JP2002093472A

JP2002093472A - 乗物用電源装置

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Publication number: JP2002093472A
Application number: JP2000278322A
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: 2000-09-13
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2002-03-29

Abstract

(57)【要約】【課題】乗物用電源装置において、発電効率を維持し
て効率的にバッテリの充電又は電気機器の駆動を行なえ
るとともに、安価に且つ安定して製造できるようにす
る。【解決手段】乗物に装備されたバッテリ１０２に電気
的に接続され少なくとも光電変換モジュール１０Ａと蓄
電用コンデンサ１０Ｃとを有する乗物用電源装置におい
て、光電変換モジュール１０Ａを構成する光電変換素子
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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乗物に装備された
バッテリ／電気機器を充電／駆動するための、乗物用電
源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】外部の電源から定常的に電力の供給され
ない自動車のような乗物では、通常バッテリ及び発電機
が装備されている。これにより、バッテリに蓄えられた
電気を使用して乗物に装備された各種電気機器を作動さ
せるとともに、エンジン作動中には、このエンジンによ
り発電機（オルターネータ）を駆動して発電を行ないバ
ッテリの充電が行なわれる。

【０００３】しかし、エンジンを停止した場合には、バ
ッテリの充電が行われないため、バッテリによる電気機
器の駆動は制約され、また、発電機を駆動してバッテリ
を充電するために非走行中にもかかわらずエンジンを作
動させた場合には、不要に燃料を消費して排気ガスを放
出することとなる。そこで、自動車等の乗物において、
エンジン停止中であってもバッテリを充電できるよう
に、バッテリ充電用に太陽電池（光電変換素子）を使用
することが従来より種々検討されている。そして、この
ような乗物のバッテリ充電用に適用可能な技術として
は、例えば、一般的なシリコン系太陽電池，大容量電気
二重層コンデンサ及び充電可能な二次電池を組み合わせ
たハイブリッド電源装置が提案されている（電子技術
２０００年４月号８７〜９２頁、電子技術２００
０年６月号５８〜６１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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
ハイブリッド電源装置では、発電機能を有するシリコン
系太陽電池が、低照度下において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）ため、曇天下では、
バッテリを十分に充電できない虞がある。

【０００５】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。

【０００６】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、これにより、例えば自動車であれ
ば取付箇所は、略平面をなす箇所としてサンルーフ等に
限定されてしまうという課題があり、さらに、平面形状
に限定されてしまうことから、太陽光の角度によっては
発電効率が低下してしまうという課題がある。

【０００７】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、発電効率を維持して効率的にバッテリの充電
又は電気機器の駆動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、乗物用電源装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の乗物
用電源装置（請求項１）は、乗物に装備されたバッテリ
に電気的に接続され少なくとも光電変換モジュールと蓄
電用コンデンサとを有する乗物用電源装置において、該
光電変換モジュールを構成する光電変換素子が、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。

【０００９】本発明の乗物用電源装置（請求項２）は、
乗物に装備された電気機器に電気的に接続され少なくと
も光電変換モジュールと蓄電用コンデンサとを有する乗
物用電源装置において、該光電変換モジュールを構成す
る光電変換素子が、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。

【００１０】この場合、該光電変換モジュールの少なく
とも一部が折り畳み可能に構成されても良く（請求項
３）、又、該光電変換モジュールの少なくとも一部が曲
面で構成されても良い（請求項４）。また、ホール輸送
層が、固体物質により構成されても良く（請求項５）、
さらに、該固体物質が、該ホール輸送層と該ホール集電
電極とを兼用してもよい（請求項６）。この場合、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７）。

【００１１】また、該光電変換モジュールが、該乗物に
対して着脱可能であってもよい（請求項８）。

【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
施形態としての乗物用電源装置（以下、単に電源装置と
もいう）について示す図である。なお、本実施形態で
は、本発明の乗物用電源装置を自動車に適用した例を説
明する。（Ａ）電源装置の構造本電源装置が適用される自動車（以下、車両という）に
は、図１に示すように、エンジンのスタータ回路とし
て、エンジンを始動するためのスタータモータ１０１
と、スタータモータ１０１等に電力を供給するバッテリ
（二次電池）１０２とがそなえられている。ドライバが
キー操作によりスタータスイッチ１０３をオンすると、
バッテリ１０２からスタータモータ１０１に電力が供給
され、スタータモータ１０１が作動してクランクシャフ
トを回転駆動してエンジンを始動させるようになってい
る。なお、バッテリ１０２は、スタータモータ１０１だ
けでなく、その他の車両に装備された種々の電気機器に
電力を供給するようになっている。

