JPS61283173A - 電源素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電源素子、より詳しくは太陽電池と化学電池
或いはコンデンサーとの組み合わせによる電源素子に関
する。

（従来技術） 最近、太陽光、照明等の光を電力に変換する光電変換素
子、即ち太陽電池の開発が活発である。

この太陽電池は電力用から電卓等の民生機器に至るまで
幅広く用いられ、需要が増大している。

しかしながら、太ｒｇｈ電池は光或いは照明等が無い場
合や減少した場合、電力の供給が無くなり、作動困難に
なる。従って、太陽電池のみで使用できる機器には制約
がある。この欠点を補うために、太陽電池と太陽電池に
より充電可能な二次電池または大容量コンデンサ−（以
下、キャパシタと言う）を組み合わせて、光照射の無い
場合も電力を供給する方式が採用されている。

この場合、電源素子は市販の太陽電池を一般に市販され
ているタイプの二次電池或いはキャパシタと組み合わせ
て用いられている。従って、それぞれは薄型で小型であ
っても、その２つを組み合わせた場合にはかなりの厚み
を有し、機器等の薄型化が望まれている現在、これでは
満足し得なくなった。

（発明の目的） 本発明は、太陽電池と化学電池或いはコンデンサとを一
体化した小型で薄型の電源素子を提供する。

（発明の構成） すなわち、本発明は導電性基板上に形成された太陽電池
と、化学電池またはコンデンサーとを組み合わせた電源
素子において、太陽電池の導電性鋸板を前記化学電池、
またはコンデンサーの電極として共用することを特徴と
する電源素子に関する。

本発明に用いる太陽電池は通常のいかなるものを用いて
もよい。太陽電池は通常結晶状態のシリコンやアモルフ
ァス状態のシリコンを用いたものが一般的であるが、そ
の他にガリウム−ヒ素化合物、硫化カドミウム−硫化銅
等のｚ−ｖｒ属化合物半導体等が用いられている。

太陽電池は通常導電性基盤上にアモルファスシリコン等
の光起電材料を蒸着、スパッタリング或いはエピタキシ
ャル結晶成長法等により光起電材料層を形成し、起電材
料等の半導体のｐ−ｎ接合を有する層を形成する。

太陽電池の基板としてはシリコンまたはガリュウムーヒ
素の基板をｎ型にしたものを用いたものがある。これら
は基板の裏面に金属等により裏面電極を設けている。例
えば第１図に示すように、裏面電極（１）の上層にｎ型
シリコン基板（２）そしてその上にｐ型シリコン層（３
）を設け、更に保護膜（４）と表面電極（５）を設けた
ものが挙げられる。

また最近民生用に開発されているアモルファスシリコン
太陽電池のように、ガラスまたはステンレス基板上に薄
膜形成するものやこれらの基板上にｚ−ｖｒ属化合物の
ように印刷技術のように形成するものもある。この例と
しては、例えば第２図に示すように、導電性基板（６）
の上にｎ型アモルファスシリコン層（７）とアモルファ
スシリコン層（８）を形成し更にｎ型アモルファスシリ
コン層（９）を形成した後、透明電極（ｌＯ）ど保護膜
（１１）、表面ｒｉ極（１２）を形成するものら存在す
る。

いずれの太陽電池においても基板裏面に導電性を持たす
ことが可能であり、また基板裏面は通常太陽電池の一方
の極と同電位である。即ち基板上にｎ型半導体が設けら
れた基板はマイナス極になる。ｐ型半導体が設けられた
場合はその逆となる。

本発明ではこの導電性基板を更にコンデンサ或いは化学
電池の電極としても共用することにある。

この回路状態を示すと第３図のようになる。即ち第３図
において太陽電池（１３）は化学電池（１４）と接続し
、更に太陽電池への電流の逆流防止のためのダイオード
（１５）が設けられた形になる。即ち、太陽電池の正極
と電池の正極、太陽電池の負極と電池の負極は電気的に
接続される。従って、太陽電池の基板の裏面に電池を直
接設けることによって太陽電池と電池が一体化され形状
の薄型化が更に可能となる。コンデンサーを用いる場合
もほぼ同様の回路となる。

太陽電池と組み合わせられる化学電池は一次電池或いは
二次電池のいずれであってもよいが、−次電池の場合は
太陽電池の電池の交換が不要という利点がなくなるため
、太陽電池により充電可能な二次電池を用いることが好
ましい。

二次電池の例としてはニッケル−カドミウム電池、鉛電
池、ニッケル−亜鉛電池、ニッケル−鉄電池、ニッケル
−゛氷′素電池、非水リチウム電池、または固体電解質
電池（銀イオン固体電解質電池、銅イオン固体電解質電
池、リチウムイオン固体電解質電池または水素イオン固
体電解質電池等）が好ましい。

