでは、光電変換素子の受光面上に高分子フィ
ルムが積層されていることが望ましく、光電変換シート
を構成する光電変換素子の損傷や劣化を防止することが
できる利点がある。また、上記光電変換シートには、そ
の長手方向に対して平行に配置されて互いに電気的に直
列接続された複数の光電変換素子が形成されていること
が好ましい。これにより、従来の光充電式二次電池の問
題点である、光電変換シートの一部が当該二次電池から
十分に引き出されないために光が十分照射されなくなる
結果、光電変換シート全体での発電効率が低下してしま
う問題を確実に防止することができる。

【００１３】また、上記複数の光電変換素子は、光電変
換シートの表裏において同極性方向に形成されているこ
とが望ましい。さらに、本発明の光充電式二次電池は、
上記巻き芯部に上記光電変換シートを捲回した状態で
は、全体が所定の円筒電池規格形状となることが好まし
い。さらに、上記蓄電池は放電電圧が０．６Ｖ以上１．
９Ｖ以下であること、上記蓄電池が上記巻き芯部に対し
て着脱自在であること、上記蓄電池を上記巻き芯部から
脱着した場合において、この蓄電池が所定の円筒電池規
格電池として使用できることが、それぞれ好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら説明する。第１の実施の形態図１は光充電式二次電池の構成を示す縦断面図、図２は
その斜視図である。図３はこの光充電式二次電池の充電
状態を示す斜視図である。図４はこの光充電式二次電池
を構成する光電変換シートの平面図（展開図）、図５は
そのＡ−Ａ線断面図である。図６は充放電可能な蓄電池
と、光電変換素子と、逆流防止用の整流素子と、過充電
防止用のツェナーダイオードとを配した電気回路の一例
である。図７は、図６と同様の構成・機能を有する電気
回路の別例である。

【００１５】本発明に係る光充電式二次電池１は、円筒
形の巻き芯部２と、この巻き芯部２に対して捲回され、
引き出し（引き延ばし）自在に配設された可撓性を有す
る光電変換シート３と、巻き芯部２の内部に設けられた
蓄電池４と、制御回路部５とを備える。光充電式二次電
池１は、図１及び図２に示すように、光電変換シート３
を巻き芯部２に捲回した状態では全体が円筒形状を呈す
る。また、光充電式二次電池１は、図３に示すように、
光電変換シート３を巻き芯部２から引き延ばした状態
で、光電変換シート３に受光させて蓄電池４を充電す
る。

【００１６】巻き芯部２は、例えばＡＢＳ樹脂等の樹脂
材料によって円筒形状に形成されている。巻き芯部２
は、光電変換シート３が捲回される幅よりも僅かに長く
形成されている。したがって、光充電式二次電池１は、
巻き芯部２が光電変換シート３の全幅に亘って巻き取る
ことができ、この光電変換シート３がはみ出してしまう
ことがない。また、巻き芯部２には、その両端部にそれ
ぞれ上部フランジ６と下部フランジ７とが設けられてい
る。

【００１７】上部フランジ６及び下部フランジ７は、巻
き芯部２と同様な材料によって略円形平板状に形成され
ており、接着剤等の固定手段により巻き芯部２の両端部
にそれぞれ固定されている。なお、上部フランジ６及び
下部フランジ７は、巻き芯部２と一体に形成されていて
もよい。

【００１８】上部フランジ６及び下部フランジ７は、そ
の径が、巻き芯部２に捲回された状態での光電変換シー
ト３の径と略同一、若しくは、これよりもやや大となる
ように形成されている。これにより、上部フランジ６及
び下部フランジ７は、光電変換シート３の側縁部を保護
することができるとともに、引き延ばされた光電変換シ
ート３を巻き芯部２に巻き取る際のガイドとなり、位置
ずれせずに光電変換シート３を巻き芯部２に捲回させる
ことができる。

【００１９】巻き芯部２、上部フランジ６及び下部フラ
ンジ７は、電気絶縁性を示す材料によって形成されるこ
とが望ましい。これにより、光充電式二次電池１は、内
部の配線等がこれら各部を介して短絡したり、これら各
部が例えば電気機器の電池収納部の端子等に接触するこ
とによって電気的に短絡したりするといったことを防止
することができる。

