WO2021020177A1 - 太陽電池付電子機器 - Google Patents
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- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
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Definitions
- This disclosure relates to the technology of electronic devices with solar cells equipped with solar cells.
- Patent Document 1 discloses a transmission device, a transmission method, and a program.
- the beacon detects the illuminance on the panel surface of the solar cell from the output voltage, output current, power generation amount, etc. of the solar cell (step S11).
- the beacon substitutes the illuminance detected in step S11 into the conversion function F or the conversion function G to calculate the radio wave transmission interval or the radio wave transmission intensity, and sets it as a control parameter of the radio wave transmitted from the transmitting unit (step).
- the beacon transmits and controls radio waves based on the control parameters set in step S12 (step S13).
- Patent Document 2 discloses a method for mounting a solar cell glass substrate. According to Patent Document 2, an electrical connection is made between a solar cell glass substrate electrode and a land which is an electrode of a printed wiring board via a conductive paste, and insulating adhesion is made between the solar cell protective film and the printed wiring board. By applying the agent and laminating them to give them mechanical strength, it is possible to realize a solar cell module having high reliability and low manufacturing cost, or a product or kit using a solar cell.
- the purpose of this disclosure is to provide an efficient inspection mechanism for power generation capacity.
- a substrate a photoelectric conversion element arranged on the substrate, a charging element arranged on the substrate and charging the electric power generated by the photoelectric conversion element, and a charging element arranged on the substrate and charged.
- An electronic device with a solar cell comprises an inspection pad for measuring the charging voltage charged in the device.
- an efficient inspection mechanism for power generation capacity is provided.
- FIG. 5 is an image diagram showing how the electronic device 100 with a solar cell according to the first embodiment collapses when it falls. It is a rear view of the electronic device 100 with a solar cell in the state which the back cover 40 which concerns on 1st Embodiment is attached.
- the electronic device 100 with a solar cell according to the present embodiment is formed in a vertically long substantially rectangular shape in a front view.
- the electronic device 100 with a solar cell is used by being attached to, for example, a wall surface or a ceiling.
- a plurality of electronic devices 100 with solar cells are arranged in a building, an underground mall, or the like.
- Each of the solar cell-equipped electronic devices 100 emits a specific signal.
- a terminal such as a smartphone held by a passerby can receive the signal to identify its own detailed current position or acquire other information.
- the electronic device 100 with a solar cell mainly includes a front cover 10, a cushion material 11, and a dye-sensitized solar cell 20 (hereinafter, may be referred to as DSC). ), A printed wiring board 30, and a back cover 40.
- DSC dye-sensitized solar cell 20
- the front cover 10 is formed with an opening for exposing the power generation portion of the dye-sensitized solar cell 20.
- the front cover 10 is, for example, a resin molded product.
- the cushion material 11 has elasticity and can absorb various impacts.
- the dye-sensitized solar cell 20 can be used even in an indoor environment.
- the dye-sensitized solar cell 20 can easily generate electricity even with the light of a fluorescent lamp.
- another solar cell such as an amorphous silicon solar cell may be used instead of the dye-sensitized solar cell 20.
- the back cover 40 is made of resin or the like.
- the back cover 40 is fixed to the front cover 10 by screwing or fitting with claws.
- the front cover 10 and the back cover 40 form a housing for accommodating the dye-sensitized solar cell 20 and the printed wiring board 30.
- the dye-sensitized solar cell 20 is connected to the printed wiring board 30 via the conductive cushioning materials 31a and 31b. It is electrically connected.
- the conductive cushioning materials 31a and 31b are composed of an elastic material 312 such as polyurethane and a conductive cloth 311 wrapping the elastic material 312 as shown in FIG.
- the conductive cushioning materials 31a and 31b may contain a highly conductive metal powder such as Cu in addition to the elastic material 312.
- the conductive cushioning materials 31a and 31b may be made of an elastic metal, and may be made of a conductive cloth 312 or a flexible metal laminated or laminated instead of the elastic material 312. Good.
