JP2017175690A - Charger, and case for electronic apparatus having the same and electronic apparatus - Google Patents

Charger, and case for electronic apparatus having the same and electronic apparatus Download PDF

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Shinji Mizuno
伸二 水野
勝仁 松廣
Katsuhito Matsuhiro
勝仁 松廣
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charger capable of generating sufficient electric power, for example, even at an ambient temperature or a body temperature, without using a temperature gradient or sunlight and capable of charging a secondary cell mounted on an electronic apparatus by generated electric power.SOLUTION: The charger, used for charging a secondary cell mounted on an electronic apparatus, includes: a power generation part for converting molecular oscillatory energy into electrical energy; a power supply part for supplying electric power generated by the power generation part to an electronic apparatus.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、分子の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子を備えた充電装置、並びに、それを備えた電子機器用ケース及び電子機器に関する。   The present invention relates to a charging device including a power generation element that converts vibration energy of molecules into electric energy, and an electronic device case and electronic device including the charging device.

近年、多機能携帯電話機(例えば、スマートフォン)や、タブレット端末、ノートパソコン、携帯型音楽プレーヤー、携帯型ゲーム機などの携帯型電子機器の多機能化や高性能化が進んでいる。   In recent years, multifunctional mobile phones (for example, smart phones), portable electronic devices such as tablet terminals, notebook computers, portable music players, and portable game machines have become more multifunctional and have higher performance.

しかし、このような多機能化や高性能化は、携帯型電子機器の性能を向上させる一方で、使用電力量を増加させ、携帯型電子機器に内蔵された二次電池(以下、バッテリともいう)の駆動時間を短くさせるといった問題を起こしていた。特に、多機能携帯電話機やタブレット端末などの携帯型端末は、日常生活における使用頻度が高いため、バッテリの駆動時間が短いことが大きな問題となっている。   However, such multi-functionality and high performance improve the performance of a portable electronic device, while increasing the amount of power used, and a secondary battery (hereinafter also referred to as a battery) built in the portable electronic device. ) Was caused to shorten the driving time. In particular, portable terminals such as multi-function mobile phones and tablet terminals are frequently used in daily life, so a short battery driving time is a major problem.

上記の問題を解決するため、例えば、携帯型電子機器に使用電力量を低減するようなプログラムを適用したり、携帯型の充電装置を取り付けたりして、バッテリの駆動時間を確保する技術が検討されている。特に、携帯型の充電装置は、携帯型電子機器に備えられたバッテリの起電力を回復するものであるため、利用価値が高い。   In order to solve the above problems, for example, a technique for securing a battery driving time by applying a program that reduces the amount of power used to a portable electronic device or attaching a portable charging device is examined. Has been. In particular, the portable charging device is highly useful because it recovers the electromotive force of a battery provided in the portable electronic device.

このような携帯型の充電装置としては、例えば、携帯型端末装置の保護ケースに予備バッテリを内蔵させ、該予備バッテリによって充電を行なう装置(例えば、特許文献1)が提案されている。   As such a portable charging device, for example, a device (for example, Patent Document 1) in which a spare battery is built in a protective case of a portable terminal device and charging is performed using the spare battery has been proposed.

また、温度差によって発電を行なう熱電発電素子を携帯電話機の筐体内部表面に近接して配置して、熱電発電素子が発電した電力を携帯電話機の内蔵バッテリに供給して充電を行なう装置(例えば、特許文献2)や、太陽電池が発電した電力を携帯機器の内蔵バッテリに供給して充電を行なう装置(例えば、特許文献3)が提案されている。   In addition, a thermoelectric power generation element that generates electric power due to a temperature difference is disposed close to the inner surface of the casing of the mobile phone, and the electric power generated by the thermoelectric power generation element is supplied to the built-in battery of the mobile phone for charging (for example, Patent Document 2) and an apparatus (for example, Patent Document 3) that charges by supplying electric power generated by a solar cell to a built-in battery of a portable device have been proposed.

実用新案登録第3135487号Utility model registration No. 3135487 特開2011−66965号公報JP 2011-66965 A 特開2011−19316号公報JP 2011-19316 A

しかし、特許文献1に記載されている充電装置は、発電能力を備えるものではないため、予備バッテリに内蔵された電力を使い果たすと、それ以上の充電ができなくなるという問題があった。   However, since the charging device described in Patent Document 1 does not have a power generation capability, there is a problem that if the power stored in the spare battery is exhausted, further charging cannot be performed.

特許文献2及び特許文献3に記載されている充電装置は、発電能力を備えるものであるため、上記のような問題は生じない。しかし、特許文献2で用いられている熱電発電素子は、2種類の異なる金属又は半導体を接合して、それらの両端に生じる温度勾配によって発電をする、いわゆるゼーベック効果を利用するものであり、携帯電話機の内部と表面との温度差程度では、十分な発電を行なうことは難しかった。また、特許文献3で用いられている太陽電池は、光起電力効果を利用して、太陽光などの光エネルギーを電力に変換するものであるため、曇りの日などの日射量が減少する条件下では発電効率が落ちてしまい、また、夜間やビルの中、地下鉄内、又はカバンの中などでは発電できないという問題があった。   Since the charging devices described in Patent Literature 2 and Patent Literature 3 have a power generation capability, the above problems do not occur. However, the thermoelectric power generation element used in Patent Document 2 utilizes a so-called Seebeck effect in which two types of different metals or semiconductors are joined and power is generated by a temperature gradient generated at both ends thereof. If the temperature difference between the inside and the surface of the telephone is about, it was difficult to generate enough power. Moreover, since the solar cell used in Patent Document 3 uses the photovoltaic effect to convert light energy such as sunlight into electric power, the amount of solar radiation such as a cloudy day is reduced. There is a problem that the power generation efficiency is lowered below and power generation cannot be performed at night, in a building, in a subway, or in a bag.

本発明は、上記のような課題を鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の課題は、温度勾配や太陽光を利用せずに、例えば、室温や体温程度の温度であっても十分な電力を発電することが可能であり、発電した電力によって電子機器に備えられた二次電池を充電することが可能な、充電装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems. That is, an object of the present invention is to generate sufficient electric power, for example, even at a temperature of about room temperature or body temperature without using a temperature gradient or sunlight. It is an object of the present invention to provide a charging device capable of charging a secondary battery provided.

本発明の要旨は、以下の通りである。   The gist of the present invention is as follows.

[1]電子機器に備えられた二次電池の充電に用いる充電装置であって、分子の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部と、発電部が発電した電力を電子機器に供給する電力供給部とを備える、充電装置。   [1] A charging device used for charging a secondary battery provided in an electronic device, a power generation unit that converts vibration energy of molecules into electric energy, and a power supply that supplies power generated by the power generation unit to the electronic device And a charging device.

[2]さらに、発電部において発電された電力を蓄電する二次電池を備える、上記[1]に記載の充電装置。   [2] The charging device according to [1], further including a secondary battery that stores electric power generated in the power generation unit.

[3]さらに、電子機器に備えられた二次電池の充電状態を検知する検知手段と、電子機器に備えられた二次電池の充電状態に応じて、電力供給部から電子機器への電力の供給量を制御する制御部とを備える、上記[1]又は[2]に記載の充電装置。   [3] Furthermore, the detection means for detecting the charge state of the secondary battery provided in the electronic device, and the power supply from the power supply unit to the electronic device according to the charge state of the secondary battery provided in the electronic device. The charging device according to [1] or [2], further including a control unit that controls a supply amount.

[4]発電部が、発電層を有する発電素子を含み、発電層が、正極と負極との間に、発電補助材料と、半導体材料(α)と、荷電子帯の上端のエネルギー準位が半導体材料(α)の荷電子帯の上端のエネルギー準位より高く、かつ、伝導帯の下端のエネルギー準位が半導体材料(α)の伝導帯の下端のエネルギー準位よりも高い半導体材料(β)とを含む、上記[1]〜[3]のいずれかに記載の充電装置。   [4] The power generation unit includes a power generation element having a power generation layer. The power generation layer includes a power generation auxiliary material, a semiconductor material (α), and an energy level at the upper end of the valence band between the positive electrode and the negative electrode. A semiconductor material (β which is higher than the energy level at the upper end of the valence band of the semiconductor material (α) and whose energy level at the lower end of the conduction band is higher than the energy level at the lower end of the conduction band of the semiconductor material (α). The charging device according to any one of the above [1] to [3].

[5]上記[1]〜[4]のいずれかに記載の充電装置を備えた、電子機器用ケース。   [5] A case for electronic equipment, comprising the charging device according to any one of [1] to [4].

[6]上記[1]〜[4]のいずれかに記載の充電装置を備えた、電子機器。   [6] An electronic device comprising the charging device according to any one of [1] to [4].

本発明の充電装置は、分子の振動エネルギー(以下、熱エネルギーともいう)を電気エネルギーに変換する発電部を備えることにより、温度勾配や太陽光を利用せずに、例えば、室温や体温程度の温度であっても十分な電力を発電することが可能であるため、電子機器に備えられた二次電池への電力の供給を安定して行なうことができる。特に、スマートフォンなどの携帯端末は、上着の胸ポケットやズボンのポケット等に身に着けている場合が多いため、使用者の体温によって十分な電力を発電することが可能な本発明の充電装置は、スマートフォンなどの携帯端末用の充電装置として、好適に用いることが可能である。   The charging device of the present invention includes a power generation unit that converts molecular vibrational energy (hereinafter, also referred to as thermal energy) into electrical energy, so that, for example, a temperature of about room temperature or body temperature can be used without using a temperature gradient or sunlight. Since sufficient electric power can be generated even at a temperature, it is possible to stably supply electric power to the secondary battery provided in the electronic device. In particular, since a portable terminal such as a smartphone is often worn in a chest pocket of a jacket or a pocket of a trouser, the charging device of the present invention capable of generating sufficient power depending on the body temperature of the user Can be suitably used as a charging device for a portable terminal such as a smartphone.

本発明の充電装置の一例を示す模式的な構成図である。It is a typical block diagram which shows an example of the charging device of this invention. 本発明の電子機器用ケースの一例を示す模式的な構成図である。It is a typical block diagram which shows an example of the case for electronic devices of this invention. 本発明の充電装置における発電素子の一例を示す模式的な構成図である。It is a typical block diagram which shows an example of the electric power generating element in the charging device of this invention. 本発明の実施の形態に係る、充電装置における発電素子の出力電圧及び出力電流を測定する試験装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the testing apparatus which measures the output voltage and output current of the electric power generating element in a charging device based on embodiment of this invention.

