JP2017045948A - 繊維状光発電素子の直列接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、例えば０．１５ｍｍ未満の電極線を電気的に確実に接続できる繊維状光発電素子の直列接続構造を提供することを目的とする。【解決手段】繊維状光発電素子の直列接続構造は、繊維状光発電素子が導電性芯材と電極リード線を備え、直列に接続する他方の繊維状光発電素子の電極リード線と前記導電性芯材とが接続部を形成し、前記接続部が電気的に接続していることを特徴とする。さらに、前記接続部４は、前記直列に接続する他方の繊維状光発電素子１の電極リード線３を、前記導電性芯材２に金属片６を介して接触、又は前記導電性芯材２と前記金属片６の両方に接触させることで形成されていることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維状光発電素子の直列接続構造に関する。

太陽電池は、複数のパネル状の太陽電池素子からなり、各太陽電池素子はインナーリード線を用い電気的に接続されている。例えばインナーリード線としてハンダがコーティングされており、このハンダにより太陽電池素子上の電極と電気的に接続する技術が公知である。

また、太陽電池モジュール内部で発電された電力をモジュールから取り出すリード線の接続方法が公知である。例えば、発電された電力を外部に取り出す内部リード線が、端子台において外部へ取り出すためのケーブルと電気的に接続する。端子台には挿入溝と挿入型圧着端子を備え、内部リード線を挿入溝と挿入型圧着端子とで挟み込むことで内部リード線を挿入溝内に固定し、挿入型圧着端子と電気的に接続する方法が記載されている。（特許文献１）

しかしながら、例えば電極線の太さが０．１５ｍｍ未満であるような繊維状光発電素子同士の電極を接続するのには、ハンダによる接続ではハンダが１６０℃以上の高温になることから繊維状光発電素子への悪影響のおそれがある。

また、特許文献１に記載の太陽電池モジュールの電力リード線の接続方法は、ハンダコテやネジによる締結も必要とせず、しかも容易に接続することができるものの、例えば電極線の太さが０．１５ｍｍ未満であるような繊維状光発電素子の電極を接続するのには、電気的な安定性の点が不明であった。

特開２００６−１２８１８１号公報

本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、０．１５ｍｍ未満の電極線を電気的に確実に接続できる繊維状光発電素子の直列接続構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。

［１］繊維状光発電素子が導電性芯材と電極リード線を備え、
直列に接続する他方の繊維状光発電素子の電極リード線と前記導電性芯材とが接続部を形成し、
前記接続部が電気的に接続していることを特徴とする繊維状光発電素子の直列接続構造。

［２］前記接続部は、
前記直列に接続する他方の繊維状光発電素子の電極リード線を、
前記導電性芯材に金属片を介して接触、
又は前記導電性芯材と前記金属片の両方に接触させることで形成されている前項１に記載の繊維状光発電素子の直列接続構造。

［３］前記接続部の少なくとも一部が、導電性接着剤で接着されている前項１又は２に記載の繊維状光発電素子の直列接続構造。

［４］少なくとも前記接続部をハウジング内に配した前項１〜３のいずれか１項に記載の繊維状光発電素子の直列接続構造。

［５］前項１〜４のいずれか１項に記載の直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を少なくとも一部に備えたシート状物。

［６］前項１〜４のいずれか１項に記載の直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を少なくとも一部に備えた布帛。

［１］の発明では、繊維状光発電素子を直列に接続する場合に、１つの繊維状光発電素子が備える導電性芯材と、もう一つの繊維状光発電素子が備える電極リード線とが接続部を形成して電気的に接続しているので、繊維状光発電素子を電気的に直列接続することができる。同様に繰り返すことで、複数の繊維状光発電素子を直列接続することができるので、長い繊維状光発電素子を得ることができる。こうしてより高い電圧を得ることができる。

［２］の発明では、前記接続部は、前記電極リード線が金属片を介して接触しているか、前記導電性芯材と前記金属片の両方に接触させることで形成されているので、電気的に十分に接続することができる。