【００２０】また、巻き芯部２、上部フランジ６及び下
部フランジ７は、断熱特性の優れた材料によって形成さ
れることが望ましい。これにより光充電式二次電池１
は、例えば自動車のダッシュボードに放置されるなどし
て高温に晒された場合に、内部に収納した蓄電池４の温
度が上昇して破損してしまうのを防止することができ
る。巻き芯部２、上部フランジ６及び下部フランジ７
は、同様の理由から、例えば白色等のように、光や熱を
吸収しにくい色に着色されていることが望ましい。

【００２１】上部フランジ６と下部フランジ７とには、
それぞれ正極端子８と負極端子９とが設けられている。
正極端子８と負極端子９とは、誘電性材料によって形成
されており、それぞれ図示しない結線手段により、制御
回路部５の所定の端子と電気的に接続されている。

【００２２】光電変換シート３は、図４及び図５に示す
ように、可撓性を有して略矩形シート状に形成されたシ
ート状基板１０と、このシート状基板１０の両面上にそ
れぞれ配置された複数の光電変換素子１１と、高分子積
層シート１５とによって構成されている。シート状基板
１０は、例えばポリエステル等の絶縁性を有する材料に
よって形成され、可撓性を有するようにシート状に形成
されている。

【００２３】各光電変換素子１１は、シート状基板１０
の両面上に第１の電極層１２と、光電変換層１３と、第
２の電極層１４とを、それぞれ薄膜状に順次積層して形
成されたものである。光電変換素子１１を構成する各層
は、例えば、スパッタ法や蒸着法に代表される各種ＰＶ
Ｄ法、又はプラズマＣＶＤ法やＭＯＣＶＤ法に代表され
る各種のＣＶＤ法によってシート状基板１０上に薄膜状
に形成されている。光電変換素子１１は、各層が薄膜状
に形成されていることによって、シート状基板１０と同
様に十分な可撓性を有している。

【００２４】上記光電変換シート３を作製するには、一
枚のシート状基板の両面に従来の手法により光電変換素
子を形成する方法や、シート状基板の片面に従来の手法
に基づいて光電変換素子を形成し、この基板の裏面同士
（裏面：光電変換素子が形成されていない側の面）を貼
り合わせる方法が採用できる。

【００２５】上記のように本発明の光充電式二次電池
は、可撓性を有する高分子積層シート１５を有する。こ
の高分子積層シート１５は、上記光電変換素子１１の受
光部上を覆うもので、この部分は少なくとも光透過性を
有する。この高分子積層シート１５は、上記光電変換シ
ート３の全面を覆うことが好ましい。さらには、上記光
電変換シート３の端部より張り出し、このシートの端部
を保護するように形成することが好ましい。

【００２６】これにより、可撓性を有する光電変換シー
ト３を繰り返し、引き延ばすことにより受光面積を大き
くして使用するとき、繰り返しの屈曲に起因する光電変
換素子１１の損傷あるいは劣化を低減することができ
る。さらに、光電変換シート３の繰り返しの引き延ばし
に伴う表面の繰り返し摺動に起因する、光電変換素子１
１の損傷あるいは劣化を防止することができ、素子全体
としての発電効率の低下、ひいては充電性能の低下を防
止することが可能となる。

【００２７】また、光電変換素子が長期間にわたって捲
回状態にあると、光電変換シート３が塑性変形し（いわ
ゆる巻き癖がつく）、光電変換素子の有効な受光を妨げ
ることになるが、上記高分子積層シート１５の存在によ
り上記塑性変形を低減でき、有効な受光を得ることがで
きる。この高分子積層シート１５を前記のように光電変
換シート３の表裏両面に用いる場合には、表裏同一のシ
ート材料で構成することもできるし、適宜異種のシート
材料で構成することもできる。材質としては、少なくと
も光電変換素子の受光部上を覆うものは、光透過性の材
料であることが必要である。また、摩擦に対する耐摩耗
性、光に対する耐候性を有することが望ましい。

【００２８】このような材料としてはハロゲン化オレフ
ィン、特にフッ素化オレフィンの重合体、あるいは、こ
れとオレフィンとの共重合体が例示される。さらに、こ
れらのシートを光電変換シートに固着させるために、接
着層を設けることができる。この接着層の材料としては
エチレンと酢酸ビニルとの共重合体が例示される。

