JP2002083635A

JP2002083635A - 携帯型電源装置，携帯型通信端末及び携帯型コンピュータ

Info

Publication number: JP2002083635A
Application number: JP2000272006A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kobashi; 昌浩小橋; Noriyuki Aoshima; 敬之青島; Yuki Tanaka; 由紀田中; Shuichi Maeda; 修一前田
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】携帯型電源装置において、小型化及び形状の
複雑化が進む携帯型電子機器に対しても安定して取り付
けることができ、さらに、低照度下でも充電を行なえる
とともに安価に且つ安定して製造できるようにし、ま
た、携帯型通信端末及びに携帯型コンピュータにおい
て、低照度下でも安定して使用できるようにする。【解決手段】携帯型電子機器２０を駆動する二次電池
２１に接続され少なくとも光電変換素子１０Ａと蓄電用
コンデンサ１０Ｃとを有する携帯型電源装置１０におい
て、光電変換素子１０Ａが、透明導電性電極と、細孔構
造を有する酸化微粒子からなる電子輸送層と、ホール輸
送層と、ホール集電電極と、該電子輸送層に付着又は固
着する光増感化合物とをそなえて構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯型電子機器を
駆動する二次電池のための携帯型電源装置、及び、この
携帯型電源装置をそなえた携帯型通信端末及び携帯型コ
ンピュータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯型通信端末や携帯型コンピュ
ータ等の携帯用電子機器が急速に発達している。このよ
うな背景において、携帯用電子機器の電源には、小型化
且つ大容量化できるように、より一層の高効率化が求め
られており、このような電源として、リチウム二次電池
のような二次電池の研究開発が精力的に行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、二次電
池を単体で電源として用い、携帯型電子機器を駆動させ
た場合、当然のことながら駆動時間に制限があり、この
ため一般電源から二次電池への充電を頻繁に行なわなけ
ればならないという課題がある。特に、二次電池を略完
全に放電させた状態から充電するような場合には、この
二次電池を充電するのに比較的長時間を要するという課
題がある。

【０００４】また、駆動時間を長期化して充電回数を低
減すべく二次電池をさらに大容量化した場合には、携帯
型電子機器の重量が増加してしまうという課題が発生す
る。このような課題を解決すべく、二次電池に、一般的
なシリコン系太陽電池、及び、大容量電気二重層コンデ
ンサを組み合わせたハイブリッド電源装置の提案及び試
みがなされている（電子技術２０００年４月号８
７〜９２頁、電子技術２０００年６月号５８〜６
１頁）。このハイブリッド電源装置では、シリコン系太
陽電池により発生させた電気を大容量電気二重層コンデ
ンサを介して二次電池に充電することにより、特別な作
業を行なわなくとも二次電池を充電することが可能にな
っている。

【０００５】しかし、ハイブリッド電源装置の発電機で
あるシリコン系太陽電池は、低照度下では、エネルギー
変換効率が顕著に低下してしまう（太陽エネルギー工学
太陽電池培風館２３３頁１９９８年）。このた
め、曇天下や室内では、上記ハイブリッド電源装置にお
いても、二次電池を十分に充電することができず、二次
電池を単体で使用する場合と同様に、一般電源から二次
電池への充電を頻繁に行なわなければならない。

【０００６】さらに、シリコン系太陽電池においては、
原料である金属シリコンを製造するのに大量のエネルギ
ーを必要とするため製造コストが比較的高くなってしま
うという課題がある。また、シリコン系太陽電池に使用
されるシリコンは、一般的に、半導体用シリコンの製造
過程における残材が使用されるため、絶対量に限界があ
るとともに、製造量が半導体業界の需要動向に左右され
てしまうため供給が不安定であるという課題がある。さ
らに、非晶質シリコン太陽電池においては、その製造過
程で必要とされるシランガスの供給不足の問題が指摘さ
れている。

【０００７】また、シリコン系太陽電池では、気相成長
法により基板にシリコンが形成される。例えばアモルフ
ァスシリコンは、プラズマＣＶＤ法でシリコンを基板に
気相成長させて製造され、この際、基板の温度は約３０
０℃にまでなる。このため、基板としては、透明ポリマ
ー等の成型性は高いが耐熱性の低い材料を使用できず、
一般的にスチールが使用され、シリコン系太陽電池は、
硬度が比較的高くなってしまう。したがって、シリコン
系太陽電池は、成型加工性が悪く、電池形状は通常平面
形状となってしまい、このため、例えば曲面への取り付
けが困難である等、その適用範囲に比較的制約が多く、
小型化及び形状の複雑化が急速に進む携帯型電子機器に
対して安定して取り付けることが困難であるという課題
がある。

