JPH0622472A - 充電機器、太陽電池使用機器及び太陽電池モジュール - Google Patents

充電機器、太陽電池使用機器及び太陽電池モジュール

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JPH0622472A
JPH0622472A JP4194791A JP19479192A JPH0622472A JP H0622472 A JPH0622472 A JP H0622472A JP 4194791 A JP4194791 A JP 4194791A JP 19479192 A JP19479192 A JP 19479192A JP H0622472 A JPH0622472 A JP H0622472A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、直列接続していない太陽電池を電
源として用いて、衝撃・振動に強く高起電力の二次電池
に充電可能な充電機器及び太陽電池を充電用電源として
使用した無線通信機器や静止画撮影機器等を提供するこ
とを目的とする。小型電子機器の二次電池に直結するの
みで充電でき、充電機能を一体的に具備した太陽電池モ
ジュールを提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、直列接続されていない太陽電池と
昇圧回路からなる充電機器であって、該太陽電池の出力
電圧を昇圧して二次電池に供給することを特徴とする。
また、該太陽電池と入力電圧を昇圧する機能を有する充
電回路と、該充電回路を介して太陽電池に接続された二
次電池を有することを特徴とする。更には、太陽電池と
昇圧回路とからなる太陽電池モジュールであって、該太
陽電池モジュールの表面の一部に前記昇圧回路を一体的
に取り付けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池を電源として
利用する充電機器、及び太陽電池を充電用電源として使
用する無線通信機器、静止画撮影機器等の太陽電池使用
機器に関する。また本発明は太陽電池と昇圧回路とを一
体化した太陽電池モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、機器のポータブル化、小型化は著
しく、それにともない二次電池の需要は急速に増大して
いる。
【0003】例えば、ポケットベル、携帯電話、コード
レス電話、特定小電力無線機等の通信機器の普及が著し
く伸びており、これらの電源としてニッカド電池に代表
される二次電池が使用されている。
【0004】しかしながら、ニッカド電池は重く、また
エネルギー密度が低いため、小型軽量であるべき携帯用
の無線通信機器の重量の大部分を占めるに至っている。
また、ニッカド電池は自己放電が非常に多いため充電後
の保存が効かず使用の直前に充電を行う必要がある。鉛
電池、ニッケル水素電池などの電池もニッカド電池と同
様に重いという欠点がある。
【0005】また、一眼レフカメラに代表される静止画
撮影機器の自動化、高性能化は著しく、これに伴いほと
んどのカメラが電池を装備している。それが故に、電池
がなくなればシャッターはおろかフィルムを巻き上げる
ことすらできなくなる。電池切れはカメラにとって重大
な事態であり、電池切れの頻度を少なくするためにエネ
ルギー密度の高いリチウム一次電池が好んで全自動一眼
レフカメラに用いられている。しかしながら、リチウム
一次電池は充電できないため、高価なリチウム電池を使
い捨てにしなければならないと言う弱点がある。
【0006】ニッカド電池に代表される二次電池がこれ
らの電源として使用できる。しかし、前述したように、
ニッカド電池は重く、エネルギー密度が低いため、小型
携帯機器であるカメラの電源としては使用しづらい面が
ある。また、カメラは連続的に使用されるよりも間欠的
に使用されることが多い。ニッカド電池は自己放電が非
常に多いため充電後の保存が効かず、撮影の直前に充電
しなければならないという問題がある。
【0007】リチウム二次電池は、これらの欠点をクリ
アーできる電池である。即ち軽く、エネルギー密度が高
く、しかも自己放電が小さい。電圧は、単一の電池で3
V以上あり、これは送受信回路の駆動やフィルム巻き上
げ用小型モータや電子回路の駆動に十分な電圧である。
リチウム二次電池は小型携帯機器にとっては理想的な二
次電池である。
【0008】二次電池は、充電によって繰り返し使用で
きるから、ポータブル機器にはうってつけの電源であ
る。二次電池を充電するための電源として直流電源が必
要であり、これには、商用電源を整流して直流を得るも
のと太陽電池等で最初から直流を供給するものがある。
【0009】太陽電池は、排気ガスも騒音も放射能も出
さない本質的にクリーンなエネルギー源であり、太陽電
池で二次電池に充電してエネルギーを使用できれば、夜
でも使用できる安定なエネルギー源とできる。
【0010】このため、太陽電池と二次電池の組み合わ
せは、30年前に太陽電池が生まれた当初から使用され
てきた。従来の代表例を図21に示す。図において、
(a)は太陽電池充電器であり、(b)は無線機器等の
負荷を接続したものである。
【0011】複数の太陽電池素子を直列に接続して所定
の出力電圧を取り出すようにした太陽電池モジュール2
101が過充電防止用電圧制御回路2105を通じて二
次電池2103に接続され、該電池2103を充電す
る、あるいは負荷2104に電力を供給する。過充電防
止回路2105は、二次電池2103の電圧が所定電圧
に達したときに、太陽電池の出力を0N/0FFした
り、太陽電池の出力を短絡したりして、二次電池への充
電を停止させる。これによって、二次電池の過充電を防
ぎ、二次電池の寿命を延ばしている。二次電池は、最初
から機器に内蔵されているものもあるし、取り外して負
荷となる機器にセットして使用するものもある。
【0012】しかし、通常、太陽電池の出力電圧は0.