- the conductive cushioning materials 31a and 31b are not limited to such a form as long as they are materials that are easily energized between the upper part and the lower part and are deformable as a whole.
- the conductive cushioning materials 31a and 31b are fixed to the lands 32a and 32b whose bottom surfaces are connected to the wiring formed on the printed wiring board 30, respectively, and the upper surface thereof is a dye-sensitized solar cell. It is connected to 20 positive poles 21a and negative poles 21b, respectively. More specifically, the bottom surface of the conductive cushioning material 31a is adhered to the lands 32a and 32b by the conductive double-sided adhesive tape 32, and is electrically and physically connected to the printed wiring board 30. Further, the conductive cushion materials 31a and 31b may be soldered to the lands 32a and 32b, respectively.
- the upper surfaces of the conductive cushioning materials 31a and 31b need only be electrically connected to the positive pole 21a and the negative pole 21b of the dye-sensitized solar cell 20, and are not adhered to each other.
- the conductive cushion materials 31a and 31b and the outer peripheral edge of the dye-sensitized solar cell 20 are sandwiched between the cushion material 11 attached to the front cover 10 and the printed wiring board 30.
- the conductive cushioning materials 31a and 31b are preferably provided at both ends of the dye-sensitized solar cell 20 in the longitudinal direction. Further, it is preferable that two or more are provided along both ends thereof. That is, on the positive pole 21a side of the dye-sensitized solar cell 20, the two conductive cushioning materials 31a and 31b are pressed between the outer peripheral edge of the dye-sensitized solar cell 20 and the land of the substrate 30, and the dye-sensitized solar cell On the negative electrode 21b side of 20, two conductive cushioning materials 31b and 31b are pressed between the outer peripheral edge of the dye-sensitized solar cell 20 and the land of the substrate 30.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing the vicinity of the positive electrode 21a and the conductive cushioning material 31a before compression of the conductive cushioning material 31.
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing the vicinity of the positive electrode 21a and the conductive cushioning material 31a during compression of the conductive cushioning material 31.
- FIG. 12 is a cross-sectional view showing the vicinity of the negative electrode 21b and the conductive cushioning material 31b during compression of the conductive cushioning material 31.
- the dye-sensitized solar cell 20 disclosed in the present embodiment is configured by connecting six single cells in series. Each single cell was mainly laminated on the first translucent substrate 22 having a light receiving surface, the translucent conductive layers 23a and 23b laminated on the surface opposite to the light receiving surface, and the translucent conductive layer 23b.
- the porous semiconductor layer 24, the porous insulating layer 25 laminated on the porous semiconductor layer 24, the counter electrode conductive layer 26 laminated on the porous insulating layer, and the opposing substrate 27 arranged to face the first translucent substrate. Has a sealing layer 28.
- Each single cell shares the first translucent substrate 22 and the opposing substrate 27 with each other.
- the porous semiconductor layer 24 contains an electrolyte and carries a dye.
- the porous insulating layer 25 contains an electrolyte containing redox species.
- the sealing layer 28 has a function of isolating the electrolyte so that the electrolyte does not move between each single cell.
- the translucent conductive layer 23a is electrically connected to the counter electrode conductive layer 26 of the adjacent single cell and corresponds to the positive electrode of each single cell.
- the single-cell translucent conductive layer 23a arranged on the positive pole 21a side of the dye-sensitized solar cell 20 corresponds to the positive pole 21a of the dye-sensitized solar cell 20, and is conductive outside the sealing layer 28. It is arranged so as to face the cushion material 31a.
- the translucent conductive layer 23b corresponds to the negative electrode of each single cell.
- the single-cell translucent conductive layer 23b arranged on the negative pole 21b side of the dye-sensitized solar cell 20 corresponds to the positive pole 21b of the dye-sensitized solar cell 20, and is conductive outside the sealing layer 28. It is arranged so as to face the cushion material 31b. In this way, the positive poles 21a and the negative poles 21b are arranged at both ends of the first translucent substrate 22 in the longitudinal direction, respectively.