［３］の発明では、前記接続部の少なくとも一部が導電性接着剤で接着されているので、電気的な接続をより安定させることができる。また、前記接続部を保護することができるし、取扱いが容易になる。

［４］の発明では、少なくとも前記接続部をハウジング内に配することで、外力による影響をより小さくすることができる。前記接続部を確実に保護することができるし、取扱いもより容易になる。

［５］の発明では、繊維状光発電素子の直列接続構造を少なくとも一部に備えたシート状物を提供できる。シート状物であるから、屋外の構築物の表面、側面やこれらの一部に好適に活用できる光発電可能なシート状物となるし、屋内であっても繊維状光発電素子を室内照明用とすることで、発電可能なシート状物になる。シート状物なので屋内の多くの部分や物品に好適に適用することができる。

［６］の発明では、繊維状光発電素子の直列接続構造を少なくとも一部に備えた布帛を提供できる。布帛であるから、例えばロールスクリーン、シェード、カーテン、テント、衣料等や、これらの一部に好適に適用することができる。

本発明に係る繊維状光発電素子の直列接続構造の一実施形態を示す説明図 図１におけるＡ−Ａの断面図 本発明に係る繊維状光発電素子の直列接続構造の他の例を示す説明図 本発明に係る繊維状光発電素子の直列接続構造の接続部の例を示す説明図 本発明に係る直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を少なくとも一部に備えたシート状物の一実施形態を示す説明図 本発明に係る直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を少なくとも一部に備えた布帛の一実施形態を示す説明図

本発明の一実施形態に係る繊維状光発電素子の直列接続構造を図１に示す。この直列接続構造の断面図（Ａ−Ａ）を図２に示す。

本発明の繊維状光発電素子１の直列接続構造は、図１に示すように繊維状光発電素子１の導電性芯材２と、隣接する別の繊維状光発電素子１の電極リード線３とを接触させることで電気的に接続する接続部４を形成ししていることを特徴とする。

さらに、前記接続部４は、前記直列に接続する他方の繊維状光発電素子１の電極リード線３を、前記導電性芯材２に金属片６を介して接触、又は前記導電性芯材２と前記金属片６の両方に接触させることで形成されていることが好ましい。

本発明の繊維状光発電素子１としては、特に限定されないが、シリコン系、無機系化合物、有機系化合物の光発電素子を挙げることができる。例えば、シリコン系光発電素子としては、単結晶シリコン光発電素子、多結晶シリコン光発電素子、アモルファスシリコン光発電素子を挙げることができる。無機系化合物光発電素子としては、ＣＩＳ系（銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、セレン（Ｓｅ）などからなる化合物半導体でつくられる）光発電素子、ＧａＡｓ系光発電素子、ＣｄＴｅ系光発電素子を挙げることができる。有機系化合物光発電素子としては、色素増感光発電素子、有機薄膜光発電素子を挙げることができる。なかでも、繊維状基材の表面に略同芯円状に順に発電層、封止層が積層され、発電層と封止層との間に電極又は電極線を備えてなる光発電素子は、多方向からの光によって発電することが可能な素子であり、優れた発電性能を発揮する。また、繊維状光発電素子１の直径が１００μｍ〜３００μｍの細いものは接続するのが難しいが、繰り返して直列接続した繊維状光発電素子１は、太陽電池として、特にシート状物、布帛に適用するのに好ましいく、汎用性が高い。

本発明の導電性芯材２は、導電性を有していれば特に限定はされないが、ステンレス線、チタン線、アルミニウム線、銅線、銀線等を挙げることができる。上述の高い汎用性の観点から繊維状光発電素子１の直径を１００μｍ〜３００μｍとするなら、導電性芯材２の直径としては４０μｍ〜２００μｍが好ましい。光発電素子の性能に導電性芯材２の寸法精度や表面の粗さが影響を及ぼすので、寸法精度と表面平滑さの点でステンレス線、チタン線、が好ましい。導電性芯材２の材質をステンレス、チタンとすることで発電効率に優れた繊維状光発電素子１とすることができる。また、導電性芯材２は、繊維状光発電素子１は陰極として作用する。