5V程度と低く、二次電池を充電するためには、直列化
して電圧をあげなければならない。特に、積層化できな
い結晶系の太陽電池にとっては、直列化は避けられない
問題である。直列化すると、電気的な問題も生じる。あ
る太陽電池素子の何割かが影になると、太陽電池モジュ
ール全体の何割かが影になったと同等の効果が生じ、出
力が大幅に低下してしまうのである。たとえば36枚の
太陽電池を直列接続した太陽電池モジュールの中で、そ
のうちの一枚の太陽電池の一割が影におおわれたとする
と、モジュール全体の面積の一割がおおわれたのと同じ
である。このように、直列接続された太陽電池は影に弱
い。この現象を避けるためには、太陽電池と並列にバイ
パスダイオードを挿入しなければならない。また、太陽
電池モジュールの信頼性を高めるためには、強固な接続
形態をとらなければならない。さらに、直列化するため
には配線のための隙間や、セル間の絶縁のための隙間が
必要であって、太陽電池モジェールの効率を下げてしま
う。また、個々のセルの形状が決まっているため、必然
的に太陽電池モジュールの形態が制約を受け、意匠的な
工夫を凝らす余地が少ない。
【0013】このように、従来、この種の応用機器に対
して用いられてきた太陽電池の直列化は、バイパスダイ
オードが必要、強固な接続、形態の自由度が低いという
問題がある。
【0014】アモルフアス太陽電池の場合には、太陽電
池の上に太陽電池を重ねるタンデム化と呼ばれる手法が
適用でき、実用化されている。しかし、この場合におい
ても、せいぜい3層を積層するのが限界で、出力電圧は
高々2V弱である。このため、二次電池を充電するとき
には、多くの場合、結晶系の太陽電池と同様に直列化の
必要がある。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑み為されたもので、直列接続していない太陽電池を
電源として用いて、衝撃・振動に強く高起電力の二次電
池に充電可能な充電機器及び太陽電池を充電用電源とし
て使用した無線通信機器や静止画撮影機器等の太陽電池
使用機器を提供することを目的とする。
【0016】また、本発明は、小型電子機器の二次電池
に直結するのみで充電でき、二次電池を常時満充電状態
に維持し易い、充電機能を一体的に具備した太陽電池モ
ジュールを提供することを目的とする。さらには、軽く
てフレキシブルな上に、日常生活の中で手荒に扱っても
割れたりすることがなく、また部分射影にも強い太陽電
池モジュールであり、しかも過充電防止機能を有する太
陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の要旨は、
直列化されていない太陽電池と昇圧回路からなる充電機
器であって、該太陽電池の出力電圧を昇圧して二次電池
に供給することを特徴とする充電機器に存在する。
【0018】本発明の第2の要旨は、直列接続されてい
ない太陽電池と入力電圧を昇圧する機能を有する充電回
路と、該充電回路を介して前記太陽電池に接続された二
次電池を有することを特徴とする太陽電池使用機器に存
在する。
【0019】本発明の第3の要旨は、太陽電池と該太陽
電池の出力電圧を昇圧する回路とからなる太陽電池モジ
ュールであって、該太陽電池モジュールの表面の一部に
前記昇圧する回路を一体的に取り付けたことを特徴とす
る太陽電池モジュールに存在する。
【0020】
【作用】以下、本発明の作用をその詳細な構成とともに
図1にもとづいて説明する。
【0021】太陽電池101に光が入射すると起電力が
生じる。太陽電池としては、光電変換半導体層に結晶シ
リコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンを用い
たもの、あるいは化合物半導体を用いたものがある。本
発明に最適の太陽電池は、図2に示された薄くフレキシ
ブルな導電性基板上にアモルファスシリコンよりなる光
電変換半導体層を2層以上重ねたタンデム型の太陽電池
である。該太陽電池は、単一素子の最適動作出力電圧が
1.2V以上と高く、しかも変換効率が優れている。
【0022】さらに、基板がフレキシブルな導電性薄板
であるため、自由自在に切り刻むことができ、小さなも
のから大きなものまで、きわめて意匠性の高い太陽電池
をつくることができる。また、曲げや衝撃に対して非常
に強く、比較的手荒に扱われることの多い充電機器、携
帯機器への使用に好適である。また、機器から取り外せ
るようになっておれば、日当たりの良い場所に太陽電池
だけをおいて、機器を使用できるから便利である。
【0023】本発明に好適な上記太陽電池は、通常以下
のような工程を経て製造される。
【0024】清浄かつ平滑な表面を持ったステンレス薄
板等の導電性基板にシランガス等のプラズマCVDによ
り、少なくとも二層以上のPIN接合を有するアモルフ
アスシリコン層を形成する。さらに、その上に、酸化
錫、酸化インジウム等よりなる透明導電膜を蒸着、ある
いはスプレー法などにより形成する。そして、さらに、
集電用金属電極を、導電性インクをスクリーン印刷した
り、あるいは金属を蒸着したりする事によって形成す
る。最後に、これをエチレン酢酸ビニル共重合物等の光
透過性のある耐候性樹脂で封止して太陽電池を得ること
ができる。この種の太陽電池は、いわゆるロールツーロ
ール方式で連続生産できるから、非常に生産性が高く、
将来大幅にコストが下げられると見込まれている。ま
た、大面積化が容易で、しかも、カッティング等の追加
工ができるという特徴がある。
【0025】太陽電池101で発電された電力は、昇圧
回路102で電圧をあげて、二次電池103へ供給され
る。昇圧には、チョッパ方式やチャージポンプ方式のD
C/DCコンバータが使用できる。特に、昨今商品化さ
れている低電圧動作可能なIC化されたDC/DCコン
バータが最も好適である。このようなDC/DCコンバ
ータICには、例えばリニアテクノロジー社のLT10