【０００８】なお、ITO/PETのような成型加工性の高い
材料を基板に用いたシリコン系太陽電池もあるが、発電
効率が低く実用的とは言えない。本発明は、このような
課題に鑑み創案されたもので、小型化及び形状の複雑化
が進む携帯型電子機器に対しても安定して取り付けるこ
とができ、さらに、低照度下でも充電を行なえるととも
に安価に且つ安定して製造できるようにした、携帯型電
源装置、並びに、低照度下でも安定して使用できるよう
にした、携帯型通信端末及びに携帯型コンピュータを提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の携帯
型電源装置は、携帯型電子機器を駆動する二次電池に接
続され少なくとも光電変換素子と蓄電用コンデンサとを
有する携帯型電源装置において、該光電変換素子が、透
明導電性電極と、細孔構造を有する酸化微粒子からなる
電子輸送層と、ホール輸送層と、ホール集電電極と、該
電子輸送層に付着又は固着する光増感化合物とをそなえ
て構成されていることを特徴としている（請求項１）。

【００１０】この場合、光電変換素子の少なくとも一部
を曲面で構成してもよい（請求項２）。また、ホール輸
送層が、固体物質により構成されていることが好ましく
（請求項３）、さらに、この固体物質が、ホール輸送層
とホール集電電極とを兼用することが好ましい（請求項
４）。また、固体物質がπ共役系化合物を含有すること
が好ましい（請求項５）。

【００１１】本発明の携帯型通信端末は、請求項１〜５
の何れかの項に記載の携帯型電源装置を装備しているこ
とを特徴としている（請求項６）。本発明の携帯型コン
ピュータは、請求項１〜５の何れかの項に記載の携帯型
電源装置を装備していることを特徴としている（請求項
７）。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１〜図５は本発明の一実
施形態としての携帯型電源装置について示す図である。
なお、本実施形態では、本発明の携帯型電源装置を、携
帯型電子機器及び携帯型通信端末として携帯電話に適用
した例を説明する。なお、携帯型とは、ここでは、一人
の力で持ち運び可能なことを意味する。（Ａ）携帯型電源装置の構造本携帯型電源装置１０は、図１に示すように、光電変換
モジュール１０Ａと、この光電変換モジュール１０Ａに
並列に接続される大容量の電気二重層コンデンサ（蓄電
用コンデンサ）１０Ｃとをそなえるとともに、光電変換
モジュール１０Ａと電気二重層コンデンサ１０Ｃとの間
に介装され、光電変換モジュール１０Ａ，電気二重層コ
ンデンサ１０Ｃ間のインピーダンスのマッチングを図る
整流インピーダンス変換回路１０Ｂをそなえたハイブリ
ッド電源装置として構成されている。そして、この携帯
型電源装置１０は、電気二重層コンデンサ１０Ｃ側の接
続部１１，１１を介して携帯電話（携帯型電子機器，携
帯型通信端末）２０を駆動する二次電池２１に接続され
ている。

【００１３】そして、図２に示すように、光電変換モジ
ュール１０Ａは、ここでは複数（８個）の単一セル（光
電変換素子）１０ａが直列に接続されて構成されてお
り、携帯電話２０のケーシング外面の側面角部の曲面に
沿って取り付けられている。これにより、単一セル１０
ａひいては光電変換モジュール１０Ａの少なくとも一部
が携帯電話２０のケーシング外面の曲面に沿う曲面形状
を有していることとなる。

【００１４】また、携帯型電源装置１０を構成する他の
部材（整流インピーダンス変換回路１０Ｂ，電気二重層
コンデンサ１０Ｃ，接続部１１及び後述するパルス充電
器１０Ｄ等）は、ここでは、携帯電話２０のケーシング
内に内装され、接続部１１，１１は、例えば、二次電池
２１に一般的に設けられている充電用の端子に接続され
ており、携帯型電源装置１０と携帯電話２０とが略一体
に形成されている。

【００１５】そして、この光電変換モジュール１０Ａに
光を当てると、光電変換モジュール１０Ａが電気を出力
し、この電気により二次電池２１を充電できるようにな
っている。また、電気二重層コンデンサ１０Ｃは、大容
量であって、充電が極めて短時間に行なえ且つ放電が極
めて長時間にわたって行なえるものが使用される。例え
ば、日光の直射を受けるような場合には、光電変換モジ
ュール１０Ａから十分な電流供給が行なわれるが、二次
電池２１は化学変化で貯電を行なうため貯電速度は比較
的遅く、したがって、光電変換モジュール１０Ａから二
次電池２１に対して直接に電流供給を行なうと、光電変
換モジュール１０Ａからの電流供給速度に対して、二次
電池２１の貯電速度が遅い、オーバフロー状態となる。
このため、携帯型電源装置１０には上述したように大容
量の電気二重層コンデンサ１０Ｃがそなえられている。
電気二重層コンデンサ１０Ｃは、光電変換モジュール１
０Ａから急速に電流供給が行なわれても、かかる電流を
急速に且つ大量に貯電可能であるとともに、二次電池２
１に対しては、比較的緩やかな速度で電流を供給するこ
とができる。したがって、光電変換モジュール１０Ａか
ら多量の電流が供給されるような場合でも、電気二重層
コンデンサ１０Ｃを介して効率的に二次電池２１に電流
を供給して充電できるようになっている。