本発明に係る充電装置について、図面を参照しつつ説明する。以下に説明する充電装置、並びに該装置を備えた電子機器用ケース及び電子機器は、本発明を実施するための形態の一つであり、本発明の趣旨に反しない限り、以下の実施の形態に限定されない。   A charging device according to the present invention will be described with reference to the drawings. A charging device described below, and an electronic device case and electronic device equipped with the device are one of the embodiments for carrying out the present invention, and the following embodiments are provided unless they are contrary to the gist of the present invention. It is not limited to.

[充電装置]
図1は、本実施の形態に係る充電装置の模式的な構成図である。図1に示すように、本実施の形態に係る充電装置20は、複数の発電素子1を含む発電部21と、電力供給部22と、基板23と、配線24とを備える。
[Charging device]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a charging device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the charging device 20 according to the present embodiment includes a power generation unit 21 including a plurality of power generation elements 1, a power supply unit 22, a substrate 23, and a wiring 24.

発電部21は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子1を含むことによって、電気エネルギーを発生する機能を有する。図1は、5個の発電素子1が配線24を通じて直列に接続された状態を示すが、発電部21を構成する発電素子1の数やその接続形態はこれに限定されず、発電素子1の発電能力や、充電装置の用途に応じて適宜決定することができる。発電部21は、少なくとも1つの発電素子1を含んでいれば良く、また、発電素子1を複数含む場合の接続形態は、直列接続でも良いし、並列接続でも良い。なお、発電素子1については、後の段落にて詳述する。   The power generation unit 21 has a function of generating electrical energy by including the power generation element 1 that converts thermal energy into electrical energy. FIG. 1 shows a state in which five power generation elements 1 are connected in series through the wiring 24, but the number of power generation elements 1 constituting the power generation unit 21 and the connection form thereof are not limited to this, and the power generation elements 1 It can be determined as appropriate according to the power generation capacity and the application of the charging device. The power generation unit 21 only needs to include at least one power generation element 1, and the connection form in the case of including a plurality of power generation elements 1 may be a series connection or a parallel connection. The power generating element 1 will be described in detail in a later paragraph.

電力供給部22は、配線24によって発電部21と電気的に接続されており、外部の電子機器(例えば、多機能携帯電話機やタブレット端末などの携帯型端末)と電気的に接続するための接続端子(図示せず)を備えている。   The power supply unit 22 is electrically connected to the power generation unit 21 through a wiring 24 and is connected to be electrically connected to an external electronic device (for example, a portable terminal such as a multi-function mobile phone or a tablet terminal). A terminal (not shown) is provided.

電力供給部22は、外部の電子機器の充電端子と電気的に接続されることで、発電部21が発電した電力を該電子機器に供給し、該電子機器に備えられたバッテリを充電する。電力供給部22と外部の電子機器の充電端子とは、直接的に接続しても良く、導電ケーブルなどを経由して間接的に接続しても良いが、発電部21が発電した電力のロスを少なくするという観点から、直接的に接続することが好ましい。従って、電力供給部22の接続端子の形状は、外部の電子機器の充電端子の形状に適合する形状とすることが好ましい。   The power supply unit 22 is electrically connected to a charging terminal of an external electronic device, thereby supplying power generated by the power generation unit 21 to the electronic device and charging a battery provided in the electronic device. The power supply unit 22 and the charging terminal of the external electronic device may be directly connected or indirectly connected via a conductive cable or the like, but the loss of power generated by the power generation unit 21 It is preferable to connect directly from the viewpoint of reducing the amount of power. Therefore, the shape of the connection terminal of the power supply unit 22 is preferably a shape that matches the shape of the charging terminal of the external electronic device.

電力供給部22は、外部の電子機器の充電端子と接続する接続端子の他に、該電子機器から出力される音声情報や映像情報を、他の電子機器等へと出力する出力端子(図示せず)を備えていても良い。一般的に、スマートフォンなどの多機能携帯電話機では、充電端子と外部機器への出力端子が同一であることが多く、充電中は他の電子機器への外部出力ができない場合が多いが、上記のような構成とすることによって、充電装置20の接続端子と外部の電子機器の充電端子とを接続したまま、つまり、該電子機器を充電しながらであっても、該電子機器からその他の電子機器への外部出力が可能となる。   In addition to a connection terminal connected to a charging terminal of an external electronic device, the power supply unit 22 outputs audio information and video information output from the electronic device to another electronic device (not shown). May be provided. Generally, in a multi-function mobile phone such as a smartphone, the charging terminal and the output terminal to the external device are often the same, and in many cases external output to other electronic devices cannot be performed during charging. By adopting such a configuration, while the connection terminal of the charging device 20 and the charging terminal of the external electronic device are connected, that is, while the electronic device is being charged, the electronic device can be replaced with another electronic device. External output to is possible.

配線24は、複数の発電素子1間、及び発電部21と電力供給部22とを電気的に接続している。配線24の材料としては、特に限定されず、公知の材料を用いることができるが、例えば、銀を含む導電性ペーストや、太陽電池モジュールの集電体に用いられるようなAg、Ni、Cu、Sn、Au、V、Al及びPtからなる群より選択される少なくとも1種以上の金属並びにこれらを用いた合金、カーボン材料、又は透明導電材料(ITOなど)などを用いることが好ましい。上記の好ましい材料は抵抗値が低いため、配線24における電力のロスを抑えることができる。なお、上記の好ましい材料は、1種単独もしくは2種以上を組み合わせて使用してもよい。   The wiring 24 electrically connects the power generation elements 1 and the power generation unit 21 and the power supply unit 22. The material of the wiring 24 is not particularly limited, and a known material can be used. For example, Ag, Ni, Cu, or the like used for a conductive paste containing silver or a current collector of a solar cell module. It is preferable to use at least one metal selected from the group consisting of Sn, Au, V, Al, and Pt, and an alloy, a carbon material, or a transparent conductive material (such as ITO) using these metals. Since the preferable material has a low resistance value, power loss in the wiring 24 can be suppressed. In addition, you may use said preferable material individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

基板23は、発電部21と電力供給部22と配線24とを支持するものである。図1において、発電部21と電力供給部22と配線24とは、基板23上に形成されており、基板23上に固定されている。このような構成によって、各構成要素間の電気的な接続を確実で強固なものとし、充電装置20の物理的強度を向上させることができる。また、後述する電子機器用ケースへの適用も容易となる。   The substrate 23 supports the power generation unit 21, the power supply unit 22, and the wiring 24. In FIG. 1, the power generation unit 21, the power supply unit 22, and the wiring 24 are formed on a substrate 23 and are fixed on the substrate 23. With such a configuration, the electrical connection between the components can be made reliable and strong, and the physical strength of the charging device 20 can be improved. Further, application to an electronic device case described later is also facilitated.

なお、物理的強度をより向上させるという観点から、発電部21と電力供給部22と配線24とから構成される回路は、外部に露出しないように形成することが好ましく、例えば、基板23の内部に形成したり、絶縁性を有する保護部材によって覆われた構成としたりすることが好ましい。   Note that, from the viewpoint of further improving the physical strength, it is preferable that the circuit configured by the power generation unit 21, the power supply unit 22, and the wiring 24 is formed so as not to be exposed to the outside. It is preferable to use a structure in which it is formed in such a manner as to be covered with an insulating protective member.

基板23の材料としては、絶縁性を有するものであれば特に限定されず、ガラス基板などの公知の材料を用いることができるが、例えば、軽量性及び柔軟性に優れるという観点からは、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等の合成樹脂を用いることが好ましい。   The material of the substrate 23 is not particularly limited as long as it has insulating properties, and a known material such as a glass substrate can be used. For example, from the viewpoint of excellent lightness and flexibility, polyimide, It is preferable to use a synthetic resin such as polyamide, polyimide amide, polyethylene terephthalate (PET), or polyethylene naphthalate (PEN).

また、これらの合成樹脂は、さらに、アルミナ、炭化珪素、シリカ、酸化マグネシウム等の絶縁性及び高熱伝導性を有するフィラーを含むことが好ましい。これらのフィラーを含むことにより基板23の熱伝導性が高くなるため、外部の電子機器が発する熱を発電素子1に効率的に伝達することができ、発電素子1の発電効率を向上させることができる。   Moreover, it is preferable that these synthetic resins further contain a filler having insulating properties and high thermal conductivity such as alumina, silicon carbide, silica, and magnesium oxide. By including these fillers, the thermal conductivity of the substrate 23 is increased, so that heat generated by an external electronic device can be efficiently transmitted to the power generation element 1, and the power generation efficiency of the power generation element 1 can be improved. it can.

本発明の充電装置20は、発電素子1により、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。このことを別の側面から見ると、本発明の充電装置20は、発電能力を有すると同時に、吸熱効果を奏するものであるともいえる。従って、本発明の充電装置20を外部の電子機器に接触させて使用する場合、該電子機器の使用時における該電子機器本体の放熱を助成することができる。   The charging device 20 of the present invention converts heat energy into electrical energy by the power generation element 1. When this is seen from another aspect, it can be said that the charging device 20 of the present invention has a power generation capability and at the same time exhibits an endothermic effect. Therefore, when the charging device 20 of the present invention is used while being in contact with an external electronic device, heat dissipation of the electronic device main body during use of the electronic device can be assisted.

充電装置20は、発電部21において発電された電力を蓄電し、蓄電された電力を電力供給部22に供給する二次電池(図示せず)を備えることが好ましい。充電装置20が二次電池を備えることにより、発電部21において発生した余剰電力を貯蔵し、必要に応じて、該余剰電力を外部の電子機器へ供給することができる。例えば、外部の電子機器のバッテリ残量が十分な場合は、電力供給部22と該電子機器の充電端子とを接続せず、その間に発電部21において発生した電力を充電装置20の二次電池に蓄えることが可能となる。   The charging device 20 preferably includes a secondary battery (not shown) that stores the power generated in the power generation unit 21 and supplies the stored power to the power supply unit 22. When the charging device 20 includes the secondary battery, the surplus power generated in the power generation unit 21 can be stored, and the surplus power can be supplied to an external electronic device as necessary. For example, when the remaining battery capacity of the external electronic device is sufficient, the power supply unit 22 and the charging terminal of the electronic device are not connected, and the power generated in the power generation unit 21 during that time is used as the secondary battery of the charging device 20. Can be stored in

また、充電装置20は、外部の電子機器への電力供給を開始及び停止するスイッチなどを備えていることが好ましい。このような構成を採用することにより、例えば、電力供給部22と外部の電子機器の充電端子とを接続した状態においても、該電子機器のバッテリ残量が十分な場合は、発電部21において発生した電力を充電装置20の二次電池に蓄えることが可能となる。   Moreover, it is preferable that the charging apparatus 20 is provided with the switch etc. which start and stop the electric power supply to an external electronic device. By adopting such a configuration, for example, even when the power supply unit 22 and the charging terminal of the external electronic device are connected, if the remaining battery level of the electronic device is sufficient, the power generation unit 21 generates the battery. The stored power can be stored in the secondary battery of the charging device 20.