73やMAXIM社のMAX630等がある。本発明の
意図を具現化するためには、最低動作電圧2.0V以下
のものが必要である。IC化されたDC/DCコンバー
タは、形状も小さく軽いから、太陽電池とともに着脱可
能にすることもできる。こうすれば、複数の二次電池を
一つの太陽電池でかわるがわる充電することも可能とな
り一段と便利となる。
【0026】本発明に用いられる二次電池としては、ニ
ッカド電池、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウム二次
電池等がある。特に、リチウム二次電池はエネルギー密
度が高く、自己放電が小さく、動作電圧が高いという優
れた性能をもっており、本発明に好適である。リチウム
二次電池としては、例えばカーボンリチウム二次電池、
バナジウムーリチウム二次電池、ポリアニリン−リチウ
ム二次電池、リチウムイオン二次電池等がある。リチウ
ム二次電池は、3V以上の高電圧で動作するため、単一
の太陽電池では充電できなかったが、本発明の構成によ
り、単一の太陽電池で充電を行う事が可能となる。
【0027】次に本発明の太陽電池モジュールについて
説明する。本発明の太陽電池モジュールは太陽電池と昇
圧回路を一体的に形成するため、小型で振動・衝撃等に
強く、小型電子機器の二次電池に直結するのみで充電す
ることができる。また、定電圧電源として作用するた
め、二次電池の過充電を防止することができる。
【0028】本発明の太陽電池モジュールに用いる太陽
電池としては、前述したように単結晶シリコン、多結晶
シリコン、アモルファスシリコン太陽電池などのほか、
化合物系、やハイブリッド型なども用いることができ
る。ただし、IC化された昇圧回路を用いることから、
太陽電池モジュールからの出力電流は1A以下であるこ
とが望ましい。また、出力電圧は、IC化された昇圧回
路が駆動できるように、0.5V、より望ましくは1V
以上あることが望ましい。また、より望ましくは、軽量
でフレキシブルなアモルファスシリコン太陽電池が望ま
しく、その中でも、最適動作電圧が1V以上ある、pi
n層を2層以上積層したアモルファスシリコン太陽電池
が最適である。フレキシブルな成膜基板としては、ステ
ンレススチール板、アルミニウム板などのほか、有機材
料ではポリイミドなどの耐熱製樹脂フィルムを用いても
良い。
【0029】太陽電池には必ず出力を取り出すための端
子が必要となる。太陽電池は樹脂の中に封止されている
ので樹脂部を貫通してリード線が表に出ている。このリ
ード線取り出し部から水分が侵入するので、この部分を
端子箱で囲ったり、シリコンゴムなどの封止剤でシーリ
ングする。リード線取り出し部はモジュールの上面でも
良いし、下面あるいは側単部でも良い。本発明では、リ
ード線取り出し部に昇圧回路を一体的に取り付けても良
いし、リード線を伸ばしてきて、モジール全表面の適当
なところに回路をとりつけても良い。
【0030】太陽電池の表面はガラス板や耐候性フッ素
樹脂フィルムなどでカバーされている。ガラス表面には
接着剤が付くが、フッ素樹脂フィルムはぬれ性が低く、
接着剤が付きにくい。このためサンドペーパーでこすっ
たり、プラズマエッチングなどの処理により、接着効果
を高めている。勿論、ネジなどで機械的に止めても良
い。
【0031】太陽電池モジュール内には1枚あるいは複
数のセルが収容されている。複数のセルが収容されてい
る場合、それらのセルはお互い直列接続されているか、
並列接続されている。直列接続や並列接続の方法は、通
常行われる方法で良い。
【0032】本発明に係る昇圧回路は、IC化された昇
圧型DC/DCコンバータ及び、昇圧するためのコイ
ル、逆流防止ダイオード、昇圧比率を決める抵抗素子、
出力電圧を安定化させるためのコンデンサーなどの外付
け部品によって構成されている。
【0033】
【実施例】以下、本発明を実施例にもとづき、具体的に
説明する。
【0034】(実施例1)表面を清浄にした厚さ0.2
mmのステンレス薄板に、プラズマCVDでアモルファ
スシリコンよりなるpin光電変換層を2層積層した。
その上に、酸化インジウムよりなる反射防止膜を兼ねた
透明導電膜を積層し、さらに、その上にデュポン社製銀
インク(商品名5007)を用いて、スクリーン印刷法
によって、集電電極を形成した。
【0035】こうして得られた、太陽電池を1cm角の
正方形にカットし、変換効率および最適動作点電圧およ
び電流を測定したところ、それぞれ7.9%、1.3
V、6.1mAであった。
【0036】つぎに、太陽電池を図5のごとく文字型に
カットした。結晶系の太陽電池をこのような複雑な形状
にすることは、事実上不可能である。この太陽電池の面
積は、33cm2であった。面積の測定は、単位面積あ
たりの重量で文字型の太陽電池の全重量で割って求め
た。このときの、変換効率は7.7%であった。さら
に、0.3mm直径の銅線503を導電性接着剤(スリ
ーエム社製)でステンレス基板と集電電極に接続した。
最後に耐候性のあるフッ素樹脂塗料(旭化成製、ルミフ
ロン)を両面に塗り、更にEVAとテフゼル(デュポン
社製)501でラミネートして太陽電池を完成させた。
このように、ステンレス基板を用いたアモルフアスは、
複雑な形状をしたものでも比較的簡便に使用することが
できる。
【0037】次にリニアテクノロジー社製DC/DCコ
ンバータIC、LT1073を使用して図3に示すごと
くに昇圧型DC/DCコンバータを構成した。このよう
に、この集積回路を用いれば、わずかの外付け部品でコ
ンバータを構成できる。設計入力動作電圧は1.0V以
上であり、出力電圧は鉛電池にあわせて、2.4Vとし
た。図3において、301はLT1073、外付け部品
として、302はコイル、303は逆流防止ダイオー
ド、304、305は昇圧比を決める抵抗素子、306
は出力電圧を安定化するためのコンデンサー、309、
310はDC出力端子である。また、逆流防止ダイオー