【００１３】また、車両には、バッテリを充電するため
に、エンジンにより駆動されるオルターネータ（発電
機）１０４がそなえられている。オルターネータ１０４
は、エンジンの作動中、クランクシャフトにより回転駆
動されて発電を行ない、発電した電力はケーブルを介し
てバッテリ１０２に充電されるようになっている。そし
て、本電源装置１０は、図１に示すように、バッテリ１
０２に対してオルターネータ１０４と並列に接続されて
おり、オルターネータ１０４とともにバッテリ１０２を
充電するようになっている。

【００１４】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１０
Ａ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。

【００１５】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、フロントガラスやリアガラ
スに面して車室内に置かれる日除け（サンシェード）１
０５に貼り付けられており、複数の単一セル（光電変換
素子）１０ａが直列又は並列に接続されて構成されてい
る。サンシェード１０５は、互いに折り曲げ可能な複数
の平面部材１０５ａから構成されており、折り畳み可能
となっている。各単一セル１０ａは、複数の平面部材１
０５ａに跨らないように配設されており、これにより、
これらの単一セル１０ａから構成される光電変換モジュ
ール１０Ａが、サンシェード１０５と一体に折り畳み可
能に構成されているのである。

【００１６】また、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１
０Ｄ等）は、ここでは、光電変換モジュール１０Ａとは
別に車体に内装されており、光電変換モジュール１０Ａ
とは、自動車の車室内の所定位置（例えばインストルメ
ントパネル廻り）に設けられた接続部１１，１１で取り
外し可能に接続されている。

【００１７】そして、光電変換モジュール１０Ａを車室
外側に向けてサンシェード１０５を車室内においてドア
ガラスに面して設置することにより、日照時には、サン
シェード１０５により日除けが行なわれると同時に光電
変換モジュール１０Ａにより発電が行なわれ、出力され
た電気によりバッテリ１０２を充電できるようになって
いる。

【００１８】なお、サンシェード１０５には図示しない
吸着盤がそなえられており、この吸着盤によりドアガラ
スに固定されるようになっている。また、電気二重層コ
ンデンサ１０Ｃは、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、バッテリ１０２は化学変化で貯電を行なうため、こ
のような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からバッテリ１０２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、バッテリ１０２の貯電速度が遅
い、オーバフロー状態となる。このため、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１０
Ｃ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１０Ａ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、バッテリ１０２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
効率的にバッテリ１０２に電流を供給して充電できるよ
うになっている。

【００１９】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バ
ッテリ１０２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、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い。また、電気二
重層コンデンサ１０Ｃの容量は、５０Ｆ以上であればよ
いが、用途に応じて適宜設定されるもので、通常は５０
〜５０００Ｆ、好ましくは１００〜３０００Ｆ、さらに
好ましくは１５０〜１０００Ｆである。

【００２０】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よりもバッテリ１０２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
１０Ｃに貯電された電気をバッテリ１０２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とバッテリ１０２との間に、直流／直
流コンバータを介装しても良い。

【００２１】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。

【００２２】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〜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。

【００２３】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、
可視光が透過し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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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）電源装置の作用・効果本発明の一実施形態としての電源装置１０は上述したよ
うに構成されるので、日照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、バッテリ１０２が充電される。したがっ
て、エンジン停止中でオルタネータ１０４により充電が
行なえないときにおいても、バッテリ１０４を充電する
ことができるという利点がある。