充電装置20は、外部の電子機器に備えられた二次電池の充電状態を検知する検知手段(図示せず)を備えることが好ましい。また、充電装置20は、外部の電子機器に備えられた二次電池の充電状態に応じて、電力供給部22から該電子機器への電力の供給量を制御する制御部(図示せず)を備えることが好ましい。充電装置20が、検知手段と制御部とを備えることで、外部の電子機器に備えられた二次電池の充電状態に応じて、自動的に適切な電力の供給を行なうことが可能となる。   It is preferable that the charging device 20 includes a detection unit (not shown) that detects a charged state of a secondary battery provided in an external electronic device. In addition, the charging device 20 includes a control unit (not shown) that controls the amount of power supplied from the power supply unit 22 to the electronic device in accordance with the state of charge of the secondary battery provided in the external electronic device. It is preferable to provide. By including the detection unit and the control unit, the charging device 20 can automatically supply appropriate power according to the state of charge of the secondary battery provided in the external electronic device.

充電装置20の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、0.5mm以上であることが好ましく、1mm以上であることがより好ましい。また、充電装置20の厚さは、10mm以下であることが好ましく、5mm以下であることがより好ましい。充電装置20の厚さが0.5mm未満の場合は、十分な発電能力を得ることが困難になる傾向にあり、また、充電装置20の厚さが10mmを越える場合は、充電装置としての機能に問題が生じることはないが、例えば、既存の多機能型電話機と既存の多機能型電話機用保護ケースとの間に充電装置20を配置して利用することが困難になる傾向にある。   Although it does not specifically limit as thickness of the charging device 20, For example, it is preferable that it is 0.5 mm or more, and it is more preferable that it is 1 mm or more. Further, the thickness of the charging device 20 is preferably 10 mm or less, and more preferably 5 mm or less. When the thickness of the charging device 20 is less than 0.5 mm, it tends to be difficult to obtain a sufficient power generation capability. When the thickness of the charging device 20 exceeds 10 mm, the function as a charging device. However, for example, the charging device 20 tends to be difficult to use between an existing multifunction telephone and an existing multifunction telephone protective case.

[発電素子]
図3は、本実施の形態にかかる、充電装置20の発電部21を構成する発電素子1の模式的な構成図である。本実施の形態に係る発電素子1は、図3に示すように、正極2と、ホール輸送層3と、発電層4と、負極5とがその順で配置された構造形態を有している。以下、発電素子1の構成について説明する。
[Power generation element]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the power generation element 1 constituting the power generation unit 21 of the charging device 20 according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the power generating element 1 according to the present embodiment has a structure in which a positive electrode 2, a hole transport layer 3, a power generating layer 4, and a negative electrode 5 are arranged in that order. . Hereinafter, the configuration of the power generation element 1 will be described.

(正極、負極)
正極2及び負極5は、導電性材料であり、正極2の仕事関数が負極5の仕事関数と同じか高い材料を用いる。正極2の仕事関数が負極5の仕事関数より高いことが好ましい。
(Positive electrode, negative electrode)
The positive electrode 2 and the negative electrode 5 are conductive materials, and a material whose work function of the positive electrode 2 is the same as or higher than that of the negative electrode 5 is used. The work function of the positive electrode 2 is preferably higher than that of the negative electrode 5.

正極2としては、特に限定されないが、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)等の導電性酸化物材料、炭素材料、銅、銅合金、SUS430等のステンレス鋼、錫めっき銅、白金、金、又はタングステンもしくはその酸化物などを用いることができる。正極2の材料は、仕事関数を考慮して決定することができ、負極5の材料の仕事関数よりも高いことが好ましい。例えば、負極5にアルミニウムを用いた場合、正極2の材料としては、負極5の材料より仕事関数が高く、安価に入手できるという観点から、インジウム錫酸化物、銅、又は炭素材料が好ましい。負極5にインジウム錫酸化物を用いた場合は、正極2の材料としては、負極5の材料より仕事関数が高いという観点から、白金、金、又はタングステンもしくはその酸化物が好ましい。また、正極2の材料は他の金属にコーティングした形で用いてもよい。   The positive electrode 2 is not particularly limited. For example, a conductive oxide material such as indium tin oxide (ITO), a carbon material, copper, a copper alloy, stainless steel such as SUS430, tin-plated copper, platinum, gold, or Tungsten or an oxide thereof can be used. The material of the positive electrode 2 can be determined in consideration of the work function, and is preferably higher than the work function of the material of the negative electrode 5. For example, when aluminum is used for the negative electrode 5, the material of the positive electrode 2 is preferably indium tin oxide, copper, or a carbon material from the viewpoint that it has a higher work function than the material of the negative electrode 5 and can be obtained at a low cost. When indium tin oxide is used for the negative electrode 5, the material of the positive electrode 2 is preferably platinum, gold, tungsten, or an oxide thereof from the viewpoint that the work function is higher than that of the material of the negative electrode 5. Moreover, you may use the material of the positive electrode 2 in the form which coated other metals.

負極5としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、Mg−Alなどのマグネシウム合金、銀、又は亜鉛などを用いることができる。負極5の材料は、仕事関数を考慮して決定することができ、正極2の材料の仕事関数よりも低いことが好ましい。例えば、正極2に銅又は炭素材料を用いた場合、負極5の材料としては、正極2の材料より仕事関数が低く、安価に入手できるという観点から、アルミニウム、又は亜鉛が好ましい。正極2に白金又は金を用いた場合は、負極5の材料としては、インジウム錫酸化物が好ましい。また、負極5の材料は他の金属にコーティングした形で用いてもよい。   Although it does not specifically limit as the negative electrode 5, For example, magnesium alloys, such as aluminum, an aluminum alloy, Mg-Al, silver, or zinc can be used. The material of the negative electrode 5 can be determined in consideration of the work function, and is preferably lower than the work function of the material of the positive electrode 2. For example, when copper or a carbon material is used for the positive electrode 2, the material of the negative electrode 5 is preferably aluminum or zinc from the viewpoint that the work function is lower than that of the material of the positive electrode 2 and can be obtained at low cost. When platinum or gold is used for the positive electrode 2, the material of the negative electrode 5 is preferably indium tin oxide. Moreover, you may use the material of the negative electrode 5 in the form which coated other metals.

正極2及び負極5の形状は特に限定されず、発電素子1の形状に応じた形状に加工することができる。例えば、発電素子1が、平面配置型用の発電素子1である場合には、正極2と負極5が対向して配置され、正極2と負極5の間にホール輸送層3及び発電層4が設けられる。   The shapes of the positive electrode 2 and the negative electrode 5 are not particularly limited, and can be processed into a shape corresponding to the shape of the power generation element 1. For example, when the power generation element 1 is a planar arrangement type power generation element 1, the positive electrode 2 and the negative electrode 5 are disposed to face each other, and the hole transport layer 3 and the power generation layer 4 are disposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 5. Provided.

なお、この平面配置型の発電素子1は、複数の発電素子1の正極2と負極5とを順次、直列に接続することで直列配置型の発電素子複合体にする、或いは、複数の発電素子1の正極2と負極5とを順次、並列に接続することで並列配置型の発電素子複合体にすることができる。発電素子複合体を構成する発電素子1の数や接続方法は、充電装置に求められる発電能力に応じて、適宜設計することができる。   The planar arrangement type power generation element 1 is configured as a series arrangement type power generation element composite by sequentially connecting the positive electrodes 2 and the negative electrodes 5 of the plurality of power generation elements 1 in series, or a plurality of power generation elements. By sequentially connecting the positive electrode 2 and the negative electrode 5 of 1 in parallel, a parallel-arranged power generation element composite can be obtained. The number and connection method of the power generation elements 1 constituting the power generation element complex can be appropriately designed according to the power generation capacity required for the charging device.

(ホール輸送層)
発電素子1は、正極2と発電層4との間に、ホール輸送層3を有することが好ましい。正極2と発電層4との間に、ホール輸送層3を有することによって、発電層4から正極2へのホールの取出しを安定化させ、発電効率を向上させることができ、また、逆電流が生じることを防止することができる。ホール輸送層3としては、ホール伝導が観測されるものであれば、特に限定されないが、例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT−PSS)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(ビニルスルホン酸)、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ(p−フェニレン)、ポリフルオレン、ポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリチエニレンビニレン、グラフェン、などのp型導電性高分子;MoO、CuAlO、CuGaO、LiNiOなどのp型金属酸化物を用いることが好ましい。これらの中でも、ホールの移動度が高く、安価に入手できるという観点から、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(スチレンスルホン酸)又はMoOが好ましい。
(Hall transport layer)
The power generation element 1 preferably has a hole transport layer 3 between the positive electrode 2 and the power generation layer 4. By having the hole transport layer 3 between the positive electrode 2 and the power generation layer 4, the extraction of holes from the power generation layer 4 to the positive electrode 2 can be stabilized, the power generation efficiency can be improved, and the reverse current can be reduced. It can be prevented from occurring. The hole transport layer 3 is not particularly limited as long as hole conduction is observed. For example, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (styrenesulfonic acid) (PEDOT-PSS), poly (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (vinyl sulfonic acid), polyaniline, polypyrrole, polythiophene, poly (p-phenylene), polyfluorene, poly (p-phenylene vinylene), polythienylene vinylene, graphene, etc. It is preferable to use a p-type metal oxide such as MoO 3 , CuAlO 2 , CuGaO 2 , or LiNiO 2 . Among these, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (styrenesulfonic acid) or MoO 3 is preferable from the viewpoint of high hole mobility and availability at low cost.