ド403が付いているので二次電池からの逆流は防止さ
れている。
【0038】二次電池としては、シール型鉛電池を使用
した。これは、いわゆるガム型と呼ばれる携帯型ステレ
オカセットプレーヤーに用いられているものである。こ
れらを組み合わせて図6の充電器を構成した。このよう
な構成の充電器において、影の全体に対する比率と出力
の割合を調べた。比較例として、2x3cm角のシリコ
ン単結晶電池5個を直列接続し、同様の実験を行った。
【0039】結果は、表1のとおりで、比較例では太陽
電池の光照射部分が90%となると出力は50%に落
ち、照射面積が80%となると出力は0となった。これ
に対し、本実施例では、光の照射面積に比例した出力が
得られ、本発明が影に対して、非常に強いことを示して
いる。
【0040】また、太陽電池の形状が複雑であるにもか
かわらず、製造プロセスはきわめて簡単である。 (実施例2)表面を清浄にした厚さ0.2mmのステン
レス薄板に、プラズマCVDでアモルファスシリコンよ
りなるpin光電変換層を3層積層した。その上に、酸
化インジウムよりなる反射防止膜を兼ねた透明導電膜を
積層し、さらに、その上にデュポン社製銀インク(商品
名5007)を用いて、スクリーン印刷法によって、集
電電極を形成した。
【0041】得られた、太陽電池を1cm角の正方形に
カットし、変換効率および最適動作点電圧および電流を
測定したところ、それぞれ9.3%、1.8V、5.1
mAであった。
【0042】続いて、太陽電池を2x5cmにカットし
た。このときの、変換効率は9.2%であった。
【0043】さらに、0.3mm直径の銅線を導電性接
着剤(スリーエム社製)でステンレス基板と集電電極に
接続した。最後に耐候性のあるフッ素樹脂塗料(旭化成
製、ルミフロン)を両面に塗り、太陽電池を完成させ
た。
【0044】次にマキシム社製DC/DCコンバータI
C、MAX630を使用して図4に示すごとくに昇圧型
DC/DCコンバータを構成した。このように、この集
積回路を用いれば、わずかの外付け部品でコンバータを
構成できる。設計入力動作電圧は2.0V以上であり、
出力電圧はリチウム二次電池にあわせて、3.6Vとし
た。図4において、401はMAX630、402は昇
圧コイル、403は逆流防止ダイオ−ド、404は昇圧
比を決める抵抗素子、405は電圧安定化のためのコン
デンサ−である。
【0045】二次電池としては、松下製リチウムーバナ
ジウム二次電池(3.5V、40mAh)を使用した。
これは、いわゆるコイン型と呼ばれるメモリーバックア
ップ等に用いられているものである。
【0046】AM1.5、100mW/cm2下での測
定では、二次電池への充電電流は18mAであり、リチ
ウムーバナジウム電池を充電するのに充分な電流であっ
た。このように、本発明の構成によれば、単一の太陽電
池でリチウム二次電池等の高電圧の電池を充電できるこ
とが確認された。
【0047】(実施例3)表面を清浄にした厚さ0.1
mmのステンレス薄板に、プラズマCVDでアモルファ
スシリコンよりなるpin光電変換層を3層積層した。
その上に、酸化インジウムよりなる反射防止膜を兼ねた
透明導電膜を積層し、さらに、その上にデュポン社製銀
インク(商品名5007)を用いて、スクリーン印刷法
によって、集電電極を形成した。
【0048】得られた太陽電池を1cm角の正方形にカ
ットし、変換効率および最適動作点電圧および電流を測
定したところ、それぞれ9.3%、1.8V、5.1m
Aであった。
【0049】つぎに、太陽電池を4cmx16cmの長
方形にカットした。さらに、0.3mm直径の銅線を導
電性接着剤(スリーエム社製)でステンレス基板と集電
電極に接続した。最後に耐候性のあるフッ素樹脂塗料
(旭化成製、ルミフロン)を両面に塗り、太陽電池を完
成させた。
【0050】さらに、リニアテクノロジー社製DC/D
CコンバータIC、LT1073を使用して図3に示す
ごとくに昇圧型DC/DCコンバータを構成した。設計
入力動作電圧は1.0V以上であり、出力電圧は、3.
7Vとした。
【0051】二次電池としては、リチウムイオン二次電
池(3.6V、650mAh)を使用した。上記太陽電
池を半球状のケースに張り付け、ケース内に昇圧回路と
二次電池を収納して充電機器を構成した。本発明の太陽
電池はフレキシビリティに優れているため、半球状ケー
スの表面に何等問題なく張り付げることができた。
【0052】本発明のような球面の形状では、常に太陽
電池の一部が影になってしまうため、通常の直列化モジ
ュールでは出力電流がほとんど出ない。これに対し本実
施例の充電機器は、一部が影になっても安定した充電電
流が得られた。本実施例の充電機器の二次電池の充電電
流は、AM1.5、100mW/cm2下で50mAで
あり、リチウムイオン二次電池を充電するのに充分な電
流であった。このように、本発明の構成によれば、単一
の太陽電池でリチウムイオン二次電池等の高電圧高出力
の電池を充電できることが確認され、また曲面にも自在
に張り付けることができるので、充電機器の設計の自由
度も増加した。
【0053】(実施例4)実施例1と同様にして、太陽
電池、昇圧回路を作製し、二次電池と共にカセットプレ
ーヤーに接続した。
【0054】昇圧コンバーターは、昇圧型DC/DCコ
ンバータ(LT1073)を用い、図3の構成とした。
設計入力動作電圧は1.0V以上であり、出力電圧は鉛
電池にあわせて、2.4Vとした。
【0055】二次電池は、シール型鉛電池を使用した。
これは、いわゆるガム型と呼ばれる携帯型ステレオカセ
ットプレーヤーに用いられているものである。
【0056】太陽電池は、図7に示すように肩当て部分
に取り付け、肩からプレーヤーを吊り下げれるようにし
た。このような構成では、どうしても太陽電池の前後が
影になり易くなるが、安定してカセットプレーヤーは作
動し、本発明が影に対して、非常に強いことを示して
た。