【００２９】光電変換シート３では、各光電変換素子１
１が互いに電気的に直列に接続されており、短手方向の
両端部に位置する光電変換素子１１の電極層にそれぞれ
正極端子１２ａ，１２ｂと負極端子１４ａ，１４ｂとが
形成されている。正極端子１２ａと負極端子１４ａと
は、それぞれ制御回路部５の所定の端子と電気的に接続
されている。この場合、正極端子１２ａ，１２ｂおよび
負極端子１４ａ，１４ｂには、前記高分子積層シート１
５を被覆積層することが望ましく、これら端子の繰り返
し屈曲に起因する損傷あるいは劣化を低減するのに有効
である。

【００３０】また、光電変換素子１１は、シート状基板
１０の上下両面、すなわち外方に臨む側の二つの主面１
１ａ，１１ａから太陽光等の光が入射される構成とされ
ている。第１の電極層１２及び第２の電極層１４は、誘
電性材料によって形成されており、光電変換層１３に対
して一対の電極としての機能を果たしている。光電変換
層１３は、例えば、ａ−Ｓｉのｐｉｎ接合構造に代表さ
れる非結晶半導体薄膜を備えて形成されて、太陽光等の
光が入射されることによって起電力が生ずる構成とさ
れ、いわゆる光電変換効果を有する膜構成で形成されて
いる。

【００３１】光電変換層１３は、例えばペリレン等のｐ
型有機半導体と、例えば銅フタロシアニン等のｎ型有機
半導体とにより形成されるｐｎ接合構造であってもよ
い。なお、光電変換層１３は、上述した薄膜構造に限定
されるものではなく、十分な可撓性を有して光電変換効
果を有する膜構成で形成されていればよい。

【００３２】なお、第１の電極層１２は、例えば、Ａ
ｇ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ等の金属材料によって形成
されて、光電変換層１３に受光させる光に対する反射率
が高くなるように形成されていることが望ましい。これ
により、光電変換層１３を透過した光を反射して再び光
電変換層１３に入射させ、光電変換層１３の光電変換効
率を向上させることができる。また、第２の電極層１４
は、例えば、ＳｎＯ₂ 或いはＩｎ₂ Ｏ₃ 等の金属酸化物
を主成分とする材料によって形成された、いわゆる透明
電極として形成されていることが望ましい。これによ
り、光電変換層１３に受光させる光を効率よく透過し
て、光電変換層１３の光電変換効率を向上させることが
できる。

【００３３】なお、図４及び図５は、特定の光電変換素
子１１の第１の電極層１２及び第２の電極層１４が、そ
れぞれ、この光電変換素子１１と隣接する別の光電変換
素子１１の第２の電極層１４及び第１の電極層１２とさ
れて、複数の光電変換素子１１が各々の電極層を共有す
る構成とされた例を示す。これにより、光電変換シート
３においては、隣接する光電変換素子１１同士が電気的
に直列接続された構成とされている。

【００３４】この場合には、例えば、第１の電極層１２
及び第２の電極層１４を、上述したようにＳｎＯ₂ 或い
はＩｎ₂ Ｏ₃ 等の金属酸化物を主成分とする材料によっ
て形成し、第１の電極層１２とシート状基板１０との間
に、例えば金属材料等によって形成された光反射層（図
示せず）を備えて形成してもよい。これにより、各光電
変換素子１１は、第２の電極層１４を介して十分な量の
光を受光することができるとともに、光反射層によって
光電変換効率を向上させることができる。

【００３５】また、この場合には、各光電変換素子１１
同士が、その長手方向の長さと略同等の長さの電極によ
って「線」で接続されていることとなる。したがって、
例えば、各光電変換素子１１同士が、例えばリード線等
によって「点」で接続された場合と比較して、断線等の
結線不良が生じてしまう虞が低減する。これにより、光
が照射された部分で発電した電力を、正極端子１２ａ，
１２ｂおよび負極端子１４ａ，１４ｂに対して確実に供
給することができる。

【００３６】また、光電変換シート３においては、その
長手方向に対して平行に各光電変換素子１１が配置され
ている。すなわち、各光電変換素子１１の一対の電極層
は、光電変換シート３の長手方向と平行になるように配
設されている。これにより、光充電式二次電池は、蓄電
池を充電するために光電変換シート３を引き延ばした際
に、この光電変換素子の一部に光が十分に照射されない
場合であっても、光電変換シート全体での発電効率の低
下を少なく抑えることができる。