(電子輸送層)
図2には図示されていないが、発電素子1は、負極5と発電層4との間に、さらに電子輸送層を有することが好ましい。負極5と発電層4との間に電子輸送層の薄膜を設けることで、発電層4から負極5への電子の取出し効率を安定化させ、発電効率を向上させることができ、また、正孔が負極5側に流れることを防止できる傾向にある。電子輸送層に用いる材料としては、特に制限はないが、例えば、n型半導体材料などを用いることができる。電子輸送層に用いる材料の具体例としては、例えば、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化リチウム、酸化マグネシウム、又は酸化カルシウムなどが挙げられる。これらの中でも、化学的に安定であるという観点から、フッ化リチウム、酸化アルミニウム、又は酸化スズを用いることが好ましい。
(Electron transport layer)
Although not shown in FIG. 2, the power generation element 1 preferably further includes an electron transport layer between the negative electrode 5 and the power generation layer 4. By providing a thin film of an electron transport layer between the negative electrode 5 and the power generation layer 4, the efficiency of extracting electrons from the power generation layer 4 to the negative electrode 5 can be stabilized, and the power generation efficiency can be improved. Tends to be prevented from flowing to the negative electrode 5 side. Although there is no restriction | limiting in particular as a material used for an electron carrying layer, For example, an n-type semiconductor material etc. can be used. Specific examples of the material used for the electron transport layer include, for example, lithium fluoride, sodium fluoride, cesium fluoride, aluminum oxide, tin oxide, lithium oxide, magnesium oxide, or calcium oxide. Among these, from the viewpoint of being chemically stable, it is preferable to use lithium fluoride, aluminum oxide, or tin oxide.

(発電層)
発電層4は、発電補助材料と、半導体材料(α)と、半導体材料(β)とを含んだ層である。発電層4では、例えば、発電補助材料が分子の振動エネルギー(熱エネルギー)を吸収することよって赤外線を放射し、その放射された赤外線を、半導体材料(α)及び半導体材料(β)のエネルギー準位の差を利用して電気エネルギーに変換することができる。
(Power generation layer)
The power generation layer 4 is a layer including a power generation auxiliary material, a semiconductor material (α), and a semiconductor material (β). In the power generation layer 4, for example, the power generation auxiliary material emits infrared rays by absorbing vibration energy (thermal energy) of molecules, and the emitted infrared rays are used as energy levels of the semiconductor material (α) and the semiconductor material (β). It can be converted into electrical energy using the difference in position.

発電補助材料は、振動エネルギーを赤外線に変換し放射することが可能な赤外線放射材料であることが好ましい。赤外線放射材料としては、特に限定されないが、赤外線の吸収強度の大きい物質、例えば、二酸化ケイ素、シリコーン、カーボン、又はフェライトなどを用いることが好ましい。赤外線の吸収強度が大きい物質は、赤外線の放射強度も大きいため、強い赤外線を放射することができ、発電効率が高くなる。上記の物質の中でも、特に、赤外線の吸収強度が大きく、また安価であるという理由から、二酸化ケイ素を用いることがより好ましい。なお、上記の赤外線放射材料は、1種単独もしくは2種以上を組み合わせて使用してもよい。   The power generation auxiliary material is preferably an infrared radiation material capable of converting vibration energy into infrared rays and emitting the same. Although it does not specifically limit as an infrared radiation material, It is preferable to use a substance with large infrared absorption intensity, for example, silicon dioxide, silicone, carbon, or a ferrite. A substance having a large infrared absorption intensity has a high infrared radiation intensity, and therefore can emit a strong infrared radiation, resulting in an increase in power generation efficiency. Among the above substances, silicon dioxide is more preferably used because it has a high infrared absorption intensity and is inexpensive. In addition, you may use said infrared radiation material individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

赤外線の吸収強度は、赤外分光法、近赤外分光法、またはラマン分光法など公知の方法によって測定することができる。発電補助材料としては、例えば、近赤外分光法を用いて測定した場合、赤外領域(例えば、波数12500〜4000cm−1)において、吸光度が1以上となるピークを有することが好ましい。発電補助材料が、赤外領域において、吸光度が1以上となるピークを有する場合は、赤外線の吸収強度及び放射強度が大きくなるため、発電効率を向上させることができる。 The infrared absorption intensity can be measured by a known method such as infrared spectroscopy, near infrared spectroscopy, or Raman spectroscopy. As a power generation auxiliary material, for example, when measured using near infrared spectroscopy, it is preferable to have a peak with an absorbance of 1 or more in the infrared region (for example, wave number 12500 to 4000 cm −1 ). When the power generation auxiliary material has a peak in which the absorbance is 1 or more in the infrared region, the infrared absorption intensity and the radiation intensity increase, so that the power generation efficiency can be improved.

発電補助材料の平均粒径は、入手の容易さや組成物作製上の問題がない範囲で各種の大きさのものを選択することができるが、発電補助材料の平均粒径は、4〜100nmであることが好ましく、4〜40nmであることがより好ましい。発電補助材料の平均粒径が4nm未満の場合は、赤外線放射材料としての特徴を示さなくなる傾向にあり、平均粒径が100nmを超えると、発電補助材料の体積が大きくなるため、体積あたりの赤外線の吸収強度(放射強度)が低下し、発電効率が下がる傾向にある。なお、本明細書において、平均粒径とは一次粒子の平均粒径をいい、原料の段階では走査型電子顕微鏡(SEM)によって測定することができ、組成物を構成した後も走査型電子顕微鏡(SEM)によって測定することができる。   The average particle size of the power generation auxiliary material can be selected in various sizes within the range where there is no problem in availability and composition preparation, but the average particle size of the power generation auxiliary material is 4 to 100 nm. It is preferable that the thickness is 4 to 40 nm. When the average particle size of the power generation auxiliary material is less than 4 nm, the characteristics as the infrared radiation material tend not to be exhibited. When the average particle size exceeds 100 nm, the volume of the power generation auxiliary material becomes large. As a result, the absorption intensity (radiation intensity) decreases and the power generation efficiency tends to decrease. In this specification, the average particle diameter means the average particle diameter of primary particles, which can be measured by a scanning electron microscope (SEM) at the raw material stage, and after the composition is formed, the scanning electron microscope (SEM).

発電層4には、発電補助材料から放射された赤外線を電気エネルギーに変換するために、半導体材料(α)及び半導体材料(β)が含まれる。半導体材料(β)は、荷電子帯の上端のエネルギー準位が半導体材料(α)の荷電子帯の上端のエネルギー準位より高く、かつ、伝導帯の下端のエネルギー準位が半導体材料(α)の伝導帯の下端のエネルギー準位よりも高い半導体材料が用いられる。半導体材料(α)の荷電子帯の上端と、半導体材料(β)の荷電子帯の上端とのエネルギー差は、2.0eV以下であることが好ましく、0.9eV以上であることがより好ましく、1.7eV以下であることがより好ましい。また、半導体材料(α)の伝導帯の下端と、半導体材料(β)の伝導帯の下端とのエネルギー差は、2.0eV以下であることが好ましく、0.9eV以上であることがより好ましく、1.7eV以下であることがより好ましい。   The power generation layer 4 includes a semiconductor material (α) and a semiconductor material (β) in order to convert infrared rays emitted from the power generation auxiliary material into electrical energy. In the semiconductor material (β), the energy level at the upper end of the valence band is higher than the energy level at the upper end of the valence band of the semiconductor material (α), and the energy level at the lower end of the conduction band is the semiconductor material (α A semiconductor material higher than the energy level at the lower end of the conduction band is used. The energy difference between the upper end of the valence band of the semiconductor material (α) and the upper end of the valence band of the semiconductor material (β) is preferably 2.0 eV or less, and more preferably 0.9 eV or more. More preferably, it is 1.7 eV or less. The energy difference between the lower end of the conduction band of the semiconductor material (α) and the lower end of the conduction band of the semiconductor material (β) is preferably 2.0 eV or less, and more preferably 0.9 eV or more. More preferably, it is 1.7 eV or less.

発電素子1における発電のメカニズムは明らかではないが、半導体材料(α)が相対的に電子受容体のような役割を果たし、半導体材料(β)が相対的に電子供与体のような役割を果たすことで、赤外線の光エネルギーを電気エネルギーに変換するものと考えられる。具体的には、次のような現象が起こっていると推測される。   The mechanism of power generation in the power generation element 1 is not clear, but the semiconductor material (α) plays a role like an electron acceptor and the semiconductor material (β) plays a role like an electron donor. Thus, it is considered that infrared light energy is converted into electric energy. Specifically, the following phenomenon is presumed.

半導体材料(α)および半導体材料(β)それぞれの伝導帯および荷電子帯のエネルギー差が、例えば、2.0eV以下であることにより、赤外線が半導体材料(α)または半導体材料(β)に照射された場合、半導体材料(α)と半導体材料(β)との接合面において、半導体材料(β)の伝導帯に存在していた電子が半導体材料(α)の伝導帯へと移動し、半導体材料(α)の価電子帯に存在していたホールが半導体材料(β)の価電子帯へと移動し、電荷分離状態を形成する。そして、電子は半導体材料(β)よりもエネルギー準位が低い半導体材料(α)の伝導帯を移動して正極2へ流れ、ホールは半導体材料(β)の荷電子帯を移動して負極5へと流れることで、外部回路に電流が流れるものと思われる。   When the energy difference between the conduction band and the valence band of the semiconductor material (α) and the semiconductor material (β) is, for example, 2.0 eV or less, the semiconductor material (α) or the semiconductor material (β) is irradiated with infrared rays. In this case, electrons existing in the conduction band of the semiconductor material (β) move to the conduction band of the semiconductor material (α) at the junction surface between the semiconductor material (α) and the semiconductor material (β), and the semiconductor Holes that existed in the valence band of the material (α) move to the valence band of the semiconductor material (β) to form a charge separation state. The electrons move through the conduction band of the semiconductor material (α) having a lower energy level than the semiconductor material (β) and flow to the positive electrode 2, and the holes move through the valence band of the semiconductor material (β) and move into the negative electrode 5. It seems that current flows through the external circuit.