【００１６】また、反対に、日光が弱いため光電変換モ
ジュール１０Ａからの電流供給が不足気味となる場合で
も、電気二重層コンデンサ１０Ｃに貯電された電気が二
次電池２１に供給され充電されるようになっている。電
気二重層コンデンサ１０Ｃは、上述したように、大容量
であって、充電が極めて短時間に行なえ且つ放電が極め
て長時間にわたって行なわれるものであれば特に材質や
形式に制限はなく、使用する目的や運用方法に応じて、
容量等の仕様が適宜決定される。

【００１７】なお、図１中に二点鎖線で示すように、電
気二重層コンデンサ１０Ｃよりも二次電池２１側にパル
ス充電器１０Ｄを設ける構成としても良い。この場合、
パルス充電器１０Ｄを介して電気二重層コンデンサ１０
Ｃに貯電された電気を二次電池２１に一層安定して所定
速度で供給できるようになる。また、電気二重層コンデ
ンサ１０Ｃと二次電池２１との間に、直流／直流コンバ
ータを介装しても良い。

【００１８】以下、単一セル（光電変換素子）１０ａに
ついて説明する。光電変換素子１０ａは、図３に示すよ
うに、基材１，透明導電性電極２，電子輸送層３，光増
感化合物４，ホール輸送層５，ホール集電電極６及び基
材７をこの順に積層して構成されている。基材１は、透
明導電性電極２を支持するもので、光透過性の公知の材
料が使用され、例えばガラス，透明ポリマー等が使用さ
れる。基材１の厚さは、使用用途に応じて適宜設定され
るものであるが、０．１〜２０００μｍが好ましく、
０．１〜１０００μｍがさらに好ましい。基材１の厚さ
を、このような範囲に設定することにより、基材１の強
度及び光透過性を確保できる。

【００１９】透明導電性電極２としては、一般に透明導
電性電極に使用されている公知の材料が使用される。例
えば、インジウム・スズ酸化物，フッ素ドープした酸化
スズ等が使用され、これらの材料の内、特にフッ素ドー
プした酸化スズが好ましい。また、透明導電性電極２の
厚さは、０．０１μｍから１μｍが好ましく、０．０１
〜０．１μｍがさらに好ましい。透明導電性電極２の厚
さを、このような範囲に設定することにより、光電変換
モジュール１０Ａの発電容量及び光透過性を確保でき
る。

【００２０】電子輸送層３は、酸化物微粒子を焼結させ
て形成され複数の細孔構造を有する。酸化物微粒子は、
可視光を透過させ電子輸送能を有する酸化物であればよ
く、例えば、酸化チタン，酸化ジルコニウム，酸化亜
鉛，酸化スズ及びチタン酸バリウム等であるが、これら
に限定されない。酸化物微粒子の大きさ（直径）として
は５〜１００ｎｍが好ましく、１５〜５０ｎｍが更に好
ましい。そして、このような大きさの酸化物微粒子を焼
結させた場合には、通常、直径１０〜２０ｎｍの細孔が
形成されるようになる。細孔の径がこのような範囲で形
成されることにより、光増感化合物４を確実に且つ安定
して担持できるようになる。

【００２１】また、電子輸送層３の厚さとしては、０．
１〜３μｍが好ましく、０．１〜１μｍがさらに好まし
い。電子輸送層３の厚さを、このような範囲に設定する
ことにより、光電変換モジュール１０Ａの発電容量及び
光透過性を確保できる。光増感化合物４は、細孔内に入
り込むようして電子輸送層３の表面に付着又は固着して
おり、電子輸送層３とともに電化分離層を形成してい
る。光増感化合物４は、太陽光や蛍光灯からの放射光等
を効率良く吸収し、且つ効率良く電子を酸化物（電子輸
送層）３に渡すものであればよく、例えば、（シス−ジ
（チオシアン酸）−Ｎ，Ｎ'−ビス（２，２'−ビピリジ
ル−４，４'−ジカルボン酸）ルテニウム（ＩＩ）のよ
うなルテニウム錯体系色素，ポルフィリンやフタロシア
ニンの金属錯体，ペリレン系色素やエオシン系色素のよ
うな有機色素であるが、これらに限定されない。また、
電子輸送層３に対する光増感化合物４の付着又は固着の
態様は、光増感化合物４が、電子輸送層４の表面に安定
して存在できるものであれば良く、物理的なものでも化
学的なものでも良いが、化学吸着によるものが好まし
い。