【００３７】さらに、光電変換シート３は、巻き芯部２
に対して捲回されて引き延ばし自在に配設されており、
最内周側となる一側が巻き芯部２に接続固定されてい
る。光電変換シート３は、上述した正極端子１２ａ，１
２ｂおよび負極端子１４ａ，１４ｂが、この最内周側の
一側に設けられている。

【００３８】この場合、表裏の光電変換素子の上記直列
の方向は、表裏同方向であることが好ましい。これによ
り、上記光電変換シート３において、両側部の電極は同
符号を有することになるので、両側部の電極の一極は共
通に取り出すことができ、上記電極部の構成を簡易化で
きる。さらに、上記制御回路５の構成および、これに至
る結線を簡略化することができ、本発明に係る光充電式
二次電池のコンパクト化およびコストダウンに有効であ
る。なお、図４において、符号３１は光電変換素子１１
を有しないシート部である。

【００３９】蓄電池４は、巻き芯部２の内部空間に収納
されており、充放電が可能な二次電池である。蓄電池４
は、具体的には例えば、ニッケル−水素二次電池、ニッ
ケル−カドミウム二次電池、ニッケル−亜鉛二次電池、
亜鉛−酸化銀二次電池、鉄−ニッケル二次電池等であ
る。

【００４０】蓄電池４は、ニッケル−水素二次電池であ
ることが望ましい。これにより、蓄電池４は、体積当た
りのエネルギー密度を向上させることができるととも
に、鉛やカドミウムといった重金属を使用せず、環境適
合性に優れたものとなる。

【００４１】蓄電池４は、所定の電池規格形状を有する
規格乾電池であってもよい。蓄電池４は、具体的には、
ＩＥＣやＪＩＳ等により定められた、いわゆる単３型と
呼ばれるＲ６型電池、単４型と呼ばれるＲ０３型電池、
単５型と呼ばれるＲ１型電池、あるいはボタン型と呼ば
れるＲ４４型電池、Ｒ１２２０型電池等であってもよ
い。これにより、光充電式二次電池１においては、開発
・製造コストを抑えることができる。

【００４２】ただし、蓄電池４は、蓄電容量の観点から
みた場合には、規格蓄電池を使用せずに、巻き芯部２の
内部空間に直接電解液等の蓄電池構成物を封入すること
が望ましい。これにより、蓄電池４は、規格蓄電池の外
装部に相当する空間にまで蓄電池構成物を封入すること
ができ、蓄電容量を増大させることができる。

【００４３】また、蓄電池４は、巻き芯部２に対して着
脱自在であるように構成してもよい。具体的には、例え
ば下部フランジ７の一部を開閉自在として、この開閉部
から巻き芯部２に対して蓄電池４を挿脱するように構成
してもよい。あるいは、例えば、光電変換シート３を引
き延ばした状態で外方へと露出する巻き芯部２の一部を
開閉自在として、この開閉部から巻き芯部２に対して蓄
電池４を着脱するように構成してもよい。

【００４４】これにより、光充電式二次電池１において
は、蓄電池４が充放電を繰り返して寿命が尽きた場合で
も、この蓄電池４のみを交換することができる。したが
って、光充電式二次電池１は、蓄電池４に比べて長い寿
命を有する他の各部を、寿命が尽きた蓄電池４とともに
廃棄する必要がなくなり、資源の有効活用の観点から望
ましいものとなる。

【００４５】また、これにより、光充電式二次電池１
は、蓄電池４を充電するための充電器として利用するこ
とができる。すなわち、光充電式二次電池１によって蓄
電池４を充電し、充電が完了した蓄電池４を光充電式二
次電池１から取り出して、この蓄電池４を電子機器の電
源として利用することもできる。

【００４６】さらに、蓄電池４は、上述したように規格
蓄電池を利用すると共に、巻き芯部２に対して着脱（取
付け・取外し）自在としてもよい。このように、蓄電池
４として規格蓄電池を着脱自在に使用することで、光充
電式二次電池１は、蓄電池４を交換する際に、この交換
作業を簡便且つ容易に行えるようになる。また、この場
合にも、上述したように、蓄電池４を充電するための充
電器として光充電式二次電池１を使用してもよい。これ
により、規格蓄電池形状を有する蓄電池４は、光充電式
二次電池１から着脱自在とされて、通常の規格電池を電
源とする電気機器に対して用いることが容易となる。