【００３０】また、従来は、例えば室内灯やエアコン等
の消し忘れ等により、エンジン停止中にバッテリ１０２
の蓄電が一旦全て消費されてしまうと、スタータ１０１
の作動や点火プラグ装置による点火を行なえないためエ
ンジンを始動できず、また、オルターネータ１０４によ
り発電することもできない。しかし、本電源装置１０を
搭載していれば、たとえ、電気消費量が多くバッテリ１
０２の蓄電が一旦全て消費されてしまった場合でも、あ
る程度の強度を有する光が得られるのであれば、電気機
器のスイッチをオフすれば本電源装置１０よりバッテリ
１０２の充電が行なわれエンジンの始動が可能となると
いう利点がある。

【００３１】また、エンジンを作動させなくともバッテ
リ１０２の充電が可能となるので、エンジンを作動させ
ずにエアコンやオーディオ等の電気機器を長時間にわた
って作動させることが可能であるという利点がある。ま
た、車両に搭載された電気機器を作動させるために例え
ば停車中に従来のようにエンジンを作動させる必要がな
くなるので、不要にエンジンを作動させて燃料を消費し
たり排気を放出することがなくなるという利点もある。

【００３２】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バッテリ１０２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、バッテリ１０
２に対し適切な速度で充電を行なえるという利点があ
る。

【００３３】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）１０ａ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１
０ａ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。

【００３４】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、相対エネルギー
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１０
ａでは、光強度が１００ｍＷ／ｃｍ²よりも低い領域
（低照度下）でも高い相対エネルギー変換効率を維持で
きる。

【００３５】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、エンジン
が作動されていない状態においてバッテリを充電するこ
とが可能であるという利点がある。また、光電変換モジ
ュール１０Ａは、車体に内装された他の部材（整流イン
ピーダンス変換回路１０Ｂ，電気二重層コンデンサ１０
Ｃ等）に対し取り外し可能、即ち車体に対して着脱可
能、且つ折り畳み可能に構成されているので、電源装置
１０を使用しない際には、大きな面積を必要とする光電
変換モジュール１０Ａを取り外した後、折り畳んで、ト
ランクルームや外部に格納できるという利点がある。

【００３６】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１０ａ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、本発明の乗物用電源装置は上述の実施形態に限定
されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行
なうことが可能である。

【００３７】例えば、上述の実施形態では、電源装置１
０を、バッテリ１０２に接続するようにしているが、ス
タータモータや点火プラグのようなエンジンの始動に必
要な電気機器に直接に接続するようにしてもよい。つま
り、エンジンを一旦始動させれば、エンジンによりオル
ターネータが駆動されて発電が行なわれバッテリが充電
される。したがって、電源装置１０からかかる電気機器
に電気を直接供給して、バッテリの蓄電が完全に消費さ
れた状態においてもエンジンを始動できるようにするこ
とにより、バッテリの蓄電量を安定して確保できるので
ある。

【００３８】また、光電変換素子１０ａの一部を曲面で
構成し、ひいては光電変換モジュール１０Ａの一部を曲
面で構成することにより、例えば、図５に示すような波
形の断面形状を有するサンシェード１０５′に光電変換
モジュール１０Ａを設置するようにしてもよい。この場
合、光電変換素子１０ａ及び光電変換モジュール１０Ａ
を平面形状にする場合に比べ、太陽の角度によらず太陽
光が光電変換モジュール１０Ａに照射するようになっ
て、効率的に発電を行なえるようになるという利点があ
る。

【００３９】さらに、光電変換モジュール１０Ａをサン
シェードではなく、車体外部に取り付けるように構成し
ても良い。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、例
えば、光電変換モジュール１０Ａの少なくとも一部を曲
面に形成するなどして、光電変換モジュール１０Ａの形
状を車体にあわせた形状とすることができる。つまり、
光電変換モジュール１０Ａが平面に限定されないので、
従来よりも大きな面積で光電変換モジュール１０Ａを車
体外部に取り付けることが可能となり、より効果的にバ
ッテリの充電又は電気機器の駆動を行なえるという利点
がある。

【００４０】また、上述の実施形態では、本発明の乗物
用電源装置を、自動車に適用した例を説明したが、本発
明の乗物用電源装置は、これに限定されず、例えば、バ
イクやボート或いは飛行機等にも適用しうるものであ
る。いずれにしても、本発明の乗物用電源装置は、外部
の電源から定常的に電力が供給されない乗物に広く適用
しうるものである。

【００４１】

【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図面を用いてさらに具体的
に説明する。図６及び図７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１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
した。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。