【００２２】ホール輸送層５は、光増感化合物４におい
て光増感後に生成した光増感色素カチオンに電子を供与
するとともにホール集電電極６から電子を受容して元に
戻ることにより、ホールを輸送できるものであれば良
く、電解質を含む溶液（電解質溶液）やホール輸送能を
有する固体物質等により構成される。電解質溶液として
は、具体的には、例えば、ヨウ化リチウムとヨウ素のア
セトニトリル溶液、テトラプロピルアンモニウムヨージ
ドとヨウ素のアセトニトリル溶液、ヨウ化リチウム、
１，２−ヂメチル−３−プロピルイミダゾリウムヨージ
ド、ヨウ素及び４−ターシャリ−ブチルピリジンの３−
メトキシプロピオニトリル溶液等が挙げられるが、これ
らに限定されるものではない。

【００２３】また、ホール輸送能を有する固体物質とし
ては、具体的には、例えば、ヒドラゾン系化合物、オリ
ゴチオフェン誘導体、オリゴアニリン誘導体、オリゴピ
ロール誘導体等のπ共役系オリゴマー、ポリチオフェン
誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリアニリン誘導
体等のπ共役系ポリマー等が挙げられるが、これらに限
定されるものではない。また、π共役系オリゴマー、π
共役系ポリマーにおいては、ホール輸送能及びフェルミ
準位を調節するために、ヨウ素、塩化鉄(III)等のドー
パントをドープしても良い。

【００２４】さらに、ホール輸送層５に、ホール輸送能
を有する上述した固体物質を用いる場合、この固体物質
が、充分に大きな電気伝導度を有するものであれば、こ
の固体物質により、ホール輸送層５とホール集電電極６
を兼用させ一体化させて構成することができる。このよ
うに構成する具体的な方法としては、例えば、高濃度ド
ープされたポリアニリンや高濃度ドープされたポリ
（３，４−エチレンジオキシチオフェン）等を、電子輸
送相３の細孔内において重合時に形成させ且つホール輸
送層５の最表面層まで形成させる方法がある。

【００２５】ホール輸送層５は、上述したように、電解
質溶液又は固体物質の何れにより構成しても良いが、液
漏れがないので固体物質により構成するのが好ましい。
また、上述したように、固体物質により、ホール輸送層
５とホール集電電極６とを兼用させ一体化させることが
好ましい。これにより、ホール輸送層５とホール集電電
極６との界面の電気的接合が良好なものとなる。さら
に、従来では、ホール輸送層を形成させた後に高真空下
で金等を蒸着してホール集電電極を形成するようにして
いるが、このような製造工程が省略されるので、簡便か
つ効率良く製造でき、製造コストを低減できる。

【００２６】さて、ホール集電電極６は、ホールを集電
し得るものであれば良く、具体的には、例えば、白金，
炭素及び金等であるが、これらに限定されない。また、
上記のようにホール輸送層５がホール集電電極６を兼用
する場合は、当然であるが、ホール輸送層５とは別にホ
ール集電電極６を設ける必要はない。基材７は、ホール
集電電極６を支持するもので、その材質は、透明導電性
電極２を支持する基材１の材質に準ずる。但し、ホール
輸送層５を固体物質で構成するとともに、白金，金等を
この固体物質に蒸着してホール集電電極６とする場合に
は、ホール集電電極６はホール輸送層５に支持されるよ
うになるので、このような場合、基材７は必ずしも必要
ではない。同様に、ホール輸送層５とホール集電電極６
とを一体に構成する場合には、基材７は必ずしも必要で
はない。（Ｂ）携帯型電源装置の作用・効果本発明の一実施形態としての携帯型電源装置１０は上述
したように構成されるので、日照下又は蛍光灯下におい
て光電変換モジュール１０Ａから出力される電流は、電
気二重層コンデンサ１０Ｃに蓄電された後、電気二重層
コンデンサ１０Ｃから放電されて、二次電池２１が充電
される。したがって、特別な作業を行なうことなく二次
電池２１を充電することが可能であるという利点があ
る。

【００２７】また、電気二重層コンデンサ１０Ｃは、充
電速度が早く且つ放電速度が遅いので、光電変換モジュ
ール１０Ａから比較的早い速度で供給される電流を、充
電速度の比較的遅い二次電池２１に対し比較的遅い速度
で供給することができる。したがって、二次電池２１に
対し適切な速度で充電を行なえるという利点がある。