【００４７】また、蓄電池４は、その放電電圧が０．６
Ｖ以上１．９Ｖ以下であることが望ましい。これによ
り、光充電式二次電池１は、通常の筒型規格電池を電源
として用いる電気機器に対して用いられた場合に、それ
ら電気機器の動作電圧を満たさないために動作させるこ
とができなかったり、これとは逆に、許容電圧を超えて
機器を破損してしまったりするといったことを防止する
ことができる。

【００４８】制御回路部５は、図１に示すように、巻き
芯部２の内部空間に配設されている。制御回路部５は、
光電変換シート３と蓄電池４との整流機能、光電変換シ
ート３による蓄電池４の過充電防止機能、蓄電池４の過
放電防止機能等から選ばれる機能を適宜備える。

【００４９】本発明においては、光電変換シート３の両
面（表裏）に、それぞれに、独立した２個の光電変換素
子１１，１１を有する。これらの光電変換素子は、光電
変換シート３の表裏に形成されているので通常、一方の
光電変換素子に光が照射されていると、他方の光電変換
素子はその蔭となる。この場合、光照射されている光電
変換素子は起電力を有するのに対し、他方の蔭となった
光電変換素子は、光照射されている光電変換素子が発電
する電気を逃がし、さらに、蓄電池４に溜められた電気
を逃がすことになる。そこで、それぞれの光電変換素子
の逆流を防止するための整流器を備えることが実用上必
須である。

【００５０】このような逆流防止用の整流素子と、過充
電防止用のツェナーダイオードとを配した基本回路は図
６に示すとおりである。また本発明では、図７に示す回
路も実用的である。これらの図において符号２１は整流
素子、符号２２はツェナーダイオードである。

【００５１】制御回路部５は、具体的にはダイオードや
オペアンプ等を用いた電気的な回路によって構成するこ
とができるが、電気／電子分野で通常用いられているよ
うな整流回路、過充電防止回路及び過放電防止回路によ
って構成することができるため、その回路構成について
の詳細な説明は省略する。

【００５２】また、制御回路部５は、少なくとも６つの
端子を備えており、これら端子にそれぞれ、光電変換シ
ート３の正極端子１２ａ，１２ｂ及び負極端子１４ａ，
１４ｂと、蓄電池４の正極端子及び負極端子とが電気的
に接続される。ただし、正極端子１２ａ，１２ｂあるい
は負極端子１４ａ，１４ｂのいずれかを共通に取り出す
場合は、５つの端子となる。そして、制御回路部５は、
蓄電池４の光電変換シート３による充電と、蓄電池４か
らの放電とを効率良く行うことができるように機能す
る。

【００５３】光充電式二次電池１は、以上説明したよう
に構成され、光電変換シート３を巻き芯部２に捲回した
状態では、図２に示すように、全体が略円筒形状を呈す
る。この状態で、光充電式二次電池１は、電気機器の電
源として、これら電気機器に対して着脱して用いること
が容易となる。

【００５４】また、光充電式二次電池１は、光電変換シ
ート３を巻き芯部２に捲回した状態では、所定の筒型電
池規格形状を有するように各部の寸法等を定められるこ
とが望ましい。光充電式二次電池１は、具体的には例え
ば、ＩＥＣやＪＩＳ等により定められた、いわゆる単１
型と呼ばれるＲ２０型電池、単２型と呼ばれるＲ１４型
電池、あるいは単３型と呼ばれるＲ６型電池等であって
もよい。

【００５５】これにより、光充電式二次電池１は、通常
の筒型規格電池を収納して使用するように設計された電
気機器に対して用いることを容易とすることができる。
したがって、この場合に、光充電式二次電池１は、太陽
光の光エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄え、通
常用いられているような筒型規格電池を使用する電気機
器の電源とすることができる。

【００５６】また、光充電式二次電池１は、図３に示す
ように、光電変換シート３を巻き芯部２から引き延ばし
た状態で、蓄電池４を充電する。このとき、光充電式二
次電池１は、光電変換シート３の受光面積を広くして充
電することができ、また、表裏の設定に制限がないた
め、この光電変換シート３の発電力を向上させることが
できる。したがって、光充電式二次電池１は、蓄電池４
を充電する際の充電時間を実用上十分に短くすることが
できる。

【００５７】なお、本発明に係る光充電式二次電池１で
は、蓄電池４の形状・個数・収納位置等が限定されるも
のではない。蓄電池４は、例えば、光充電式二次電池１
の内部に複数設けられて、コイルスプリングや板バネ等
の弾性体によって位置ずれしないように支持固定されて
もよい。