本発明の電極リード線３は、導体であれば特に限定はされないが、金線、銀線、銅線、ステンレス線等を挙げることができる。上述の高い汎用性の観点から繊維状光発電素子１の直径が１００μｍ〜３００μｍとするなら、電極リード線３の直径としては２０μｍ〜１００μｍが好ましい。なかでも、素材表面の酸化による劣化がなく柔軟であるので金線が好ましい。また、電極リード線３は、繊維状光発電素子１は陽極として作用する。

本発明の接続部４は、特に限定されずどのような接続であってもよいが、例えば電極リード線３を導電性芯材２に巻き付けて形成（図１、図２）してもよいし、導電性芯材２と金属片６を接触させ、これらを電極リード線３で巻き付けて形成（図３）してもよい。さらに、導電性接着剤を用いて導電性芯材２と金属片６を接合して形成してもよい。またこれらの接続を組み合わせてもよい。すなわち、電極リード線３で巻き付け、さらに導電性接着剤を用いて接合して接続部４を形成してもよい。このようにして、例えば直径が０．１５ｍｍ未満の電極リード線３のように極めて細い電極であっても、ハンダを使用することなく接続することができるので繊維状光発電素子を高温にさらしてしまうことがないので、繊維状光発電素子を破損させる虞がなく、さらに、ネジによる接続ではないので導電性芯材２に電極リード線３を容易に接続することができる。こうして繊維状光発電素子１同士を電気的に直列に接続することができるので、長い繊維状光発電素子を得ることができる。この結果、光発電によってより高電圧が得られる。

前記導電性接着剤としては、電気伝導度の高い金属粉末を接着剤に混入したものが用いられる。金属粉末は、例えば、金、銀、銅、白金、ニッケル等が挙げられる。また、接着剤樹脂としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂を例示できる。

前記金属片６の材質としては、導電性を有していれば特に限定はされないが、銅、ニッケル、クロム、金等を挙げることができる。なかでも、高い導電率と耐腐食性を有することからニッケルメッキした銅が好ましい。

前記金属片６の形状は、特に限定はされないが、前記金属片６に突起７や、挟圧板８を設けるのが好ましい。例えば図４に示す形状を挙げることができる。図４には金属片６として（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の４つの例が示されている。なお、図中では金属片６の正面図を左側に、右側面図を右側にそれぞれ示している。

突起７を一部に備えた金属片６の一例を図４の（ａ）に示す。導電性芯材２を金属片６の側面に沿わせ突起７のところまで接触させている。電極リード線３は図示してないが、電極リード線３を金属片６に接触させることで電気的に接続することができる。接触は巻き付けによる接触であってもよい。または、電極リード線３を導電性芯材２に巻き付けたのち導電性芯材２を金属片６の側面に沿わせ突起７のところまで接触させてもよい。さらに、電極リード線３を金属片６と導電性芯材２の両方に巻き付けて接触させてもよい。なお、導電性芯材２または、導電性芯材２と金属片６との両方への巻き付けは、３周〜５周が好ましい。この範囲にすることで安定した電気接続と、接続部の柔軟性を維持することができる。いずれも繊維状光発電素子１同士を電気的に直列に接続することができる。なお、金属片６に突起７を備えていなくても良いが、突起７は導電性芯材２の位置決めに有効なので、備えている方が好ましい。