発電補助材料が熱エネルギーを吸収した場合、その熱エネルギーは、最終的に、半導体材料(α)及び半導体材料(β)によって、電気エネルギーに変換される。このことを別の側面から見れば、発電補助材料、半導体材料(α)、及び半導体材料(β)を有する素子は、吸熱反応を行っていると捉えることもできる。従って、発電補助材料、半導体材料(α)、及び半導体材料(β)を有する素子は、例えば、電子機器などの冷却手段として用いることも可能である。   When the power generation auxiliary material absorbs thermal energy, the thermal energy is finally converted into electrical energy by the semiconductor material (α) and the semiconductor material (β). If this is seen from another side, it can also be considered that the element which has power generation auxiliary material, a semiconductor material ((alpha)), and a semiconductor material ((beta)) is performing endothermic reaction. Therefore, the element having the power generation auxiliary material, the semiconductor material (α), and the semiconductor material (β) can be used as a cooling means for electronic devices, for example.

半導体材料(α)は、化学的安定性や電子移動度が高いことから、二酸化スズが好ましい。半導体材料(β)は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン、及び酸化亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも1種以上の材料を含むことが好ましい。半導体材料(α)に二酸化スズを用いた場合、半導体材料(β)としては、半導体材料(α)に比べてエネルギー準位が高く、また、正極2の材料より仕事関数が低いといった観点から、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、又は酸化亜鉛などが好ましい。上記した好ましい半導体材料(α)と、好ましい半導体材料(β)との組合せは、荷電子帯の上端同士及び伝導帯の下端同士のエネルギー差が2.0eV以下であるという条件、さらには、0.9eV以上で、1.7eV以下であるという条件を満たしている。なお、半導体材料(α)及び半導体材料(β)は、1種単独もしくは2種以上を組み合わせて使用してもよい。   The semiconductor material (α) is preferably tin dioxide because of its high chemical stability and high electron mobility. The semiconductor material (β) preferably contains at least one material selected from the group consisting of titanium oxide, zirconium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, tungsten oxide, and zinc oxide. When tin dioxide is used as the semiconductor material (α), the semiconductor material (β) has a higher energy level than the semiconductor material (α) and a work function lower than that of the material of the positive electrode 2. Titanium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, zinc oxide, or the like is preferable. The combination of the preferred semiconductor material (α) and the preferred semiconductor material (β) described above is a condition that the energy difference between the upper ends of the valence band and the lower ends of the conduction bands is 2.0 eV or less. It satisfies the condition that it is 0.9 eV or more and 1.7 eV or less. In addition, you may use a semiconductor material ((alpha)) and a semiconductor material ((beta)) individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

半導体材料(α)及び半導体材料(β)の平均粒径は、入手の容易さや組成物作製上の問題がない範囲で各種の大きさのものを選択することができるが、半導体材料(α)の平均粒径は、4〜100nmであることが好ましく、4〜10nmであることがより好ましい。半導体材料(α)の平均粒径が4nm未満の場合は、半導体としての特徴を示さなくなる傾向にあり、平均粒径が100nmを超えると、半導体材料(α)の体積が大きくなるため、体積あたりの発電効率が下がる傾向にある。   The average particle diameters of the semiconductor material (α) and the semiconductor material (β) can be selected in various sizes within the range where there is no problem in availability and composition preparation, but the semiconductor material (α) The average particle size of is preferably 4 to 100 nm, and more preferably 4 to 10 nm. When the average particle diameter of the semiconductor material (α) is less than 4 nm, there is a tendency that the characteristics as a semiconductor do not appear. When the average particle diameter exceeds 100 nm, the volume of the semiconductor material (α) increases, The power generation efficiency tends to decrease.

発電層4の構造としては、特に限定されず、例えば、積層構造としてもよく、バルクヘテロジャンクション構造としてもよいが、発電効率を向上させるという観点からは、バルクヘテロジャンクション構造とすることが好ましい。   The structure of the power generation layer 4 is not particularly limited, and may be, for example, a laminated structure or a bulk heterojunction structure. From the viewpoint of improving power generation efficiency, a bulk heterojunction structure is preferable.

赤外線の照射強度は、光源からの距離の二乗に反比例する。赤外線の照射強度の減衰を防止し、発電効率を向上させる観点からは、発電補助材料、半導体材料(α)、及び半導体材料(β)は、それぞれ粒子状のものを用いて、発電層4中に均一に分散させることが好ましく、発電層4中に最密充填構造又は最密充填構造に近い構造をとるように配列させることがより好ましい。   The infrared irradiation intensity is inversely proportional to the square of the distance from the light source. From the viewpoint of preventing the attenuation of infrared irradiation intensity and improving the power generation efficiency, the power generation auxiliary material, the semiconductor material (α), and the semiconductor material (β) are each in the form of particles in the power generation layer 4. The power generation layer 4 is preferably arranged so as to have a close-packed structure or a structure close to the close-packed structure.

発電補助材料、半導体材料(α)、及び半導体材料(β)を発電層4中に均一に分散させるためには、各粒子を溶媒中に分散させ、その分散液を遠心分離などの公知の方法を用いて固形分と液分を分離させ、その固形分を十分に洗浄して得られる粉末を用いて、発電層4を形成することが好ましい。分散させる溶媒としては、発電補助材料、半導体材料(α)、及び半導体材料(β)を溶解させないものであれば、特に制限はないが、安全に使用でき、また安価であることから、水を用いることが好ましい。   In order to uniformly disperse the power generation auxiliary material, the semiconductor material (α), and the semiconductor material (β) in the power generation layer 4, each of the particles is dispersed in a solvent, and the dispersion liquid is a known method such as centrifugation. It is preferable to form the power generation layer 4 using a powder obtained by separating the solid content and the liquid content by using and thoroughly washing the solid content. The solvent to be dispersed is not particularly limited as long as it does not dissolve the power generation auxiliary material, the semiconductor material (α), and the semiconductor material (β), but it can be used safely and is inexpensive. It is preferable to use it.

また、発電層4を形成する際において、半導体材料(β)としては、上記したような金属酸化物の粒子そのものを直接、分散媒に添加するのではなく、加水分解などによって該金属酸化物を生成することが可能な金属酸化物の前駆体を添加しても良い。金属酸化物の前駆体としては、特に限定されないが、例えば、塩化チタン、塩化ニオブ、塩化タンタル、塩化亜鉛などの金属塩化物や、チタンアルコキシド、ニオブアルコキシド、タンタルアルコキシド、亜鉛アルコキシドなどの金属アルコキシドを用いることが好ましい。   Further, when forming the power generation layer 4, the semiconductor material (β) is not directly added to the dispersion medium with the metal oxide particles as described above, but instead of the metal oxide by hydrolysis or the like. A metal oxide precursor that can be generated may be added. The precursor of the metal oxide is not particularly limited, and examples thereof include metal chlorides such as titanium chloride, niobium chloride, tantalum chloride, and zinc chloride, and metal alkoxides such as titanium alkoxide, niobium alkoxide, tantalum alkoxide, and zinc alkoxide. It is preferable to use it.

発電層4の全質量は、発電補助材料と半導体材料(α)と半導体材料(β)との和からなる。半導体材料(α)の含有量は、発電層4の全質量に対して、1〜30質量%であることが好ましく、10〜25質量%であることがより好ましい。半導体材料(α)の含有量が発電層4の全質量に対して1質量%未満の場合は、赤外線を十分に電力に変換することができず、発電効率が低下する傾向にあり、30質量%を超えても、それ以上の発電効率の向上は見られない傾向にある。同様に、半導体材料(β)の含有量は、発電層4の全質量に対して、1〜30質量%であることが好ましく、5〜30質量%であることがより好ましい。半導体材料(β)の含有量が発電層4の全質量に対して1質量%未満の場合は、赤外線を十分に電力に変換することができず、発電効率が低下する傾向にあり、30質量%を超えても、それ以上の発電効率の向上は見られない傾向にある。   The total mass of the power generation layer 4 is a sum of a power generation auxiliary material, a semiconductor material (α), and a semiconductor material (β). The content of the semiconductor material (α) is preferably 1 to 30% by mass and more preferably 10 to 25% by mass with respect to the total mass of the power generation layer 4. When the content of the semiconductor material (α) is less than 1% by mass with respect to the total mass of the power generation layer 4, infrared rays cannot be sufficiently converted to electric power, and power generation efficiency tends to decrease, and 30 masses. Even if the percentage exceeds 50%, no further improvement in power generation efficiency tends to be seen. Similarly, the content of the semiconductor material (β) is preferably 1 to 30% by mass and more preferably 5 to 30% by mass with respect to the total mass of the power generation layer 4. When the content of the semiconductor material (β) is less than 1% by mass with respect to the total mass of the power generation layer 4, infrared rays cannot be sufficiently converted to electric power, and power generation efficiency tends to be reduced, and 30 masses. Even if the percentage exceeds 50%, no further improvement in power generation efficiency tends to be seen.

また、半導体材料(α)及び半導体材料(β)の混合比(半導体材料(α)/半導体材料(β))は、特に限定されないが、質量比で、1/5〜2/1の範囲にあることが好ましい。半導体材料(α)及び半導体材料(β)の混合比が上記の範囲にあることで、赤外線を電気エネルギーへと変換する効率が向上し、発電効率を向上させることができる傾向にある。   Further, the mixing ratio of the semiconductor material (α) and the semiconductor material (β) (semiconductor material (α) / semiconductor material (β)) is not particularly limited, but is in the range of 1/5 to 2/1 by mass ratio. Preferably there is. When the mixing ratio of the semiconductor material (α) and the semiconductor material (β) is in the above range, the efficiency of converting infrared rays into electric energy is improved, and power generation efficiency tends to be improved.

発電層4の厚さは、発電素子1の作製方法によって異なり、特に限定されないが、例えば0.05μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。発電層4の厚さが0.05μm未満だと、短絡を起こしやすくなる傾向にあり、発電層4の厚さが1000μmを超えると、発電層4の内部抵抗が高くなる傾向にあり、また、電荷分離した電子とホールが再結合しやすくなることにより変換効率が下がる傾向にある。   The thickness of the power generation layer 4 varies depending on the method for producing the power generation element 1 and is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.05 μm to 1000 μm, for example. If the thickness of the power generation layer 4 is less than 0.05 μm, it tends to cause a short circuit, and if the thickness of the power generation layer 4 exceeds 1000 μm, the internal resistance of the power generation layer 4 tends to increase, Conversion efficiency tends to decrease due to the ease of recombination of charge-separated electrons and holes.