【００４２】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。

【００４３】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。この単
一セル１０ａを１００ｍＷ／ｃｍ²の強度の疑似太陽光
下に置き、その電流−電圧特性を測定したところ、最大
出力電圧Ｖは０．６Ｖ、最大出力電流密度Ｊは１０．１
ｍＡ／ｃｍ²であった〔ＡＭ１．５：国際電子技術委員
会（ＩＥＣ）が決定した分光放射分布〕。

【００４４】したがって、図６に示すように、４ｃｍ×
４ｃｍの単一セル１０ａを２６個直列に接続し、これら
をさらに１１個並列に集積化して、光電変換モジュール
１０Ａを作成した場合、１００ｍＷ／ｃｍ²の強度の疑
似太陽光（ＡＭ１．５）下におけるこの光電変換モジュ
ール１０Ａの最大出力電圧は１５．６Ｖ、最大出力電流
は１７７７．６ｍＡと計算でき、１２Ｖ，２００Ｆの容
量の電気二重層コンデンサを満充電する場合、コンデン
サ１層を充電するのに要する時間は、１３５０秒（＝２
２．５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重層における充電時間は、コンデ
ンサ１層における充電時間の約５倍程度とすると６７５
０秒（＝１１２．５分）と推算できる。（Ｂ）実施例２の説明また、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１．３
ｍＷ／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７に示すようになり、最大出力電圧Ｖ
_MAXは０．４８Ｖ、最大出力電流密度Ｊ_MAXは０．３９ｍ
Ａ／ｃｍ²であった。したがって、この励起光条件下に
おける図６に示す光電変換モジュール１０Ａの最大出力
電圧は１２．５Ｖ、最大出力電流は６８．６ｍＡと計算
することができる。

【００４５】そして、同励起光の条件下及び同光電変換
モジュール１０Ａにより、１２Ｖ，２００Ｆの容量の電
気二重層コンデンサを満充電する場合、コンデンサ１層
を充電するのに要する時間は３４９８５．４秒（＝５８
６分）と計算でき、飽和電離に要する時間、即ちコンデ
ンサ２重層におけるの充電時間は、コンデンサ１層の充
電時間の約５倍程度とすると１７４９２７秒（＝２９１
５．５分）と推算できる。（Ｃ）比較例１ＰＩＮ型非晶質シリコン太陽電池の単一セルにおいて、
１００ｍＷ／ｃｍ²の強度の疑似太陽光（ＡＭ１．５）
下で電流−電流密度特性を測定したところ最大出力電圧
は０．６Ｖ、最大出力電流密度は９．５ｍＡ／ｃｍ²で
あった。したがって、図６に示すように、４ｃｍ×４ｃ
ｍの単一セル１０ａ′を２６個直列に接続し、これをさ
らに１１個並列に集積化して、光電変換モジュール１０
Ａ′を作成した場合、１００ｍＷ／ｃｍ²の強度の疑似
太陽光（ＡＭ１．５）下におけるこの光電変換モジュー
ル１０Ａ′の最大出力電圧は１５．６Ｖ、最大出力電流
は１６７２ｍＡと計算でき、１２Ｖ，２００Ｆの容量の
電気二重層コンデンサを満充電する場合、コンデンサ１
層を充電するのに要する時間は１４３５．４秒（＝２
３．９分）と見積もることができる。

【００４６】したがって、本発明にかかる光電変換モジ
ュール１０Ａでは、同条件下におけるコンデンサ１層の
充電時間は１３５０秒（＝２２．５分）であったのに対
し（実施例１参照）、充電時間が約７％程度長くなって
しまう。（Ｄ）比較例２の説明また、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１．３
ｍＷ／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、最大出力電圧は０．３８
Ｖ、最大出力電流密度は０．０９４ｍＡ／ｃｍ²であっ
た。この励起光条件下における図６に示す光電変換モジ
ュール１０Ａ′の最大出力電圧は９．９Ｖ、最大出力電
流は６６．９ｍＡと計算することができる。