【００２８】また、日照下又は蛍光灯下において光電変
換モジュール１０Ａで出力された電気は電気二重層コン
デンサ１０Ｃや二次電池２１に蓄電／充電されるので、
夜間や光が得られない環境でも、携帯電話２０を安定し
て使用することが可能となる。また、単一セル１０ａで
は、１００ｍＷ／ｃｍ²の強度の擬似太陽光下における
最大出力電圧は、０．６４Ｖであるのに対し、単結晶シ
リコンを用いた光電変換素子の単一セルでは、同条件下
における最大出力電圧は、０．４Ｖ(アト゛ハ゛ンストエレクトロニクスシ
リース゛ I-3 太陽エネルキ゛ー工学培風館 247頁)である。この
ように、本発明にかかる光電変換素子（単一セル）１０
ａの最大出力電圧は、単結晶シリコンを用いた光電変換
素子（単一セル）における最大出力電圧よりも大きいた
め、集積化して定格電圧を満たす素子を作成する場合、
本光電変換素子１０ａを使用すれば、光電変換モジュー
ルを、単結晶シリコンを用いた光電変換素子を使用する
よりも小さい面積とすることができ、小型化及び軽量化
できるという利点がある。

【００２９】さらに、本発明にかかる単一セル１０ａに
おける最大出力電圧，最大出力電流密度は、１００ｍＷ
／ｃｍ²の光強度の擬似太陽光下においては、エネルギ
ー変換効率が略同等の非晶質シリコンを用いた太陽電池
単一セルの最大出力電圧，最大出力電流密度と略同じで
あるが、図４に示すように、光強度が１００ｍＷ／ｃｍ
²よりも低くなるにしたがって、図中に点線ｂで示す単
結晶シリコンを用いた単一セルや、図中に破線ｃで示す
非晶質シリコンを用いた単一セルでは、エネルギー変換
効率が低下してしまうのに対し、図中に実線ａで示すよ
うに、本光電変換モジュール１０Ａの単一セル１０ａで
は、光強度が１００ｍＷ／ｃｍ²よりも低い領域（低照
度下）でも高いエネルギー変換効率を維持できる。

【００３０】したがって、光電変換モジュール１０Ａを
用いることにより、曇天下，蛍光灯下のような光量の少
ない場所や、日照時間の短い地域においても、二次電池
を充電することが可能であり、また、携帯電話が比較的
屋内で使用される時間が長いような場合でも二次電池を
充電することが可能であるという利点がある。さらに、
光電変換素子１０ａでは、基材１，７の材料として例え
ば透明ポリマーを使用できる等、必ずしもガラスのよう
な成形加工性の低い材質を使用する必要がないため、光
電変換素子１０ａひいては光電変換モジュール１０Ａの
形状を適宜に設計することが可能であり、図２に示すよ
うに、曲面（ここでは携帯電話２０の側部角面）に沿わ
せるように取り付けることも可能である。

【００３１】携帯電話を始めとする携帯型電子機器で
は、光電変換素子が取付可能なスペースは従来から僅か
なものであるが、近年、携帯型電子機器はますます小型
化されており、光電変換素子の取付可能なスペースは、
今後、さらに少なくなっていくことは確実である。ま
た、特に、普及率の高い携帯電話では、最近、他商品と
の差別化を図るべくデザイン性が重視される方向に進ん
でおり、多数の曲面を有する複雑な形状のものも多く、
このような曲面に対して安定して取り付けるためには、
光電変換素子の形状も複雑なものにせざる得ない。

【００３２】本発明に使用される光電変換素子は、エネ
ルギ変換効率が高く従来よりも小型化できることとあわ
せて成形加工が容易であることから、このように携帯型
電子機器が小型化し、その形状が複雑化するなか、携帯
型電子機器に安定して取り付けることができるという、
従来に対し極めて有利な利点を有する。また、従来より
一般的に使用されているシリコン系光電変換素子では、
製造に必要なシリコンやシランガス等の材料の供給が不
安定であるのに対し、本光電変換素子１０ａに必要な材
料は比較的安定して供給されるので、光電変換素子１０
ａひいては光電変換モジュール１０Ａ及び電源装置１０
を安定して製造できるという利点がある。（Ｃ）その他なお、上述の実施形態では、本発明の携帯型電源装置
を、携帯型電子機器及び携帯通信端末として携帯電話に
適用した例を説明したが、本発明の携帯型電源装置は、
どのような携帯型電子機器にも広く適用できるものであ
り、例えば、携帯型コンピュータにも適用できる。図５
に示すように、携帯型コンピュータ３０は、一般的に、
キーボードをそなえる本体部３１と、ディスプレー部３
２とを折り重ね可能に構成されており、例えば、ディス
プレー部３２の背面（本体部に向き合わない面）３２ａ
に、複数のシート状の光電変換素子１０ａからなる光電
変換モジュールを取り付けておくことができる。携帯電
源装置のこの他の部材（電気二重層コンデンサ，接続部
等）については、パソコンの本体部３１のケース内又は
ディスプレー部３２のケース内に内装すればよい。