【００５８】また、本発明に係る光充電式二次電池１
は、上述したように、光電変換シート３の最内周側とな
る一側が巻き芯部２に対して接続固定された構成に限定
されるものではなく、例えば、光電変換シート３を光充
電式二次電池１に対して着脱自在としてもよい。これに
より、光充電式二次電池１は、光電変換シート３に物理
的あるいは電気的な破損が生じた場合等に、これを正常
な光電変換シート３に交換して使用することができる。
すなわち、本発明に係る光充電式二次電池は、光電変換
シート３が少なくとも充電時には蓄電池４と電気的に接
続される構成であればよい。

【００５９】第２の実施の形態図８は光充電式二次電池の構成を示すもので、（ａ）は
縦断面図であり、（ｂ）は光電変換シートを引き延ばし
た状態の横断面図である。図９はこの光充電式二次電池
の充電状態を示す斜視図であり、図１０はこの光充電式
二次電池の要部構造を示す拡大縦断面図である。なお、
図８〜図１０では、上記第１の実施の形態に係る光充電
式二次電池１と同一または同等の構成要素や部位に同一
の符号を付し、これらについての具体的説明は省略する
こととする。

【００６０】図８（ａ）に示すように、本実施の形態に
係る光充電式二次電池５０は、上部フランジ６及び下部
フランジ７と略同径の、略円筒形状を呈する外周壁５１
を備えて構成される。光充電式二次電池５０は、図１０
に示すように、上部フランジ６及び下部フランジ７にそ
れぞれ、外周壁５１の側縁部が回動自在（正逆回転可
能）に嵌合する溝部６ａ及び溝部７ａが設けられてい
る。したがって、光充電式二次電池５０においては、外
周壁５１が巻き芯部２、上部フランジ６及び下部フラン
ジ７に対して自在に回動する。

【００６１】また、外周壁５１には、図８（ｂ）及び図
９に示すように、スリット５１ａが穿孔されている。ス
リット５１ａは、光電変換シート３を引き出すに十分な
幅と厚みとを有して外周壁５１に穿孔されている。さら
に、光充電式二次電池５０では、光電変換シート３の最
外周部（引き出し方向での先端部）に係止部３ａが形成
されている。この係止部３ａは、光電変換シート３が巻
き芯部２に捲回された際に、スリット５１ａに接合する
に十分な厚みを有して形成されている。係止部３ａは、
光電変換シート３が外周壁５１の内部に完全に巻き込ま
れてしまうことを防止する機能を有するとともに、光電
変換シート３を引き出す際の取っ手としての機能を有し
ている。

【００６２】光充電式二次電池５０は、図８（ｂ）及び
図９に示すように、蓄電池４を充電する際に係止部３ａ
が引き出されることにより、光電変換シート３が巻き芯
部２から引き出される。また、光充電式二次電池５０
は、外周壁５１を巻き芯部２に対して回転させることに
より、光電変換シート３を巻き芯部２に巻き取ることが
できる。

【００６３】したがって、光充電式二次電池５０は、ス
リット５１ａを有する外周壁５１が回動自在に備えられ
ていることによって、光電変換シート３の引き出し及び
巻き取りが容易となる。また、光充電式二次電池５０は
外周壁５１を備えることによって、電気機器に収納され
た際に、光電変換シート３が巻きほぐれてしまうといっ
たことがない。さらに、光充電式二次電池５０は、外周
壁５１を備えることによって、光電変換シート３を保護
し、光電変換シート３が外環境の塵埃や衝撃等によって
損傷してしまうことを防止するとともに、蓄電池４が直
射日光等によって過熱してしまうのを防止することがで
きる。蓄電池４の過熱防止効果をさらに向上させるため
には、外周壁５１が例えば白色等のように光や熱を吸収
しにくい色に着色されていることが望ましい。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光充
電式二次電池は、光電変換素子が形成され、可撓性を有
し、耐久性のある光電変換シートと、蓄電池とを組み合
わせることによって、繰り返し使用に十分耐えうる充電
性能を備えたものである。したがって、本発明に係る光
充電式二次電池によれば、太陽光等の光エネルギーを電
気機器の電源として利用することが実用的となり、有害
な排出物の発生による環境汚染を防止することができる
とともに、地球資源を有効に活用することができるとい
う効果がある。