【００４７】このように最大出力電圧が９．９Ｖ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（光電変換モジュール）１０Ａ′により、１２
Ｖ，２００Ｆの容量の電気二重層コンデンサ１２Ｖ、２
００Ｆを満充電することはできない。（Ｅ）結果以上のことから、本電源装置の場合、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、
同励起光条件下において、効率良く短時間でコンデンサ
を充電できることがわかった。また、この分、従来より
も、モジュールの小型化、ひいては電源装置の小型化が
可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の乗物用電
源装置（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電源装置に使
用しているので、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
に蓄電してバッテリを効率的に充電できるという利点が
ある。

【００４９】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、形状加工を容易に行なえ、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
とができるという利点がある。

【００５０】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乗物用電源装置
を安定して製造できるという利点がある。本発明の乗物
用電源装置（請求項２）では、請求項１記載の乗物用電
源装置と同様の効果が得られる。つまり、光電変換素子
のエネルギー変換効率が高いので、低照度下でも、光電
変換素子から出力される電流により電気機器を安定して
駆動できるという利点がある。また、形状加工を容易に
行なえるとともに、低照度下でもエネルギー変換効率が
高いのでこの分小型化でき、したがって、形状やサイズ
を適宜設定することができるという利点がある。

【００５１】また、光電変換モジュールの少なくとも一
部を折り畳み可能に構成することにより、乗物用電源装
置を使用しない時には、光電変換モジュールを折り畳ん
で小型化でき、容易に収納できるという利点がある（請
求項３）。また、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、取付位置が平面に限定されず、
したがって、乗物に光電変換素子を効率的に装備でき且
つ大きな面積で装備することが可能であるという利点が
ある。また、太陽の角度によらず太陽光が照射されるよ
うな形状に光電変換素子を形成し高い発電効率を維持す
ることが可能であるという利点がある（請求項４）。

【００５２】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、液漏れがなく安全性に優れているとい
う利点がある（請求項５）。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、軽量化を図ることができると
ともに、製造が簡素化され安価に製造できるという利点
がある（請求項６）。

【００５３】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５又は請求項６の乗物用電源装置
の効果が確実に得られるという利点がある（請求項
７）。光電変換モジュールを、乗物に対して着脱可能に
構成することにより、大きな面積を必要とする光電変換
モジュールを乗物から外して格納することが可能となる
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乗物用電源装置の
構成を示す模式図である。

【図２】本発明の一実施形態としての乗物用電源装置に
かかる光電変換モジュール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乗物用電源装置に
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としての乗物用電源装置に
かかる光電変換モジュール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モジュール
の構成図である。

【図７】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。

【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乗物用電源装置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１０１スタータモータ１０２バッテリ１０３スタータスイッチ１０４オルターネータ１０５，１０５′ サンシェード１０５ａ平面部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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） 5F051 AA12 AA14 BA05 CB13 FA02 FA03 FA06 GA03 GA06 JA17 5G003 AA06 AA07 BA01 DA04 DA18 FA06 FA08 5H030 AA01 AS02 AS08 BB07 BB10 DD12 DD20 5H032 AA06 AA09 AS16 CC11 CC16 EE16 EE17 HH10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】乗物に装備されたバッテリに電気的に接
続され少なくとも光電変換モジュールと蓄電用コンデン
サとを有する乗物用電源装置において、該光電変換モジュールを構成する光電変換素子が、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、乗物用電源装置。
【請求項２】乗物に装備された電気機器に電気的に接
続され少なくとも光電変換モジュールと蓄電用コンデン
サとを有する乗物用電源装置において、該光電変換モジュールを構成する光電変換素子が、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、乗物用電源装置。
【請求項３】該光電変換モジュールの少なくとも一部
が折り畳み可能に構成されていることを特徴とする、請
求項１又は２記載の乗物用電源装置。
【請求項４】該光電変換モジュールの少なくとも一部
が曲面で構成されていることを特徴とする、請求項１又
は２記載の乗物用電源装置。
【請求項５】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１〜４の何れかの
項に記載の乗物用電源装置。
【請求項６】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５記
載の乗物用電源装置。
【請求項７】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５又は６記載の乗物用電源装
置。
【請求項８】該光電変換モジュールが、該乗物に対し
て着脱可能であることを特徴とする、請求項１〜７の何
れかの項に記載の乗物用電源装置。