【００３３】最近では、デザイン性が重視されており、
曲面をそなえた形状のパソコンもあり、光電変換素子
を、このような形状のパソコンにも安定して取り付ける
ことができる。また、本発明の携帯型電源装置は、上述
の実施形態のように携帯型電子機器と一体型である必要
はなく、別体としても良い。例えば、携帯電話に使用す
るのであれば、現在一般的に使用されている携帯電話の
充電器と同様に、携帯電話を差し込むことにより、携帯
電話に取り付けられた二次電池の充電用端子と携帯型電
源装置の接続部とが電気的に接続されるようにすればよ
い。この場合、光電変換素子は、携帯型電源装置のケー
シング外表面に取り付けられる。或いは、ケーシング内
に蓄電用コンデンサや整流インピーダンス等を内装し、
ケーシング外部において、ケーシングから引き出したケ
ーブルに光電変換素子を接続するようにしても良い。こ
の場合、例えば、携帯型電子機器及び携帯型電源装置を
バッグ等に収容しておき、光電変換素子だけを止め金具
等を用いてバッグ外部に設置することもできる。

【００３４】

【実施例】ここで、実施例として、特に本発明にかかる
光電変換モジュールについてさらに図面を用いて具体的
に説明する。図６〜図８は本発明の一実施例にかかる光
電変換モジュールについて示す図である。また、実施形
態の説明で用いた図３についても流用して説明する。な
お、本発明にかかる光電変換モジュールは、この実施例
に限定されるものではない。（Ａ）実施例の説明図３を参照しながら説明すると、ガラス基板（基材）１
上に、フッ素ドープした酸化スズを透明導電性電極２と
してコートして透明導電性ガラスを構成し、この透明導
電性ガラスの透明導電性電極２側に、電子輸送層３とし
て酸化チタン微粒子（結晶系アナターゼ８０％，粒子径
約２０ｎｍ）の懸濁液を塗布し空気中で４５０℃で焼結
する。その後、光増感化合物４として（シス−ジ（チオ
シアン酸）−Ｎ，Ｎ'−ビス（２，２'−ビピリジル−
４，４'−ジカルボン酸）ルテニウム（ＩＩ）を、電子
輸送層３に化学吸着させ光増感型電極を作成した。

【００３５】また、ヨウ化リチウム０．１３４ｇ、
１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムヨージ
ド１．５９６ｇ、ヨウ素０．１２６ｇ、４−ターシ
ャリ−ブチルピリジン１．４７８ｇを、３−メトキシ
プロピオニトリルに溶解して１０ｍｌの電解質溶液を調
製した。また、ガラス基板（基材）７上に、フッ素ドー
プした酸化スズをコートして透明導電性ガラスを構成
し、この透明導電性ガラスに、酸化スズの上から白金を
コートしてホール集電電極６を構成した。

【００３６】そして、上記光増感型電極１〜４と、上記
ホール集電電極６との間に上記電解質溶液をホール輸送
層５として充填して単一セル１０ａを作成した。４００
ｎｍ以下及び１０００ｎｍ以上の波長をカットしたキセ
ノンランプを光源として用い、強度１．３ｍＷ／ｃｍ²
の励起光下で上記単一セル１０ａの電流−電圧特性を測
定したところ、電圧（Ｖ）−電流密度（Ｊ）特性は、図
６に示すようになり、最大出力電圧Ｖ_MAXは０．４８
Ｖ、最大出力電流密度Ｊ_MAXは０．３９ｍＡ／ｃｍ²であ
った。

【００３７】したがって、１ｃｍ×２ｃｍの単一セル１
０ａを、図７に示すように、リード線１２により１２個
直列に集積してモジュール１０Ａを作成した場合には、
４００ｎｍ以下及び１０００ｎｍ以上の波長をカットし
たキセノンランプを光源として用い、強度１．３ｍＷ／
ｃｍ²の励起光下では、このモジュール１０Ａの最大出
力電圧は５．７Ｖ、最大出力電流は０．７７４ｍＡと計
算できる。このときモジュールの寸法は、図７に示すよ
うに４９ｍｍ×８５ｍｍであった。