発電層4は、発電補助材料、半導体材料(α)及び半導体材料(β)の混合物によって形成された層であるが、本発明の効果を阻害しない範囲で、他の無機物や有機物を含んでいてもよい。   The power generation layer 4 is a layer formed by a mixture of a power generation auxiliary material, a semiconductor material (α), and a semiconductor material (β), but contains other inorganic substances and organic substances as long as the effects of the present invention are not impaired. Also good.

(発電素子の作製方法)
発電素子1の作製方法は、特に限定されず、各種公知の方法で作製することができる。例えば、正極2上に、p型導電性高分子を滴下又は塗布することで、ホール輸送層3を形成することができる。次いで、ホール輸送層3上に、発電補助材料、半導体材料(α)、及び半導体材料(β)を溶媒に均一に分散させた分散液を滴下又は塗布することで、発電層4を形成することができる。最後に、発電層4上に、真空蒸着やスパッタリング等の方法を用いて、負極5を形成することができる。
(Method for producing power generation element)
The production method of the power generating element 1 is not particularly limited, and can be produced by various known methods. For example, the hole transport layer 3 can be formed by dropping or applying a p-type conductive polymer on the positive electrode 2. Next, the power generation layer 4 is formed on the hole transport layer 3 by dropping or applying a dispersion in which the power generation auxiliary material, the semiconductor material (α), and the semiconductor material (β) are uniformly dispersed in a solvent. Can do. Finally, the negative electrode 5 can be formed on the power generation layer 4 by using a method such as vacuum deposition or sputtering.

こうして作製された発電素子1は、平面的な直列構造又は並列構造になるように接続することができる。複数の発電素子1を直列に接続して発電素子複合体を構成する場合、隣り合う発電素子の正極2と負極5とを、カシメ、圧接、ロウ付け等で接続して直列構造にすることができる。また、発電素子1を並列接続して発電素子複合体を構成する場合、長く延びる電極に、発電素子1の正極2と負極5とをそれぞれ、カシメ、圧接、ロウ付け等で接続して並列構造にすることができる。   The power generating elements 1 thus manufactured can be connected so as to have a planar series structure or a parallel structure. When a power generation element complex is configured by connecting a plurality of power generation elements 1 in series, the positive electrode 2 and the negative electrode 5 of adjacent power generation elements may be connected by caulking, pressure welding, brazing, or the like to form a series structure. it can. When the power generating element 1 is configured by connecting the power generating elements 1 in parallel, the positive electrode 2 and the negative electrode 5 of the power generating element 1 are connected to the elongated electrode by caulking, pressure welding, brazing, or the like, respectively. Can be.

このような発電素子複合体は、複数の発電素子1を接続して1次元的(直列配置)又は二次元的(並列配置)に作製することができるが、厚さ方向に積層して三次元的な立体構造にすることもできる。   Such a power generation element complex can be produced in a one-dimensional (series arrangement) or two-dimensional (parallel arrangement) by connecting a plurality of power generation elements 1, but is laminated in the thickness direction and is three-dimensional. A three-dimensional structure can also be obtained.

発電素子1や発電素子複合体において、発電素子1に水分が侵入するのを避けることが好ましい。水分の侵入防止手段としては、周囲を封止材で充填したり、全体を封止材で覆ったりすることが好ましい。こうした水分の侵入防止手段により、発電素子1の発電電流値の低下を抑制することができる。   In the power generation element 1 or the power generation element complex, it is preferable to prevent moisture from entering the power generation element 1. As a means for preventing moisture from entering, it is preferable to fill the periphery with a sealing material or cover the whole with a sealing material. By such moisture intrusion prevention means, it is possible to suppress a decrease in the generated current value of the power generating element 1.

[電子機器用ケース]
図2は、本実施の形態に係る充電装置20を備えた電子機器用ケース25の模式的な構成図である。図2において、充電装置20の各構成は図1と同様であるため、その符号番号及び説明は省略する。
[Electronic case]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an electronic device case 25 including the charging device 20 according to the present embodiment. In FIG. 2, since each structure of the charging device 20 is the same as that of FIG. 1, the code number and description are abbreviate | omitted.

図2に示すように、充電装置20は、電子機器用ケース25における電子機器の背面が接する側(電子機器用ケースの内側)に配置すること、すなわち、電子機器用ケース25を電子機器に装着した際、充電装置20と電子機器とが接触するように設けられていることが好ましい。このような構成により、電子機器が発生する熱を効率的に吸収することができ、発電素子1の発電効率を向上させることができる。   As shown in FIG. 2, the charging device 20 is disposed on the side of the electronic device case 25 that contacts the back surface of the electronic device (inside the electronic device case), that is, the electronic device case 25 is attached to the electronic device. It is preferable that the charging device 20 and the electronic device are provided in contact with each other. With such a configuration, heat generated by the electronic device can be efficiently absorbed, and the power generation efficiency of the power generation element 1 can be improved.

また、充電装置20は、電子機器用ケース25を電子機器に装着した際、充電装置20の電力供給部22が電子機器の充電端子と接続可能なように配置されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the charging device 20 is arrange | positioned so that the electric power supply part 22 of the charging device 20 can be connected with the charging terminal of an electronic device, when the case 25 for electronic devices is mounted | worn with an electronic device.

充電装置20を電子機器用ケース25に固定する方法としては、特に制限されず、接着剤やネジなどによって固定したり、電子機器用ケース25に充電装置20を係止するための係止部を設けたり等、公知の方法を用いることができる。   A method for fixing the charging device 20 to the electronic device case 25 is not particularly limited, and a fixing portion for fixing the charging device 20 to the electronic device case 25 or an electronic device case 25 is provided. A known method can be used, such as providing.

また、電子機器と充電装置20とは、充電端子と電力供給部22とにおいて、結合した状態とすることが可能であるため、単に電子機器用ケース25内に充電装置20を配置するような構成にしてもよい。   In addition, since the electronic device and the charging device 20 can be combined in the charging terminal and the power supply unit 22, the charging device 20 is simply disposed in the electronic device case 25. It may be.

上述のように充電装置20は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子1を利用するものであり、吸熱効果を有するものであるため、電子機器用ケース25の材料は、電子機器の放熱問題を特段考慮せずともよく、公知のものをいずれも採用することができる。   As described above, the charging device 20 uses the power generation element 1 that converts thermal energy into electrical energy, and has a heat absorption effect. Therefore, the material of the electronic device case 25 is a heat dissipation problem of the electronic device. There are no particular considerations, and any known one can be employed.

電子機器用ケース25の構造や形状は、特に限定されず、電子機器用ケース25が装着される電子機器の構造や形状に応じて、適宜決定することができる。例えば、電子機器用ケース25が多機能携帯電話機に装着するものである場合、多機能携帯電話機の側面や背面に設けられているボタンやイヤホンジャック、カメラなどを、電子機器用ケース25を装着したまま使用可能とするため、適宜開放部(穴)等が設けられていてもよい。   The structure and shape of the electronic device case 25 are not particularly limited, and can be appropriately determined according to the structure and shape of the electronic device to which the electronic device case 25 is attached. For example, when the electronic device case 25 is to be attached to a multi-function mobile phone, the electronic device case 25 is attached to a button, an earphone jack, a camera, or the like provided on the side or back of the multi-function mobile phone. In order to be usable as it is, an open portion (hole) or the like may be provided as appropriate.

[電子機器]
本発明の電子機器は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部を備える上記のような充電装置が、電子機器の内部に設けられたものである。
[Electronics]
The electronic device of the present invention is such that the above-described charging device including a power generation unit that converts thermal energy into electrical energy is provided inside the electronic device.

本発明の電子機器においては、充電装置の電力供給部は、電子機器に内蔵されたバッテリに直接電力を供給するように設計しても良い。上述のように、上記充電装置は、電力を発生させるとともに、吸熱効果を奏するものであるから、電子機器のバッテリ駆動時間を延長させるだけではなく、CPU等から発生する熱を吸収することも可能である。従って、本発明の電子機器は、バッテリ駆動時間が長く、電子機器から発せられる熱量が少ないものとなる。   In the electronic device of the present invention, the power supply unit of the charging device may be designed to supply power directly to a battery built in the electronic device. As described above, the charging device generates electric power and has an endothermic effect, so that it can not only extend the battery driving time of an electronic device but also absorb heat generated from a CPU or the like. It is. Therefore, the electronic device of the present invention has a long battery driving time and a small amount of heat generated from the electronic device.

[用途]
本発明の充電装置20は、種々の電子機器に適用することができ、例えば、多機能携帯電話機(例えば、スマートフォン)や、タブレット端末、ノートパソコン、携帯型音楽プレーヤー、携帯型ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラなどの携帯型電子機器の充電装置として好適に用いることができる。特に、多機能携帯電話機やタブレット端末などの携帯型端末は、保護ケースに収納して用いられることが多いため、保護ケースの内部に収納可能な本発明の充電装置は、非常に有用である。また、本発明の充電装置は体温程度の温度によって十分な電力を発電することが可能であるため、携帯型端末の中でも、上着の胸ポケットやズボンのポケット等に身に着けて所持することの多いスマートフォン用の充電装置として、特に有用である。
[Usage]
The charging device 20 of the present invention can be applied to various electronic devices, for example, a multi-function mobile phone (for example, a smartphone), a tablet terminal, a notebook computer, a portable music player, a portable game machine, a digital camera. It can be suitably used as a charging device for portable electronic devices such as video cameras. In particular, since portable terminals such as multi-function mobile phones and tablet terminals are often housed and used in a protective case, the charging device of the present invention that can be housed inside the protective case is very useful. In addition, since the charging device of the present invention can generate sufficient electric power at a temperature of about body temperature, it can be worn in a portable terminal such as a chest pocket or a pants pocket. It is particularly useful as a charging device for smartphones with a large amount.

以下に参考例を示して、本実施の形態に係る、リモコン装置の発電部を構成する発電素子をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。   The power generation elements constituting the power generation unit of the remote control device according to the present embodiment will be described below in more detail with reference examples, but the present invention is not limited to these.