コンデンサは太陽電池により充電可能な電気二重層コン
デンサ、各種イオンのドープ或いはアンドープ機構によ
るコンデンサが好適に用いられる。

コンデンサの電極材料は活性炭素材料或いは導電性高分
子材料等が好ましい。

（実施例） 本発明を実施例により更に詳細に説明する。

（実施例１） 本実施例の電源素子を模式的に第４図に示した。

ステンレス基１（１７）にプラズマＣＶＤでアモルファ
スシリコン模（１８）および（１９）を構成し、その上
に°透明電極層（２０）、表面保護膜（２１）を設ける
。

この場合ステンレス基板は正極であるように作成した。

このステンレス基板（１７）の裏側に水酸化ニッケル、
ニッケル粉末およびカーボンブラックを混合し、苛性カ
リ水溶液で練った合材層を形成し、電極電池正極（２３
）を形成した。更にその下層に水酸化カドミウム、ニッ
ケル粉末およびカーボンブラックを混合し、化成カリ水
溶液で練った合材で層を形成しこれを電池負極（２５）
とした。この正極と負極の間はポリアミドよりなる不織
布を配し、セパレータ（２４）とした。そしてこの得ら
れた電源素子の隙間を封止樹脂（２６）により封止した
。

この電源素子を５０００ルツクスの照明下にしばらく放
置した後、１７と２７の素子間の電極を電圧を測定する
と１，３８ボルトであった。これを用いて第５図に示す
ような回路で電圧および電流を照明下と無照明下で測定
した。

−第５図において（３０）は太陽電池、（３１）は太陽
電池裏面に設けられた充電可能な電池、（３２）は逆流
防止用ダイオード、（３３）は抵抗、（３４）抵抗への
電流をモニターする電流計、（３５）は電圧計であった
。

−８使用した電源素子の電圧および電流の変化を第６図
に示す。第６図で明らかなように光照射時、光不照射時
のいずれの場合にも電力が供給されていたことが分かる
。

（実施例２） 本実施例の電源素子の構造は第７図に示す。

実施例Ｉと同様にステンレス基板（Ｉ７）上に二層構造
アモルファスシリコン膜（１８および１９）を形成した
太陽電池を作成した。この太陽電池基板であるステンレ
ス（１７）裏面に二酸化マンガンとアセチレンブラック
の混合物層を形成した。これを電池正極（３６）とした
。次に、五酸化アンチモンからなる水素イオン導電性固
体電解質Ｆｍ　（３７）を形成した。

五酸化アンチモンは五塩化アンチモンを水と混合し、精
製した沈澱を乾燥することにより得た。次に水素吸蔵合
金であるチタンニッケル合金を水素化したものの層を設
け、これを負極（３８）とした。

チタン−ニッケル水素吸蔵合金はアーク溶解炉でチタン
とニッケルを合金化しこれを高圧容器内で高温水素ガス
加圧下で粉末化、水素化したものを用いた。更にその下
層にステンレス基板（４０）を配し、更に樹脂（３９）
で封止した。その他の装置は実施例！の装置と同様であ
った。

本実施例により得られた電源素子を、実施例１と同様に
光照射時と光不照射時との状態を測定した。結果を第８
図に示す。第８図から明らかなように光照射時或いは非
照射時のいずれにも電力が供給されていた。

（実施例３） 本実施例により得られた電源素子の模式的断面図を第９
図に示す。

実施例■と同様にステンレス基板上に二層構造アモルフ
ァスシリコン膜（１８および１９）を形成した。

太陽電池を作成し、この太陽電池基板であるステンレス
基板（１７）の裏面に活性炭粉末およびグラファイト、
結着剤であるテフロン粉末を混ぜたものにより正極（４
１）を形成した。更に、過塩素酸リチウムを１モル溶解
したプロピレンカーボネート溶液を含浸したプロピレン
不織布（４２）をセパレータとして配した。次いで活性
炭粉末、グラフフィトおよび結着剤であるテフロン粉末
を混ぜたものにより、負極層（４３）を形成した。更に
ステンレス板（４５）を配し、太陽電池ステンレス基板
（１７）とステンレス板（４５）を熱溶着樹脂（４４）
で溶着した。勿論この場合、太陽電池ステンレス基板（
１７）とステンレス板（４５）は電気的に抱締されてい
る。

この様にして得られた電源素子とステンレス基板（１７
’　）上に同様に、アモルファスシリコン層（１８′お
よび１９′）を設けた太陽電池を第１０図に示すように
接続し、抵抗に流れる電流および電圧を光照射時と光非
照射時で測定した。その結果を１１図に示す。第１１図
に示すように光照射時、光非照射時のいずれの場合にも
電力が供給されていた。