【００３８】この集積化したモジュールを用いて、強度
１．３ｍＷ／ｃｍ²の励起光下において、５Ｖ，０．１
Ｆの容量の電気二重層コンデンサ１０Ｃ（図２参照）を
満充電する場合、コンデンサ１層を充電するのに要する
時間は６４６秒（＝１０．８分）と計算できる。そし
て、飽和電離に要する時間、即ちコンデンサ２重層とし
ての充電時間は、コンデンサ１層における充電時間の約
８倍程度とすると５１６８秒（＝８６分）と推算でき
る。（Ｂ）比較例の説明４００ｎｍ以下及び１０００ｎｍ以上の波長をカットし
た強度１．３ｍＷ／ｃｍ²のキセノンランプ光下におい
て、ＰＩＮ型非晶質シリコン太陽電池の単一セル１１０
の最大出力電圧は０．３８Ｖ，最大出力電流密度は０．
０９４ｍＡ／ｃｍ²であった。したがって、図７に示す
ように、１２個の１ｃｍ×２ｃｍの単一セル１１０をリ
ード線１２で直列に接続してモジュールを集積し、４０
０ｎｍ以下及び１０００ｎｍ以上の波長をカットしたキ
セノンランプを光源とした強度１．３ｍＷ／ｃｍ²の励
起光下に、このモジュールをセットした時の最大出力電
圧は４．５６Ｖ、最大出力電流は０．１８８ｍＡと計算
できる。

【００３９】このように最大出力電圧が４．５６Ｖであ
るため、上記励起光条件下では、ＰＩＮ型非晶質シリコ
ン太陽電池のモジュールでは、５Ｖ，０．１Ｆの容量の
電気二重層コンデンサ１０Ｃ（図２参照）を満充電する
ことはできない。また、図８に示すように、１ｃｍ×２
ｃｍの単一セル１１０をリード線１２により１４個直列
に集積してモジュールを構成し、４００ｎｍ以下及び１
０００ｎｍ以上の波長をカットしたキセノンランプを光
源とした強度１．３ｍＷ／ｃｍ²の励起光下に、このモ
ジュールをセットした時の最大出力電圧は５．３２Ｖ、
最大出力電流は０．１８８ｍＡと計算できる。したがっ
て、上記励起光条件下で、５Ｖ，０．１Ｆの容量の電気
二重層コンデンサ２Ｃを満充電する場合には、コンデン
サ１層を充電するのに要する時間は２６６０秒（＝４４
分）と計算できる。そして、飽和電離に要する時間、即
ちコンデンサ２重層を充電するのに要する時間は、コン
デンサ１層の充電時間の約８倍程度とすると２１２８０
秒＝３５５分と推算でき、本発明にかかる光電変換モジ
ュールに対し４倍以上の充電時間となってしまう。さら
に、モジュールの寸法は、図８に示すように４９ｍｍ×
９８ｍｍとなり、図７に示す本発明にかかるモジュール
（光電変換素子）１０Ａの寸法（４９ｍｍ×８５ｍｍ）
よりも大きくなってしまう。（Ｃ）結果以上のことから、本発明の携帯型電源装置の場合、強度
１．３ｍＷ／ｃｍ²という太陽光の１００分の１の強度
のような低照度下においても、シリコン系太陽電池とコ
ンデンサとを組み合わせた電源装置に比べると、効率良
く蓄電でき、この分、従来よりも、モジュールの大きさ
を小型化でき、ひいては携帯型電源装置を小型化できる
ことがわかった。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明（請求項
１）では、透明導電性電極と、細孔構造を有する酸化微
粒子からなる電子輸送層と、ホール輸送層と、ホール集
電電極と、電子輸送層に付着又は固着する光増感化合物
とを有する光電変換素子を、携帯型電源装置に使用して
いるので、携帯性をいかんなく発揮しながら、低照度下
でもエネルギー変換効率が高く光電変換素子から出力さ
れる電流を蓄電用コンデンサに蓄電して二次電池を効率
的に充電できるという利点がある。

【００４１】また、光電変換素子において、透明導電性
電極やホール集電電極を支持する基材として必ずしもガ
ラスのような成形加工性の低い材料を用いる必要がな
く、したがって、形状加工が容易に行なえ、また、上述
のように低照度下でもエネルギー変換効率が高いので小
型できる。したがって、形状やサイズを適宜設定するこ
とができるので、小型化及び形状の複雑化が進む携帯型
電子機器に対しても、重量の増加を招くことなく安定し
て取り付けることができるという利点がある。

【００４２】また、従来より一般的に使用されているシ
リコン系光電変換素子では、製造に必要なシリコンやシ
ランガス等の材料の供給が不安定であるのに対し、本発
明にかかる光電変換素子に必要な材料は比較的安定して
供給されるので、光電変換素子ひいては携帯型電源装置
を安定して製造できるという利点がある。この場合、光
電変換素子の少なくとも一部を曲面で構成することによ
り、形状の複雑化が進む携帯型電子機器に対しても、一
層安定して取り付けられるという利点がある（請求項
２）。