[参考例1]
[二酸化ケイ素、酸化ニオブ、及び二酸化スズの混合粉末の調製]
五塩化ニオブ(純正化学株式会社製)25質量部をエタノール200質量部に溶解させた。次に、該五塩化ニオブ・エタノール溶液2.5質量部と、二酸化ケイ素の20%水分散体(日産化学工業株式会社製、「ST−O−40」、平均粒径40nm)10質量部と、二酸化スズの20%水分散体(ユニチカ株式会社製、酸化スズゾル「AS20I」、平均粒径7nm)1.5質量部とを、混合し撹拌した。該混合水分散体中で、五塩化ニオブは加水分解され、酸化ニオブとなった。次に、得られた二酸化ケイ素粒子、酸化ニオブ粒子、及び二酸化スズ粒子を含む混合水分散体から、固形分を分離した。得られた固形分を十分に洗浄した後、100℃で乾燥させることで、二酸化ケイ素粒子、酸化ニオブ粒子、及び二酸化スズ粒子からなる参考例1の混合粉末を得た。混合水分散体における二酸化ケイ素の20%水分散体、五塩化ニオブ・エタノール溶液、及び二酸化スズの20%水分散体の混合割合、及び混合粉末における各成分の含有率を、表1に示す。
[Reference Example 1]
[Preparation of mixed powder of silicon dioxide, niobium oxide and tin dioxide]
25 parts by mass of niobium pentachloride (manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 200 parts by mass of ethanol. Next, 2.5 parts by mass of the niobium pentachloride / ethanol solution and 10 parts by mass of a 20% aqueous dispersion of silicon dioxide (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., “ST-O-40”, average particle size 40 nm) Then, 1.5 parts by mass of a 20% aqueous dispersion of tin dioxide (manufactured by Unitika Ltd., tin oxide sol “AS20I”, average particle size 7 nm) was mixed and stirred. In the mixed water dispersion, niobium pentachloride was hydrolyzed to niobium oxide. Next, solid content was isolate | separated from the mixed water dispersion containing the obtained silicon dioxide particle, niobium oxide particle, and tin dioxide particle. The obtained solid content was sufficiently washed and then dried at 100 ° C. to obtain a mixed powder of Reference Example 1 composed of silicon dioxide particles, niobium oxide particles, and tin dioxide particles. Table 1 shows the mixing ratio of the 20% aqueous dispersion of silicon dioxide in the mixed aqueous dispersion, the niobium pentachloride / ethanol solution, and the 20% aqueous dispersion of tin dioxide, and the content of each component in the mixed powder.

[参考例2〜5]
混合水分散体における混合割合を表1に示すように変更したこと以外は、参考例1と同様の方法を用いて、参考例2〜5の混合粉末を得た。混合粉末における各成分の含有率を、表1に示す。
[Reference Examples 2 to 5]
A mixed powder of Reference Examples 2 to 5 was obtained using the same method as in Reference Example 1 except that the mixing ratio in the mixed water dispersion was changed as shown in Table 1. Table 1 shows the content of each component in the mixed powder.

Figure 2017175690
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発電素子を以下のように作製した。先ず、平板状の銅部材を正極2として準備した。次いで、平板状のアルミニウム部材を負極5として準備し、アルミニウム部材上に1.8cm×1.5cmの窓を開けた厚さ0.8mmの両面テープを貼り付けた。両面テープの窓に、参考例1で得られた二酸化ケイ素粒子(平均粒径:40nm)、酸化ニオブ粒子、及び二酸化スズ粒子(平均粒径:7nm)からなる混合粉末を充填し、発電層4を形成した。発電層4の厚さは、両面テープの厚さと同じく、0.8mmである。最後に、上記の正極2を両面テープ上に積層させ、発電素子を得た。参考例2〜5で得られた混合粉末についても、同様の方法を用いて、発電素子を作製した。   The power generation element was produced as follows. First, a flat copper member was prepared as the positive electrode 2. Next, a flat aluminum member was prepared as the negative electrode 5, and a double-sided tape having a thickness of 0.8 mm with a 1.8 cm × 1.5 cm window opened on the aluminum member. A mixed powder composed of the silicon dioxide particles (average particle size: 40 nm), niobium oxide particles, and tin dioxide particles (average particle size: 7 nm) obtained in Reference Example 1 was filled in the window of the double-sided tape. Formed. The thickness of the power generation layer 4 is 0.8 mm, similar to the thickness of the double-sided tape. Finally, the positive electrode 2 was laminated on a double-sided tape to obtain a power generating element. About the mixed powder obtained in Reference Examples 2-5, the electric power generation element was produced using the same method.

(評価)
図3に示す試験装置を用いて、上記のようにして得られた発電素子の出力電流及び出力電圧を測定した。図3に示す試験装置では、負極5、抵抗負荷10、スイッチ11、電流計13、正極2を、この順でリード線によって接続し、回路を形成している。また、この回路に抵抗負荷10の両端の電圧を測定できるように電圧計12が接続されている。また、温度調節器8によって温度調節が可能なヒーター6上に、負極5が下側に、正極2が上側になるようにして、発電素子1が設置されている。また、ヒーター6上の発電素子1が設置されていない部分には、温度センサ9が設置されており、ヒーター6の温度が測定できる。断熱材7は、正極2とヒーター6とを上下から挟み込むように、対向して設置されている。なお、抵抗負荷10の抵抗は、1kΩ、10kΩ、100kΩ、又は∞に変化させて測定した。電流計13及び電圧計12は、FLUKE社製のデジタルマルチメーター 8808Aを用いた。また、Z、Cp、L、tanδは、日置電機株式会社製のLCRハイテスタ3532−50を用いて測定した。測定は、ヒーター6の温度を29℃(室温)、又は100℃に変化させて行った。測定結果を表2に示す。
(Evaluation)
Using the test apparatus shown in FIG. 3, the output current and output voltage of the power generation element obtained as described above were measured. In the test apparatus shown in FIG. 3, the negative electrode 5, the resistance load 10, the switch 11, the ammeter 13, and the positive electrode 2 are connected in this order by lead wires to form a circuit. A voltmeter 12 is connected to the circuit so that the voltage across the resistance load 10 can be measured. Further, the power generating element 1 is installed on the heater 6 whose temperature can be adjusted by the temperature controller 8 so that the negative electrode 5 is on the lower side and the positive electrode 2 is on the upper side. Further, a temperature sensor 9 is installed in a portion where the power generation element 1 on the heater 6 is not installed, and the temperature of the heater 6 can be measured. The heat insulating material 7 is installed so as to face the positive electrode 2 and the heater 6 from above and below. Note that the resistance of the resistive load 10 was measured by changing the resistance to 1 kΩ, 10 kΩ, 100 kΩ, or ∞. As the ammeter 13 and the voltmeter 12, a digital multimeter 8808A manufactured by FLUKE was used. Z, Cp, L, and tan δ were measured using an LCR high tester 3532-50 manufactured by Hioki Electric Co., Ltd. The measurement was performed by changing the temperature of the heater 6 to 29 ° C. (room temperature) or 100 ° C. The measurement results are shown in Table 2.

Figure 2017175690
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(参考例6〜13)
混合水分散体における混合割合を表3に示すように変更したこと以外は、参考例1と同様の方法を用いて、参考例6〜13の混合粉末を得た。混合粉末における各成分の含有率を、表3に示す。
(Reference Examples 6 to 13)
A mixed powder of Reference Examples 6 to 13 was obtained using the same method as in Reference Example 1, except that the mixing ratio in the mixed water dispersion was changed as shown in Table 3. Table 3 shows the content of each component in the mixed powder.

Figure 2017175690
Figure 2017175690

発電素子を以下のように作製した。先ず、平板状の銅部材を正極2として準備した。次いで、平板状のアルミニウム部材を負極5として準備し、アルミニウム部材上に1cm×1cmの窓を開けた厚さ0.8mmの両面テープを貼り付けた。両面テープの窓に、参考例6で得られた二酸化ケイ素粒子(平均粒径:40nm)、酸化ニオブ粒子、及び二酸化スズ粒子(平均粒径:7nm)からなる混合粉末を充填し、発電層4を形成した。発電層4の厚さは、両面テープの厚さと同じく、0.8mmである。最後に、上記の正極2を両面テープ上に積層させ、発電素子を得た。参考例7〜13で得られた混合粉末についても、同様の方法を用いて、発電素子を作製した。   The power generation element was produced as follows. First, a flat copper member was prepared as the positive electrode 2. Next, a flat aluminum member was prepared as the negative electrode 5, and a double-sided tape having a thickness of 0.8 mm with a 1 cm × 1 cm window opened on the aluminum member. A window of a double-sided tape was filled with a mixed powder composed of the silicon dioxide particles (average particle size: 40 nm), niobium oxide particles, and tin dioxide particles (average particle size: 7 nm) obtained in Reference Example 6, and the power generation layer 4 Formed. The thickness of the power generation layer 4 is 0.8 mm, similar to the thickness of the double-sided tape. Finally, the positive electrode 2 was laminated on a double-sided tape to obtain a power generating element. About the mixed powder obtained by Reference Examples 7-13, the electric power generation element was produced using the same method.

[評価]
参考例6〜13で得られた混合粉末を用いて作製した発電素子について、上記と同様の方法により、出力電流及び出力電圧を測定した。参考例6〜13で得られた発電素子についての測定結果を表4に示す。
[Evaluation]
About the power generation element produced using the mixed powder obtained in Reference Examples 6 to 13, the output current and the output voltage were measured by the same method as described above. Table 4 shows the measurement results of the power generation elements obtained in Reference Examples 6 to 13.

Figure 2017175690
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[二酸化ケイ素、酸化チタン、及び二酸化スズの混合粉末の調製]
(参考例14)
四塩化チタン(和光純薬工業株式会社製)25質量部をエタノール100質量部に溶解させた。次に、該四塩化チタン・エタノール溶液1.98質量部と、二酸化ケイ素の20%水分散体(日産化学工業株式会社製、「ST−O−40」、平均粒径40nm)5質量部と、二酸化スズの20%水分散体(ユニチカ株式会社製、酸化スズゾル「AS20I」、平均粒径7nm)1質量部とを、混合し撹拌した。該混合水分散体中で、四塩化タンタルは加水分解され、酸化チタンとなった。次に、得られた二酸化ケイ素粒子、酸化タンタル粒子、及び二酸化スズ粒子を含む混合水分散体から、固形分を分離した。得られた固形分を十分に洗浄した後、100℃で乾燥させることで、二酸化ケイ素粒子、酸化タンタル粒子、及び二酸化スズ粒子からなる参考例14の混合粉末を得た。混合水分散体における二酸化ケイ素の20%水分散体、四塩化ニオブ・エタノール溶液、及び二酸化スズの20%水分散体の混合割合、及び混合粉末における各成分の含有率を、表5に示す。
[Preparation of mixed powder of silicon dioxide, titanium oxide and tin dioxide]
(Reference Example 14)
25 parts by mass of titanium tetrachloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 100 parts by mass of ethanol. Next, 1.98 parts by mass of the titanium tetrachloride / ethanol solution and 5 parts by mass of a 20% aqueous dispersion of silicon dioxide (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., “ST-O-40”, average particle size 40 nm) 1 part by mass of a 20% aqueous dispersion of tin dioxide (manufactured by Unitika Ltd., tin oxide sol “AS20I”, average particle size 7 nm) was mixed and stirred. In the mixed water dispersion, tantalum tetrachloride was hydrolyzed to titanium oxide. Next, solid content was isolate | separated from the mixed water dispersion containing the obtained silicon dioxide particle, a tantalum oxide particle, and a tin dioxide particle. The obtained solid content was sufficiently washed and then dried at 100 ° C. to obtain a mixed powder of Reference Example 14 composed of silicon dioxide particles, tantalum oxide particles, and tin dioxide particles. Table 5 shows the mixing ratio of the 20% aqueous dispersion of silicon dioxide in the mixed aqueous dispersion, the niobium tetrachloride / ethanol solution, and the 20% aqueous dispersion of tin dioxide, and the content of each component in the mixed powder.