【0057】また、この構成では太陽電池と昇圧コンバ
ータを機器より取り外すことが可能であり、複数の機器
をかわるがわる充電することができた。
【0058】(実施例5)実施例3と同様にして、pi
n光電変換層を3層とした太陽電池を作製した。続い
て、4cmx16cmの長方形にカットし、0.3mm
直径の銅線をステンレス基板と集電電極に接続した後封
止し、太陽電池を完成した。
【0059】次に昇圧コンバーターを、昇圧型DC/D
CコンバータIC(LT1073)を使用し図3に示す
ように構成した。設計入力動作電圧は1.0V以上であ
り、出力電圧は、3.7Vとした。
【0060】二次電池は、リチウムイオン二次電池
(3.6V、650mAh)を使用した。
【0061】以上を、携帯電話の受話器部分の裏側にセ
ットした。携帯電話の取っ手部分は持ちやすいように曲
面にしてあるが、本実施例の太陽電池はフレキシビリテ
ィに優れているため、何等問題なく張り付けることがで
きた。
【0062】AM1.5、100mW/cm2下での測
定では、二次電池への充電電流は50mAであり、リチ
ウムイオン二次電池を充電するのに充分な電流であっ
た。このように、本発明の構成によれば、単一の太陽電
池でリチウムイオン二次電池等の高電圧高出力の電池を
充電できる。また曲面にも自在に張り付けることができ
るので、充電機器の設計の自由度が増加する。
【0063】(実施例6)実施例1と同様にして、太陽
電池、昇圧回路を作製し、二次電池と共に特定小電力無
線機に接続した。
【0064】昇圧コンバーターは、昇圧型DC/DCコ
ンバータIC(LT1073)を使用して、図3に示す
構成とした。設計入力動作電圧は1.0V以上であり、
出力電圧は3.7Vとした。
【0065】二次電池は、リチウムイオン電池を使用し
た。これは、3.6V,60mAhの出力を持ってお
り、且つ高速で充電できる高性能のパワー用電池であ
る。
【0066】太陽電池は、図8のように肩当て部分に取
り付け、肩から特定小電力無線機(送信出力10mW)
を吊り下げられるようにした。
【0067】このような構成では、どうしても太陽電池
の前後が影になりやすいが、無線機は常に安定して動作
し、本発明が影に対して、非常に強いことを示した。ま
た、この構成では太陽電池と昇圧コンバータを機器より
取り外すことが可能であり、複数の機器をかわるがわる
充電できる。
【0068】(実施例7)実施例2と同様にして、ステ
ンレス基体上にpin光電変換層を3層とした太陽電池
を作製し、4x16cmにカットした。さらに、0.3
mm直径の銅線をステンレス基板と集電電極に接続した
後封止し、太陽電池を完成した。
【0069】次に太陽電池の裏側に面ファスナーを張り
付けて、自由に平面部ないし曲面部に張り付けられるよ
うにした。
【0070】昇圧コンバーターは、MAX630を用
い、図4に示すごとくに構成した。設計入力動作電圧は
2.0V以上であり、出力電圧は3.6Vとした。
【0071】二次電池としては、リチウムーバナジウム
二次電池(3.5V、40mAh)を使用した。
【0072】以上を携帯電話に組み込んだ全体像を図9
に示す。携帯電話内に設置した二次電池より入力コード
を延ばし、充電回路を介して前記太陽電池に接続した。
このようにすれば、携帯電話の場所に関係なく、太陽電
池だけを面ファスナーで日当たりの良い部分、例えば肩
とか腕とか帽子に設置することができる。
【0073】AM1.5、100mW/cm2下での測
定では、二次電池への充電電流は115mAであり、リ
チウムーバナジウム電池を充電するのに充分な電流であ
った。また、本発明の構成によれば、単一の太陽電池で
リチウム二次電池等の高電圧の電池を充電することが可
能となる。
【0074】(実施例8)実施例3と同様にして、ステ
ンレス基体上にpin光電変換層を3層とした太陽電池
を作製し、星型にカットした。この時の面積は5cm2
であり、変換効率は9.2%であった。さらに、0.3
mm直径の銅線をステンレス基板と集電電極に接続した
後封止し、太陽電池を完成させた。
【0075】次に、MAX630を用い、図4に示すご
とくに昇圧型DC/DCコンバータを構成した。設計入
力動作電圧は2.0V以上であり、出力電圧は3.6V
とした。
【0076】二次電池は、リチウムーバナジウム二次電
池(3.5V、40mAh)を使用した。
【0077】以上を図10に示すように、メッセージを
ディスプレーに表示できるポケットベルに組み込んだ。
ポケットベルは送信機能がないのでコードレス電話や特
定小電力無線機と比べて消費電力は少ない。図に示すよ
うに、ポケットベルの内部に上記二次電池を設置し、ケ
ース上面部に太陽電池を張り付け、電極コードを側面部
より内部に引き込んだ。
【0078】シリコン結晶を用いた太陽電池の場合に
は、脆いためこのような形状に太陽電池を加工すること
は困難である。
【0079】(実施例9)実施例1と同様にして、太陽
電池、昇圧回路を作製し、二次電池と共にカメラと接続
した。
【0080】昇圧コンバータは、昇圧型DC/DCコン
バータIC(LT1073)を使用して、図3に示す構
成とした。設計入力動作電圧は1.0V以上であり、出
力電圧は3.7Vとした。
【0081】二次電池は、リチウムイオン電池を使用し
た。これは、3.6V,60mAhの出力を持ってお
り、且つ高速で充電できる高性能のパワー用電池であ
る。
【0082】太陽電池は、図11のように肩当て部分を
取り付け、肩からカメラを吊り下げられるようにした。
このような構成では、どうしても太陽電池の前後が影に
なりやすいが、本実施例では二次電池を充電するのに充
分な電流が得られ、従って、連続してシャッターを切る
ことができ、本実施例の構成は、影に対して、非常に強
いことを示した。
【0083】(実施例10)実施例2と同様にして、ス
テンレス基体上にpin光電変換層を3層とした太陽電
池を作製し、4x16cmにカットした。さらに、0.