【００６５】本発明の光充電式二次電池では特に、光電
変換シートの表裏両面に光電変換素子を配したので、受
光充電時に風などの外力が原因して表裏が反転する場合
があっても、確実に充電を行うことができるという効果
がある。

【００６６】また、本発明の光充電式二次電池では、逆
流防止用の整流素子を設けることより、蓄電池に溜めら
れている電気を逃がすことがなくなる。さらに、光電変
換シートの受光面上に高分子フィルムを積層すること
で、光電変換素子の損傷あるいは劣化を防止することが
でき、素子全体としての発電効率の低下、ひいては充電
性能の低下を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る光充電式二次電池の構
成を示す縦断面図である。

【図２】図１の光充電式二次電池の斜視図である。

【図３】図１の光充電式二次電池の充電状態を示す斜視
図である。

【図４】図１の光充電式二次電池を構成する光電変換シ
ートの平面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】図１の光充電式二次電池に係る電気回路の一例
を示す接続図である。

【図７】図１の光充電式二次電池に係る電気回路の別例
を示す接続図である。

【図８】第２の実施の形態に係る光充電式二次電池の構
成を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は光電変換
シートを引き延ばした状態の横断面図である。

【図９】図８の光充電式二次電池の充電状態を示す斜視
図である。

【図１０】図８の光充電式二次電池の要部構造を示す拡
大縦断面図である。

【符号の説明】

１…光充電式二次電池、２…巻き芯部、３…光電変換シ
ート、３ａ…係止部、４…蓄電池、５…制御回路部、６
…上部フランジ、６ａ…溝部、７…下部フランジ、７ａ
…溝部、８…正極端子、９…負極端子、１０…シート状
基板、１１…光電変換素子、１１ａ…主面、１２…第１
の電極層、１２ａ，１２ｂ…正極端子、１３…光電変換
層、１４…第２の電極層、１４ａ，１４ｂ…負極端子、
１５…高分子積層シート、２１…整流素子、２２…ツェ
ナーダイオード、３１…光電変換素子を有しないシート
部、５０…光充電式二次電池、５１…外周壁、５１ａ…
スリット

フロントページの続き (72)発明者渡辺富一東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者宮沢弘東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 BA11 BA15 JA02 JA17 5G003 AA06 BA01 FA01 5H030 AS20 BB07 DD04 DD05 DD07 FF41 5H032 AS16 HH08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒形状の巻き芯部と、この巻き芯部に
対して捲回されて引出し自在に配設された可撓性を有す
る光電変換シートと、充放電可能な蓄電池と、この蓄電
池の充放電を制御する制御回路部とを備え、上記巻き芯
部に上記光電変換シートを捲回した状態では全体が略円
筒形状を呈する光充電式二次電池において、上記光電変
換シートの表裏両面に光電変換素子を配したことを特徴
とする光充電式二次電池。
【請求項２】上記表裏両面の光電変換素子は、それぞ
れ上記充放電可能な蓄電池に電気的に並列接続され、か
つ、それぞれの光電変換素子には、逆流防止用の整流素
子が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１
記載の光充電式二次電池。
【請求項３】上記光電変換シートでは、上記光電変換
素子の受光面上に高分子フィルムが積層されていること
を特徴とする請求項１記載の光充電式二次電池。
【請求項４】上記光電変換シートには、その長手方向
に対して平行に配置されて互いに電気的に直列接続され
た複数の光電変換素子が形成されていることを特徴とす
る請求項１記載の光充電式二次電池。
【請求項５】上記複数の光電変換素子は、上記光電変
換シートの表裏において同極性方向に形成されているこ
とを特徴とする請求項４記載の光充電式二次電池。
【請求項６】上記巻き芯部に上記光電変換シートを捲
回した状態では、所定の円筒電池規格形状となることを
特徴とする請求項１記載の光充電式二次電池。
【請求項７】上記蓄電池は、放電電圧が０．６Ｖ以上
１．９Ｖ以下であることを特徴とする請求項１記載の光
充電式二次電池。
【請求項８】上記蓄電池は、上記巻き芯部に対して着
脱自在であることを特徴とする請求項１記載の光充電式
二次電池。
【請求項９】上記蓄電池は、上記巻き芯部から脱着し
た場合において所定の円筒電池規格電池とし使用できる
ことを特徴とする請求項８記載の光充電式二次電池。