【００４３】また、ホール輸送層を固体物質により構成
することにより、液漏れがなく携帯性に優れているとい
う利点がある（請求項３）。さらに、固体物質により、
ホール輸送層とホール集電電極とを兼用させることによ
り、ホール輸送層とホール集電電極とを一体に形成する
ことができるので、ホール輸送層とホール集電電極とを
別々に設ける構成に比べ、軽量化を図りながら製造を簡
素化して製造コストを低減できるという利点がある（請
求項４）。

【００４４】また、固体物質がπ共役系化合物を含有す
ることにより、請求項３又は請求項４の携帯型電源装置
の効果が確実に得られるという利点がある（請求項
５）。本発明の携帯型通信端末によれば、請求項１〜５
の何れかの項に記載の携帯型電源装置を装備しているの
で、携帯性に支障をきたすことなく、低照度下でも、特
に人手により充電作業を行なうことなく携帯型電源装置
により二次電池が充電され安定して使用できる他、軽量
性に優れ携帯性に優れているという利点がある（請求項
６）。

【００４５】本発明の携帯型コンピュータによれば、請
求項１〜５の何れかの項に記載の携帯型電源装置を装備
しているので、携帯性に支障をきたすことなく、低照度
下でも、特に人手により充電作業を行なうことなく携帯
型電源装置により二次電池が充電され安定して使用でき
る他、軽量性に優れ携帯性に優れているという利点があ
る（請求項７）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての携帯型電源装置の
構成を示す模式図である。

【図２】本発明の一実施形態にかかる携帯型電子機器及
び携帯型通信端末としての携帯電話の構成を示す模式的
な斜視図である。

【図３】本発明の一実施形態としての携帯型電源装置に
かかる光電変換素子の構成を拡大して示す模式的な断面
図である。

【図４】本発明の一実施形態にかかる光電変換素子の単
一セル，従来の単結晶シリコン型太陽電池の単一セル及
び従来の非晶質シリコン型太陽電池の単一セルにおける
各光強度−相対エネルギ変換効率特性を示す図である。

【図５】本発明の一実施形態にかかる携帯型電子機器と
しての携帯型コンピュータの構成を示す模式的な斜視図
である。

【図６】本発明の一実施例にかかる光電変換素子の電圧
−電流密度特性図である。

【図７】本発明の一実施例にかかる光電変換モジュール
の構成図である。

【図８】従来のＰＩＮ型非晶質シリコン太陽電池モジュ
ールの構成図である。

【符号の説明】

１，７基材２透明導電性電極３電子輸送層４光増感化合物５ホール輸送層６ホール集電電極１０携帯型電源装置１０ａ光電変換素子の単一セル１０Ａ光電変換モジュール１０Ｂ整流インピーダンス変換回路１０Ｃ電気二重層コンデンサ（蓄電用コンデンサ）１０Ｄパルス充電器１１接続部１２リード線２０携帯電話（携帯型電子機器，携帯型通信端末）２１二次電池３０携帯型コンピュータ（携帯型電子機器）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｍ 14/00 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｚ (72)発明者田中由紀神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地三菱化学株式会社横浜総合研究所内 (72)発明者前田修一神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地三菱化学株式会社横浜総合研究所内Ｆターム(参考） 5B011 DA06 DA11 DA13 EA04 EA10 5F051 AA14 BA04 FA03 FA04 JA17 5G003 AA06 BA01 DA06 FA08 5H030 AS11 BB01 BB21 DD04 DD20 5H032 AA06 AS16 EE16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】携帯型電子機器を駆動する二次電池に接
続され少なくとも光電変換素子と蓄電用コンデンサとを
有する携帯型電源装置において、該光電変換素子が、透明導電性電極と、細孔構造を有す
る酸化微粒子からなる電子輸送層と、ホール輸送層と、
ホール集電電極と、該電子輸送層に付着又は固着する光
増感化合物とをそなえて構成されていることを特徴とす
る、携帯型電源装置。
【請求項２】該光電変換素子の少なくとも一部が曲面
で構成されていることを特徴とする、請求項１記載の携
帯型電源装置。
【請求項３】該ホール輸送層が、固体物質により構成
されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の携
帯型電源装置。
【請求項４】該固体物質が、該ホール輸送層と該ホー
ル集電電極とを兼用することを特徴とする、請求項３記
載の携帯型電源装置。
【請求項５】該固体物質がπ共役系化合物を含有する
ことを特徴とする、請求項３又は４記載の携帯型電源装
置。
【請求項６】請求項１〜５の何れかの項に記載の携帯
型電源装置を装備していることを特徴とする、携帯型通
信端末。
【請求項７】請求項１〜５の何れかの項に記載の携帯
型電源装置を装備していることを特徴とする、携帯型コ
ンピュータ。