3mm直径の銅線をステンレス基板と集電電極に接続し
た後封止し、太陽電池を完成した。
【0084】次に太陽電池の裏側に面ファスナーを張り
付けて、自由に平面部ないし曲面部に張り付けられるよ
うにした。
【0085】昇圧コンバーターは、MAX630を用
い、図4に示すごとくに構成した。設計入力動作電圧は
2.0V以上であり、出力電圧はリチウム二次電池にあ
わせて、3.6Vとした。
【0086】二次電池としては、リチウムーバナジウム
二次電池(3.5V、40mAh)を使用した。
【0087】以上を携帯電話に接続して図12のような
構成とした。本実施例では、携帯電話内に設置した二次
電池より入力コードを延ばし、充電回路を介して前記太
陽電池に接続した。このようにすれば、カメラを鞄等に
入れていても、太陽電池だけを面ファスナーで日当たり
の良い部分、例えば肩とか腕とか帽子に設置することが
できる。
【0088】AM1.5、100mW/cm2下での測
定では、二次電池への充電電流は115mAであり、リ
チウムーバナジウム電池を充電するのに充分な電流であ
った。このように、本発明の構成によれば、単一の太陽
電池でリチウム二次電池等の高電圧の電池を充電でき
る。
【0089】(実施例11)実施例3と同様にして、ス
テンレス基体上にpin光電変換層を3層とした太陽電
池を作製し、4x5cmにカットした。さらに、0.3
mm直径の銅線をステンレス基板と集電電極に接続した
後封止し、太陽電池を完成させた。
【0090】次に、MAX630を用い、図4に示すご
とくに昇圧型DC/DCコンバータを構成した。設計入
力動作電圧は2.0V以上であり、出力電圧は3.6V
とした。
【0091】二次電池は、リチウムーバナジウム二次電
池(3.5V、40mAh)を使用した。
【0092】以上を、メモリーカードに電子的に静止画
を記録するスチルビデオカメラに接続した。これを図1
3に示す。スチルビデオカメラは駆動部分がないので一
眼レフカメラに比べて消費電力は少ない。スチルビデオ
カメラの内部に上記二次電池を設置し、ケース上面のな
だらかな曲面部に太陽電池を張り付け、電極コードを側
面部より内部に引き込んた。
【0093】シリコン結晶を用いた太陽電池は脆いた
め、このような曲面に太陽電池を張り付けることは困難
である。
【0094】AM1.5、100mW/cm2下での測
定では、二次電池への充電電流は28mAであり、リチ
ウムーバナジウム二次電池を充電するのに充分な電流で
あった。このように、本実施例の構成によれば、単一の
太陽電池で高電圧のリチウム二次電池を充電できる。
【0095】(実施例12)フレキシブルアモルファス
シリコン太陽電池の1枚セルからなるラミネートモジュ
−ルのリード線取り出し部の端子箱内に昇圧回路を収容
した太陽電池モジュールを詳細に説明する。
【0096】厚さ0.125mmのステンレス板をアモ
ルファスシリコン太陽電池の基板として準備した。酸化
亜鉛及びアルミニウムよりなる背面反射層を約500n
m、スパッタリング法より成膜した。次にプラズマCV
D法によりアモルファスシリコンのn,i,p層を順に
3回成膜し卜リプルセルを作った。一番下と真ん中のi
層はゲルマニウムが含有されており、バンドギャップを
狭くすることで、長波長光を効率よく吸収できるように
した。
【0097】アモルファスシリコン層の表面に透明導電
膜として酸化インジウムを70nm真空蒸着した。こう
してできたセル基板を、10×20cmの長方形に切断
した。
【0098】更にこの上に、集電グリッドとして銀ペー
ストをスクリーン印刷法により印刷し、180℃で20
分間キユアーした。図14に於て、1400はステンレ
ス上に成膜されたアモルファスシリコン太陽電池、14
01は銀ペーストの集電グリッドを示す。集電グリッド
1401の幅は100μmで、半田浴の中にディッピン
グすることにより、銀ペーストと半田層の合計の厚みが
60μmとなった。集電グリッドはエッジ部のグリッド
1402に接続しており、1402は更に、幅2.54
mm、厚み50μmの銅に錫メッキした取り出しリード
線1403に銀ペースト305によって接続されてい
る。
【0099】このセルを標準光源AM1.5,100m
W/cm2の光源下で測定したところ、最適動作電圧
1.8V、最適動作電流1Aが得られた。
【0100】本構成のセルでは、ステンレス基板側がマ
イナス端子となりセルの表面側がプラス端子となる。マ
イナス端子リード線1404はステンレス基板にスポッ
ト溶接により、幅2.54mm、厚さ0.5mmの銅片
を接続し、共にラミネートの中で、端子箱1405の中
へ延伸している。
【0101】図15はラミネートの層構成を示す。セル
1500はホットメルト型の接着剤EVA(エチレンと
酢酸ビニルの共重合体)1502、クレーンガラス15
05、耐候性フッ素樹脂フィルム1501、ナイロン1
506のシートを積層し、150℃、1時間真空中で加
圧抜気しながらラミネートした。後で端子取り出しをす
るために、ラミネート前に取り出しリ―ド線1402、
1403上にゴム栓1507を付けたままラミネートし
た。
【0102】IC化された昇圧型DC/DCコンバータ
としてLT1073を用いた。パッケージサイズは長さ
1cm、幅7mm、厚さ4mm以下である。回路構成は
図3に示す通りである。本構成に於ては、出力電圧は4
Vで定電圧電源となっているため、3.6Vのリチウム
二次電池が充電でき、4V以上の過充電は行えないよう
にした。また、逆流防止ダイオード303が付いている
ので二次電池からの逆流は防止されている。
【0103】本実施例では、図16に示す如く、端子箱
を太陽電池モジュールの側端部に、表面及び裏面を覆う
ように一体的に取り付けた。1602はラミネートモジ
ュール、1601は太陽電池セルであり、セルの表面よ
りプラスの取り出しリード線1603が、またステンレ
ス基板からはスポット溶接されたマイナスリード線16
04が端子箱内に伸びている。1603、1604から
は更に半田付け1606されたリード線1607、16
18が伸びて端子箱内のプリント基板に接続している。
端子箱は上蓋1608と下蓋1609より構成されてお
り、モジュール表面と接する部分にはシリコン樹脂16
10を介して圧着され水分の侵入を防いでいる。フツ素
樹脂表面でシリコン樹脂を塗る部分は接着のアンカー効
果を高めるために事前にサンドペーパでこすり、表面を
ざらざらにした。上下蓋同士は1613部分で接着剤を
介して接着し更に、上下蓋を貫通して不図示のねじで固
定している。上蓋1608は昇圧回路を収容する空間1
612及び、出力ケーブル1617を通す穴1611を