（発明の効果） 以上述べたように、導電性基板上に設けられた太陽電池
の基板をその裏面に設ける電池またはキャパシタの電極
基板と共通にすることによって、太陽電池と太陽電池に
より充電可能な電池またはキャパシタ゛と一体化した電
源素子の実現が可能となる。

上述した実施例は導電性基板が液体を通さないものにつ
いて述べたが、導電性基板がシリコンまたはガリウム−
ヒ素結晶の裏面に電極を設けたもののように液体浸透性
であるいはアルカリ水溶液等に対し耐蝕性のないものに
対しては太陽電池裏面に設けられる電池類や溶液を含む
ものは太陽電池との一体化が困難であるが、全て固体状
のものに関しては一体化が容易であり本発明の範囲に含
まれるものである。本実施例において太陽電池が二層構
造を持つものについて述べたが、単相構造を持つ太陽電
池や三層以上の多層構造を持つものについても同様の効
果が得られる。この場合、単層の太陽電池と一体化する
電池は二層構造を有する太陽電池と一体化する電池より
平行電位の低いものが用いられる。また多層構造を有す
る太陽電池と一体化する電池はより高い平衡電位を持つ
乙のを用いることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は太陽電池の概略図である。第３図は太
陽電池および電池を併用して負荷駆動の等価回路図であ
る。第４．７および９図は本発明による太陽電池と一体
化された電源素子の概略説明図である。第５図は本発明
に係る実施例に用いた等価回路図である。第６図、第８
図、第１１図は本発明実施例に係る太陽電池と一体化さ
れた電源素子の電流および電圧特性図である。第１Ｏ図
は本発明の実施例に係る電源素子の概略説明図である。 図中、番号は以下の通りである： （１）は裏面電極、（２）はｎ型シリコン基板、（３）
はｐ型シリコン層、（４）は保護膜、（５）表面電極、
（６）は導電性基板、（７）はｐ型アモルファスシリコ
ン層、（８）はアモルファスシリコン層、（９）はｎ型
アモルファスシリコン層、（１０）は透明電極層、（１
１）は保護膜層、（１３）は太陽電池、（１４）太陽電
池により充電可能な二次電池、（１５）はダイオード、
（１６）は各種負荷、（１７）は電熱基板、（１８）ア
モルファスシリコン第一層、（１９）はアモルファスシ
リコン第２層、（２０）は透明電極層、（２１）は保護
膜層、（２２）は表面電極、（２３）は水酸化ニッケル
を主体とする電池正極、（２４，）はセパレータ、（２
５）は電池負極、（２６）は封止樹脂層、（２７）はニ
ッケルメッキ鋼板、（２８）は電源２２と電極板２７を
結ぶリード線、（２９）は逆流防止用ダイオード、（３
６）は二酸化マンガンを主体とする電池正極、（３７）
は水素イオン導電性固体電解質、（３８）は水素吸蔵合
金を主体とする電池負極、（３９）は封止用樹脂は、（
４０）はステンレス板、（４１）は活性炭粉末を主体と
する電極正極、（４２）はプロピレンカーボネートを主
体とする電解液を含浸したポリプロピレン不織布、（４
３）は活性炭粉末を主体とした電極負極、（４４）は熱
溶着樹脂、（４５）ステンレス板。 −〇　山　１ｆｆ’ｌｋ叶　ωＮ。 因　　　　　　リ１ 曜宜響蝿　〉 喫電催畷ρ稠禰（

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性基板上に形成された太陽電池と化学電池また
   はコンデンサーとを組み合わせた電源素子において、太
   陽電池の導電性基板を前記化学電池またはコンデンサー
   の電極として共用することを特徴とする電源素子。 ２、化学電池が太陽電池により充電可能な二次電池であ
   る第１項記載の電源素子。 ３、二次電池がニッケル−カドミウム電池、鉛電池、ニ
   ッケル−亜鉛電池、ニッケル−鉄電池、ニッケル−水素
   電池、非水リチウム電池或いは固体電解質電池である第
   ２項記載の電源素子。 ４、固体電解質電池が銀イオン固体電解質電池、銅イオ
   ン固体電解質電池、リチウムイオン固体電解質電池また
   は水素イオン固体電解質電池である第３項記載の電源素
   子。 ５、コンデンサーが太陽電池により充電可能な電気二重
   層コンデンサー、各種イオンのドープ或いはアンドープ
   機構によるコンデンサーである第１項記載の電源素子。 ６、コンデンサー用電極材料が活性炭素材料或いは導電
   性高分子材料である第５項記載の電源素子。 ７、導電性基板が金属板、導電性高分子、導電性ガラス
   、裏面に電極が設けられたシリコン基板、または裏面に
   電極が設けられたガリウム−ヒ素基板である第１項記載
   の電源素子。