挟圧板８を一部に備えた金属片６の一例を図４の（ｂ）に示す（挟圧板８は押圧後の状態）。導電性芯材２を挟圧板８と金属片６と間に形成される空間に装填したのち、挟圧板８の側から押圧することで、導電性芯材２と金属片６を接触させている。電極リード線３は図示してないが、電極リード線３を金属片６に接触させることで電気的に接続することができる。または、電極リード線３を導電性芯材２に巻き付けたのち挟圧板８と金属片６と間に形成される空間に装填したのち、挟圧板８の側から押圧することで、導電性芯材２と金属片６を接触させてもよい。なお、導電性芯材２への巻き付けは、３周〜５周が好ましい。この範囲にすることで安定した電気接続と、接続部の柔軟性を維持することができる。いずれも繊維状光発電素子１同士を電気的に直列に接続することができる。なお、金属片６に挟圧板８を備えていなくても良いが、挟圧板８は導電性芯材２をさらに確実に接触させることができるので、備えている方が好ましい。さらに、突起７を一部に備えても良い。

金属片６の少なくとも１辺が波状である金属片６の一例を図４の（ｃ）に示す。導電性芯材２を金属片６の側面に沿わせて接触させている。電極リード線３は図示してないが、電極リード線３を金属片６に接触させることで電気的に接続することができる。金属片６の少なくとも１辺が波状であるので、これを利用して電極リード線３をより確実にしかも簡単に巻き付けることができる。また、電極リード線３を金属片６と導電性芯材２の両方に巻き付けて接触させてもよい。なお、導電性芯材２への巻き付けは、３周〜５周が好ましい。この範囲にすることで安定した電気接続と、接続部の柔軟性を維持することができる。いずれも繊維状光発電素子１同士を電気的に直列に接続することができる。なお、例えば図４の（ａ）の突起７や図４の（ｂ）の挟圧板８を備えても良い。

突起７と挟圧板８を一部に備え、金属片６の少なくとも１辺が波状である金属片６の一例を図４の（ｄ）に示す。導電性芯材２を２つの挟圧板８と金属片６と間に形成される空間に装填したのち、挟圧板８の側から押圧することで、導電性芯材２と金属片６を接触させている。電極リード線３は図示してないが、電極リード線３を金属片６に接触させることで電気的に接続することができる。または、電極リード線３を導電性芯材２に巻き付けたのち挟圧板８と金属片６と間に形成される空間に装填したのち、挟圧板８の側から押圧することで、導電性芯材２と金属片６を接触させてもよい。なお、金属片６の少なくとも１辺が波状であるので、これを利用して電極リード線３をより確実にしかも簡単に巻き付けることができる。また、電極リード線３を金属片６と導電性芯材２の両方に巻き付けて接触させてもよい。なお、導電性芯材２への巻き付けは、３周〜５周が好ましい。この範囲にすることで安定した電気接続と、接続部の柔軟性を維持することができる。いずれも繊維状光発電素子１同士を電気的に直列に接続することができる。

前記突起７の材質は特に限定はされないが、銅、ニッケル、クロム、金等を挙げることができる。なかでも、金属片６をワイヤーカット及び単型加工できることから金属片６と同一の材質が好ましい。

前記突起７の形状は特に限定はされないが、導電性芯材２の位置決めやストッパーとなればよく、例えば、矩形でも三角形でも半円等でよい。金属片６の一部に３辺の切り込みを設けて矩形とし、金属片６の平面に対し約９０度折り曲げることで形成してもよいし、同様に２辺の切り込みを設けて三角形とし、金属片６の平面に対し約９０度折り曲げることで形成してもよいし、同様に半円の切り込みを設けて半円とし、金属片６の平面に対し約９０度折り曲げることで形成してもよい。金属片６の端部を金属片６の平面に対し約９０度折り曲げることで形成してもよい。

前記挟圧板８の材質は特に限定はされないが、銅、ニッケル、クロム、金等を挙げることができる。なかでも、金属片６をワイヤーカット及び単型加工できることから金属片６と同一の材質が好ましいく、曲げ加工して形成するなら柔軟であるのが好ましい。この場合、例えば銅、ニッケル、クロム、金めっきした銅等を挙げることができる。