(参考例15〜18)
混合水分散体における混合割合を表5に示すように変更したこと以外は、参考例14と同様の方法を用いて、参考例15〜18の混合粉末を得た。混合粉末における各成分の含有率を、表5に示す。
(Reference Examples 15-18)
A mixed powder of Reference Examples 15 to 18 was obtained using the same method as Reference Example 14 except that the mixing ratio in the mixed water dispersion was changed as shown in Table 5. Table 5 shows the content of each component in the mixed powder.

Figure 2017175690
Figure 2017175690

酸化ケイ素粒子、酸化ニオブ粒子、及び二酸化スズ粒子からなる混合粉末の代わりに、参考例14の混合粉末を用いて発電層4を形成したこと以外は、参考例6と同様の方法により、発電素子を作製した。参考例15〜18で得られた混合粉末についても、参考例14と同様の方法により、発電素子を作製した。   A power generation element was produced in the same manner as in Reference Example 6, except that the power generation layer 4 was formed using the mixed powder of Reference Example 14 instead of the mixed powder composed of silicon oxide particles, niobium oxide particles, and tin dioxide particles. Was made. For the mixed powders obtained in Reference Examples 15 to 18, power generation elements were produced in the same manner as in Reference Example 14.

[評価]
参考例14〜18で得られた混合粉末を用いて作製した発電素子について、上記と同様の方法により、出力電流及び出力電圧を測定した。測定結果を表6に示す。
[Evaluation]
About the power generation element produced using the mixed powder obtained in Reference Examples 14 to 18, the output current and the output voltage were measured by the same method as described above. Table 6 shows the measurement results.

Figure 2017175690
Figure 2017175690

[二酸化ケイ素、酸化タンタル、及び二酸化スズの混合粉末の調製]
(参考例19)
四塩化タンタル(和光純薬工業株式会社製)5質量部をエタノール45質量部に溶解させた。次に、該四塩化タンタル・エタノール溶液1質量部と、二酸化ケイ素の20%水分散体(日産化学工業株式会社製、「ST−O−40」、平均粒径40nm)5質量部と、二酸化スズの20%水分散体(ユニチカ株式会社製、酸化スズゾル「AS20I」、平均粒径7nm)0.75質量部とを、混合し撹拌した。該混合水分散体中で、四塩化チタンは加水分解され、酸化チタンとなった。次に、得られた二酸化ケイ素粒子、酸化チタン粒子、及び二酸化スズ粒子を含む混合水分散体から、固形分を分離した。得られた固形分を十分に洗浄した後、100℃で乾燥させることで、二酸化ケイ素粒子、酸化チタン粒子、及び二酸化スズ粒子からなる参考例19の混合粉末を得た。混合水分散体における二酸化ケイ素の20%水分散体、四塩化ニオブ・エタノール水溶液、及び二酸化スズの20%水分散体の混合割合、及び混合粉末における各成分の含有率を、表7に示す。
[Preparation of mixed powder of silicon dioxide, tantalum oxide, and tin dioxide]
(Reference Example 19)
5 parts by mass of tantalum tetrachloride (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 45 parts by mass of ethanol. Next, 1 part by mass of the tantalum tetrachloride / ethanol solution, 5 parts by mass of a 20% aqueous dispersion of silicon dioxide (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., “ST-O-40”, average particle size 40 nm), 0.75 parts by mass of a 20% aqueous dispersion of tin (manufactured by Unitika Ltd., tin oxide sol “AS20I”, average particle size: 7 nm) was mixed and stirred. In the mixed water dispersion, titanium tetrachloride was hydrolyzed to titanium oxide. Next, solid content was isolate | separated from the mixed water dispersion containing the obtained silicon dioxide particle, titanium oxide particle, and tin dioxide particle. The obtained solid content was sufficiently washed and then dried at 100 ° C. to obtain a mixed powder of Reference Example 19 composed of silicon dioxide particles, titanium oxide particles, and tin dioxide particles. Table 7 shows the mixing ratio of the 20% aqueous dispersion of silicon dioxide in the mixed aqueous dispersion, the aqueous solution of niobium tetrachloride / ethanol and the 20% aqueous dispersion of tin dioxide, and the content of each component in the mixed powder.

(参考例20〜23)
混合水分散体における混合割合を表7に示すように変更したこと以外は、参考例19と同様の方法を用いて、参考例20〜23の混合粉末を得た。混合粉末における各成分の含有率を、表7に示す。
(Reference Examples 20-23)
A mixed powder of Reference Examples 20 to 23 was obtained using the same method as in Reference Example 19 except that the mixing ratio in the mixed water dispersion was changed as shown in Table 7. Table 7 shows the content of each component in the mixed powder.

Figure 2017175690
Figure 2017175690

酸化ケイ素粒子、酸化ニオブ粒子、及び二酸化スズ粒子からなる混合粉末の代わりに、参考例19の混合粉末を用いて発電層4を形成したこと以外は、参考例6と同様の方法により、発電素子を作製した。参考例20〜23で得られた混合粉末についても、参考例19と同様の方法により、発電素子を作製した。   A power generation element was produced in the same manner as in Reference Example 6, except that the power generation layer 4 was formed using the mixed powder of Reference Example 19 instead of the mixed powder composed of silicon oxide particles, niobium oxide particles, and tin dioxide particles. Was made. For the mixed powders obtained in Reference Examples 20 to 23, power generation elements were produced in the same manner as in Reference Example 19.

[評価]
参考例19〜23で得られた混合粉末を用いて作製した発電素子について、上記と同様の方法により、出力電流及び出力電圧を測定した。測定結果を表8に示す。
[Evaluation]
About the electric power generation element produced using the mixed powder obtained in Reference Examples 19-23, the output current and the output voltage were measured by the method similar to the above. Table 8 shows the measurement results.

Figure 2017175690
Figure 2017175690

1 発電素子
2 正極(正極板)
3 ホール輸送層
4 発電層
5 負極(負極板)
6 ヒーター
7 断熱材
8 温度調節器
9 温度センサ
10 抵抗負荷
11 スイッチ
12 電圧計
13 電流計
20 充電装置
21 発電部
22 電力供給部
23 基板
24 配線
25 電子機器用ケース
1 Power generation element 2 Positive electrode (positive electrode plate)
3 Hole transport layer 4 Power generation layer 5 Negative electrode (negative electrode plate)
6 Heater 7 Heat Insulating Material 8 Temperature Controller 9 Temperature Sensor 10 Resistance Load 11 Switch 12 Voltmeter 13 Ammeter 20 Charging Device 21 Power Generation Unit 22 Power Supply Unit 23 Substrate 24 Wiring 25 Case for Electronic Equipment

Claims (6)

電子機器に備えられた二次電池の充電に用いる充電装置であって、
分子の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部と、発電部が発電した電力を電子機器に供給する電力供給部とを備える、充電装置。
A charging device used for charging a secondary battery provided in an electronic device,
A charging device comprising: a power generation unit that converts vibration energy of molecules into electrical energy; and a power supply unit that supplies electric power generated by the power generation unit to an electronic device.
さらに、発電部において発電された電力を蓄電する二次電池を備える、請求項1に記載の充電装置。 Furthermore, the charging device of Claim 1 provided with the secondary battery which accumulates the electric power generated in the electric power generation part. さらに、電子機器に備えられた二次電池の充電状態を検知する検知手段と、電子機器に備えられた二次電池の充電状態に応じて、電力供給部から電子機器への電力の供給量を制御する制御部とを備える、請求項1又は2に記載の充電装置。 Furthermore, the amount of power supplied from the power supply unit to the electronic device is determined according to the detection means for detecting the state of charge of the secondary battery provided in the electronic device and the state of charge of the secondary battery provided in the electronic device. The charging device according to claim 1, further comprising a control unit that controls the charging device. 発電部が、発電層を有する発電素子を含み、
発電層が、正極と負極との間に、発電補助材料と、半導体材料(α)と、荷電子帯の上端のエネルギー準位が半導体材料(α)の荷電子帯の上端のエネルギー準位より高く、かつ、伝導帯の下端のエネルギー準位が半導体材料(α)の伝導帯の下端のエネルギー準位よりも高い半導体材料(β)とを含む、請求項1〜3のいずれかに記載の充電装置。
The power generation unit includes a power generation element having a power generation layer,
The power generation layer is between the positive electrode and the negative electrode, the power generation auxiliary material, the semiconductor material (α), and the energy level at the upper end of the valence band is higher than the energy level at the upper end of the valence band of the semiconductor material (α). The semiconductor material (β) having a high energy level at the lower end of the conduction band and higher than the energy level at the lower end of the conduction band of the semiconductor material (α). Charging device.
請求項1〜4のいずれかに記載の充電装置を備えた、電子機器用ケース。 The case for electronic devices provided with the charging device in any one of Claims 1-4. 請求項1〜4のいずれかに記載の充電装置を備えた、電子機器。 The electronic device provided with the charging device in any one of Claims 1-4.
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KR20190082752A (en) 2017-12-06 2019-07-10 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 Organic electroluminescence device and novel compound
WO2023223982A1 (en) * 2022-05-19 2023-11-23 フォスター電機株式会社 Charging device

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