持っている。空間1612ないに昇圧回路のプリント基
板1614、IC化された昇圧DC/DCコンバータ1
615、及び、コイル1616などの外付け部品が収容
されている。回路を覆う空間1612はエポキシ樹脂で
充填した。
【0104】以上の太陽電池モジュールを用い、携帯電
話を充電した。定格出力30mW,送信時には3V、1
0mAの電力を必要とし、常時待機状態にあり、この
時、3V、2mAの電力を消費している。リチウム二次
電池の容量は500mAhなので、待機状態にあるだけ
で11日目には電池切れを起こしてしまう。太陽電池の
出力はAM1.5,100mW/cm2の下では1.8
V,1Aだが、蛍光灯の下では1V、10mAとなる。
これを昇圧回路を通すと、3.6V、2.2mAの充電
電流となり、待機状態での消費電流を太陽電池だけで十
分に賄うことができた。
【0105】(実施例13)本実施例に於てはフレキシ
ブル基板上に形成されたアモルファスシリコン太陽電池
のセルを4枚用い、並列接続し、端子をモジュ−ル裏面
から取り出した例を以下、詳細に説明する。
【0106】太陽電池は実施例12と同様にトリプルセ
ルを製作した。成膜基板より、10x5cmのセルを4
枚切り出した。これらのセルを並列接続した。図17に
於て、1701は本モジュール、1702は各太陽電池
セル、1703は並列接続されたプラス側の取り出しリ
ード線、1704はマイナス側のリード線を示す。リー
ド線はモジュールの下側にあけられた穴1705、17
06を通してモジュール裏面から取り出せるようになっ
ている。
【0107】このように製作した太陽電池の性能を測定
したところ、AM1.5、100mW/cm2の標準光
源下で、最適動作電圧1.8V、最適動作電流1Aを得
た。
【0108】図4の如く、マキシム社製DC/DCコン
バータIC、МAX630を使用して昇圧コンバータを
製作した。本実施例では昇圧比を6倍とし、出力電圧を
10.8Vとした。
【0109】MAX630のサイズは、長さ9mm、幅
6mm、厚み3.5mmである。すべての部品を3x3
cmのプリント基板に実装した。
【0110】次に図18のように昇圧回路を取り付け
た。図18はモジュールの裏面を示す。端子取り出し穴
1806、1805に隣接して昇圧回路のプリント基板
1802を配置した。1803はMAX630、180
4は外付け部品、1807は出力ケーブルである。モジ
ュール裏面のナイロンフィルム1801上に、シリコン
樹脂を塗り、その上にプリント基板を載せ、リード取り
出し部とプリント基板のすべてをシリコン樹脂で充填
し、不図示の化粧用のプラスチックカバーをかぶせた。
【0111】以上のようにして作製した太陽電池モジュ
ールにより、カメラー体型ビデオ撮影装置のニッカド二
次電池(9.6V、1600mAh)を充電した。太陽
電池は窓際の日あたりの良いところに南面を向けて立て
かけるように置いた。窓フレームやカ−テンなどの部分
射影が頻繁に起こるにもかかわらず、太陽電池からは快
晴日に一日で、2Ahの電流が取り出せた。昇圧回路か
らの出力としては10.8V、148mAhの充電電力
が出力された。したがって、約11日の快晴日があれ
ば、空の状態から満充電することが実証できた。
【0112】(実施例14)本実施例では、多結晶シリ
コンウエハ3枚を直列接続したモジュールを作り、モジ
ュールの裏面上に昇圧回路を取り付けた。
【0113】図19に示す如く、集電グリッド1901
及びバスバー1903の付いた多結晶シリコン太陽電池
セル3枚準備した。セル1枚のサイズは、2cmx5c
mである。これらのセルを置列接続した。図20にラミ
ネートの構成を示す。セルはEVA(エチレンと酢酸ビ
ニルの共重合体)2006のなかに封入されており表面
は厚さ3mmの防護ガラス、底面は厚さ1mmの陽極酸
化処理を施したアルミニウム板で保護されている。この
ようにして作られたモジュールの電気特性を測定したと
ころ、AM1.5、100mW/cm2の標準光源下で
最適動作電流300mA,最適動作電圧1.26Vを得
た。
【0114】実施例12と同様に、リニアーテクノロジ
ー社製、LT1073を使用した。昇圧比を3倍とし、
充電電圧を3.78Vとした。
【0115】図20にある如く、アルミニウム板及びE
VA(エチレンと酢酸ビニルの共重合体)にはゴム栓を
用いてリ一ド線取り出しのための穴が開けてある。プラ
ス端子2004より絶縁皮膜付きリード線2007が伸
び昇圧回路のプリント基板2008に接続している。マ
イナス端子からのリード線は不図示であるが同様に配線
した。2009は昇圧回路の素子、2010は出力ケー
ブル、2012は端子箱でシリコン樹脂を介してアルミ
ニウム板2005に接着されている。
【0116】本実施例のモジュールを用いて静止画撮影
装置のリチウム二次電池を充電した。リチウム電池の容
量は3.6V、500mAhである。太陽電池を窓ガラ
スに貼りつけたところ、快晴日の日中4時間の間に、1
20mAhの充電電流が得られた。この結果から、同様
の快晴日が5日あれば十分満充電出来ることが実証され
た。
【0117】
【表1】
【0118】
【発明の効果】以上述べてきたように、請求項1ないし
9の本発明より、(1)直列化工程不要であり太陽電池
の製造プロセスが簡略化される、(2)部分的な影に強
くバイパスダイオード不要となる、(3)自由自在のセ
ル形状デザインができ、意匠的な工夫が可能となる、
(4)太陽電池が直列化されていないので壊れにくい、
(5)高電圧のリチウム二次電池を単一の太陽電池で充
電が可能となる、(6)太陽光のあたる屋外での使用時
には電池切れを防止できる、その結果、壊れにくく、使
いよい、高信頼性の充電機器、無線通信機器、静止画撮
影機器等をを提供することが可能となる。
【0119】また請求項10〜12の発明により、
(1)交流100V電源がなくとも充電できるシステム
が実現可能となる、(2)専用の充電器がなくとも充電
可能となる、(3)逆流防止機能及び、定電圧電源とし
ての過充電防止機能をモジュル上に一体的に持った太陽
電池モジュ−ルが実現でき、二次電池に直結するだけで
実用的な充電が可能となる、(4)太陽電池をフレキシ
ブルな直列接続のないモジュールを用いることにより、
部分射影問題の解決できる、(5)太陽電池をフレキシ
ブルな、1枚セルよりなるモジュールにしたことにyp
り、コストパフォーマンスの高いモジュ−ルを実現とな
る、その結果、小型で信頼性の高い充電機能を備えた太
陽電池モジュールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の充電機器及び太陽電池使用機器であ