前記挟圧板８の形状は特に限定はされないが、金属片６の側面に例えば、矩形状や三角形や半円状の挟圧板８を１つ以上設ければよく、後付けで接合して形成してもよいし、金属片６の一部に３辺の切り込みを設けて矩形とし、該矩形を曲げ出すことで形成してもよいし、同様に２辺の切り込みを設けて三角形とし、該三角形を曲げ出すことで形成してもよいし、同様に半円の切り込みを設けて半円とし、該半円を曲げ出すことで形成してもよい。

前記接続部４をハウジング５内に納めてもよい。また、ハウジング５の材質は特に限定されないが、成形し易いことから熱可塑性樹脂が好ましく、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂を挙げることができる。形状も特に限定されない。例えば接続部を収納するのにガイドや溝を設け、嵌合できるようにしても良い。接続部４をハウジング５内に納めることで、接続部４を保護することができる。

前記接続部４は、隣接する別の繊維状光発電素子１の導電性芯材２と電気的に接続しないよう絶縁する必要がある。絶縁体を挟んでもよいし物理的に接触しないようにしてもよい。いずれにしろ絶縁を施せばよい。

また、前記ハウジング５内を硬化性樹脂で固定してもよい。前記硬化性樹脂は特に限定されないが、硬化による体積変化の小さい樹脂が好ましく、例えばエポキシ樹脂、ＰＶＣ（塩化ビニル）樹脂、シリコーン樹脂を挙げることができる。

本発明に係る直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を少なくとも一部に備えたシート状物の一実施形態を図５に示す。例えば、直列接続構造で接続された繊維状光発電素子（直径１９０μｍ）を重ならないように５２本／ｃｍの割合で横一列に並べ、接着剤で相互に接着して、シート状物とすることができる。直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を並べ、電気的に接続することで、電圧を取り出すことができるので、屋外の構築物の表面、側面やこれらの一部に好適に活用できる光発電可能なシート状物となるし、屋内であっても繊維状光発電素子を室内照明用とすることで、発電可能なシート状物になる。

本発明に係る直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を少なくとも一部に備えた布帛の一実施形態を図６に示す。例えば、公知の織機にて、経糸として、総繊度３５０ｄｔｅｘポリエステル繊維を用い、緯糸として直径１９０μｍの繊維状光発電素子（直径１９０μｍ）と総繊度３５０ｄｔｅｘのポリエステル繊維を引き揃えて平織（緯糸の織込本数は５２本／ｃｍ）の布帛を製織することができる。繊維状光発電素子を電気的に接続することで、電圧を取り出すことができ、布帛であるから、例えばロールスクリーン、シェード、カーテン、テント、衣料等や、これらの一部に好適に適用することができる。

本発明の繊維状光発電素子の直列接続構造は、電気的に確実に接続できるので電圧を取り出すことができる。さらに、繊維状光発電素子をシート状に並べたシート状物や布帛は、それぞれ屋内外の光発電池として用いられる。

１…繊維状光発電素子
２…導電性芯材
３…電極リード線
４…接続部
５…ハウジング
６…金属片
７…突起
８…挟圧板
９…直列接続構造で接続された繊維状光発電素子
１０…シート状物
１１…布帛

Claims (6)

1. 繊維状光発電素子が導電性芯材と電極リード線を備え、
   直列に接続する他方の繊維状光発電素子の電極リード線と前記導電性芯材とが接続部を形成し、
   前記接続部が電気的に接続していることを特徴とする繊維状光発電素子の直列接続構造。
2. 前記接続部は、
   前記直列に接続する他方の繊維状光発電素子の電極リード線を、
   前記導電性芯材に金属片を介して接触、
   又は前記導電性芯材と前記金属片の両方に接触させることで形成されている請求項１に記載の繊維状光発電素子の直列接続構造。
3. 前記接続部の少なくとも一部が、導電性接着剤で接着されている請求項１又は２に記載の繊維状光発電素子の直列接続構造。
4. 少なくとも前記接続部をハウジング内に配した請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維状光発電素子の直列接続構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を少なくとも一部に備えたシート状物。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を少なくとも一部に備えた布帛。