る。
【図2】本発明に好適な太陽電池を示す概念図である。
【図3】本発明で用いられる昇圧回路の一例を示す概略
図である。
【図4】本発明で用いられる昇圧回路の他の例を示す概
略図である。
【図5】実施例1の太陽電池の外観図である。
【図6】実施例1の全体を示す概略図である。
【図7】実施例4のカセットプレーヤーを示す概略図で
ある。
【図8】実施例6の無線機を示す概略図である。
【図9】実施例7の携帯電話を示す概略図である。
【図10】実施例8のポケットベル無線通信機器を示す
概略図である。
【図11】実施例9のカメラを示す概略図である。
【図12】実施例10のカメラを示す概略図である。
【図13】実施例11のスチールビデオカメラを示す概
略図である。
【図14】実施例12の充電機能を持つ太陽電池モジュ
ールを示す概略平面図である。
【図15】実施例12の充電機能を持つ太陽電池モジュ
ールを示す概略断面図である。
【図16】実施例12の端子箱の拡大断面図である。
【図17】実施例13の充電機能を持つ太陽電池モジュ
ールを示す概略上面図である。
【図18】実施例13の充電機能を持つ太陽電池モジュ
ールを示す概略底面図である。
【図19】実施例14の充電機能を持つ太陽電池モジュ
ールを示す概略平面図である。
【図20】実施例14の充電機能を持つ太陽電池モジュ
ールを示す概略断面図である。
【図21】従来の充電機器及び太陽電池使用機器の構成
例である。
【符号の説明】
101、2101 太陽電池、 102 昇圧回路、 203、2103 二次電池、 104、2104 負荷、 105 太陽電池使用機器、 201 集電電極、 202 透明導電膜、 203 光電変換膜、 204 導電性基体、 301 LT1073, 302、402 コイル、 303 、403 逆流防止ダイオード、 304、305、404、405 抵抗 306、406 コンデンサー、 307、308 DC入力端子、 309、310 DC出力端子、 401 MAX630、 501 封止樹脂、 502 集電電極、 503 電極取りだし導線、 601、701、801、901、1001、110
1、1201、1301太陽電池、 602 ケース、 702、803、1102 ベルト、 703 カセットプレーヤー、 802、902、1202 昇圧回路、 804 無線機、 903、1205 コネクター、 904 受話器、 905 電話機本体、 1002 ディスプレー、 1203 面ファスナー、 1204 コード、 1400 アモルファスシリコン太陽電池、 1401 集電電極、 1402 グリッド、 1403、1503、1603、1703 プラス端子
リード線、 1404、1504、1604、1704 マイナス端
子リード線、 1405 端子箱、 1500 太陽電池、 1501 フッ素樹脂フィルム、 1502 接着剤、 1505 クレーンガラス、 1506 ナイロンシート、 1507 ゴム栓、 1601 太陽電池セル、 1602 ラミネートモジュール、 1606 半田付けされた箇所、 1607 リード線、 1608 上蓋、 1609 下蓋、 1610 シリコン樹脂、 1611 穴、 1612 空間、 1613 接続部、 1614 プリント基板、 1615 昇圧DC/DCコンバーター、 1616 コイル、 1617 出力ケーブル、 1618 リード線、 1701 モジュール、 1702 太陽電池セル、 1705、1706 穴、 1801 ナイロンフィルム、 1802 プリント基板、 1803 MAX630、 1804 外付け部品、 1805、1806 端子取り出し穴、 1807 出力ケーブル、 1901 集電グリッド、 1903 バスバー、 2002 防護ガラス、 2005 アルミニウム板、 2006 EVA、 2007 絶縁被膜付きリード線、 2008 プリント基板、 2009 昇圧回路素子、 2010 出力ケーブル、 2012 端子箱、 2105 過充電防止用電圧制御回路。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直列接続されていない太陽電池と昇圧回
    路からなる充電機器であって、該太陽電池の出力電圧を
    昇圧して二次電池に供給することを特徴とする充電機器
  2. 【請求項2】 前記太陽電池は、少なくとも二層以上の
    アモルファスシリコンからなる光電変換層と屈曲可能な
    導電性基板とからなることを特徴とする請求項1に記載
    の充電機器。
  3. 【請求項3】 直列接続されていない太陽電池と入力電
    圧を昇圧する機能を有する充電回路と、該充電回路を介
    して前記太陽電池に接続された二次電池とを有すること
    を特徴とする太陽電池使用機器。
  4. 【請求項4】 前記太陽電池使用機器が無線通信機器で
    ある請求項3記載の太陽電池使用機器。
  5. 【請求項5】 前記太陽電池使用機器が静止画撮影機器
    である請求項3記載の太陽電池使用機器。
  6. 【請求項6】 前記二次電池はリチウム二次電池である
    ことを特徴とする請求項4または5記載の太陽電池使用
    機器。
  7. 【請求項7】 前記太陽電池が着脱可能であることを特
    徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の太陽電池
    使用機器
  8. 【請求項8】 前記充電回路が着脱可能であることを特
    徴とする請求項3〜7のいずれか1項に記載の太陽電池
    使用機器
  9. 【請求項9】 前記太陽電池は、少なくとも二層以上の
    アモルファスシリコンからなる光電変換層と屈曲可能な
    導電性基板とからなることを特徴とする請求項3〜8の
    いずれか1項に記載の太陽電池使用機器。
  10. 【請求項10】 太陽電池と該太陽電池の出力電圧を昇
    圧する回路とからなる太陽電池モジュールであって、該
    太陽電池モジュールの表面の一部に前記昇圧する回路を
    一体的に取り付けたことを特徴とする太陽電池モジュ一
    ル。
  11. 【請求項11】 前記太陽電池が、可とう性アモルファ
    スシリコン太陽電池であることを特徴とした請求項10
    に記載の太陽電池モジュ−ル。
  12. 【請求項12】 太陽電池は、単一のセルよりなること
    を特徴とした請求項11に記載の太陽電池モジュール。
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