- the space 50 is created between the opposed substrate 27 and the printed wiring board 30 before the pressure P is applied.
- the edge of the dye-sensitized solar cell 20 that is, the edge of the first translucent substrate 22 and the translucent conductive layer 23a are conductive.
- the sex cushioning materials 31a and 31b are sandwiched. At that time, as shown in FIGS. 11 and 12, the conductive cushion material 31a is deformed by the sandwiched pressure P.
- the width W1 of the conductive cushioning material 31a before deformation is preferably longer than the electrode width W2 (about 2 mm) with the translucent conductive layer 23a. It is preferable that the conductive cushioning material 31a protrudes 0.5 mm (W1-W2) or more from the end of the translucent conductive layer 23a serving as an electrode.
- the conductive cushioning materials 31a and 31b are pressed from above and below by the substrate 30 and the dye-sensitized solar cell 20 in a state where the conductive cushioning materials 31a and 31b are protruding, so that the outer ends of the conductive cushioning materials 31a and 31b Comes to swell on the cover 10 side. As a result, the ends of the conductive cushioning materials 31a and 31b prevent the dye-sensitized solar cell 20 from being displaced, and the solar cell can be held more stably.
- the electronic device 100 with a solar cell is configured in this way, the dye-sensitized solar cell 20 and the printed wiring board are not adhered to each other without adhering the dye-sensitized solar cell 20 and the printed wiring board 30. It can be made conductive with the substrate 30. That is, by attaching the front cover 10 to the printed wiring board 30, the dye-sensitized solar cell 20 can be electrically wired to the printed wiring board 30. That is, the reliability of the electrical connection between the dye-sensitized solar cell 20 and the printed wiring board 30 is improved. Further, by removing the front cover 10, it is possible to easily replace the dye-sensitized solar cell 20 in which a defect is found.
- the conductive cushioning materials 31a and 31b having elasticity are naturally adjusted, the influence of the step caused by the opposing substrate 27 is eliminated, and the printed wiring board is used. It is possible to facilitate electrical connection between the 30 and the electrodes of the dye-sensitized solar cell 20.
- the printed wiring board 30 and the dye-sensitized solar cell 20 are more reliably affected by the variation in the thickness of the glass of the printed wiring board 30 and the dye-sensitized solar cell 20. And can be made conductive.
- a reflector may be provided between the printed wiring board 30 and the dye-sensitized solar cell 20.
- the surface of the printed wiring board 30 may be whitened, or C.I.
- the inspection mechanism of the electronic device 100 with a solar cell will be described.
- it may temporarily operate even in an illuminance environment below the original operating lower limit illuminance in the inspection process, etc., and the operating lower limit illuminance is accurate. It is difficult to guarantee.
- the charging voltage is increased by directly connecting the charging element and the load.
- an inrush current is generated at the start of the load and the charging voltage drops.
- the charging voltage falls below the minimum operating voltage of the load, and the load stops, leading to a symptom that the load cannot be started.
- the hysteresis switch 53 turns on when the on voltage is exceeded, and turns off when the off voltage is lowered. Since it is designed so that on voltage> off voltage, it will not turn on unless it reaches the on voltage even if it exceeds the off voltage in the off state, and it will not turn off even if it falls below the on voltage in the on state. Turns off after falling below the off voltage.
- the electric power generated by the dye-sensitized solar cell 20 is stored in a charging element 52 such as a capacitor. Then, when the charging voltage exceeds the on voltage, the hysteresis switch 53 is turned on and power is supplied to the load such as the communication module 60.
- the charging voltage rises or becomes a constant value as shown in FIG. 14 (A), and the power continues to be supplied to the communication module 60.
- the generated power is lower than the load power, as shown in FIG. 14B, since the charging voltage is initially equal to or higher than the off voltage, power is supplied to the load such as the communication module 60, but the charging voltage gradually decreases.
- the hysteresis switch 53 turns off and the power supply to the communication module 60 is stopped.
- the electronic device 100 with a solar cell it is determined whether or not the electronic device 100 with a solar cell continues to operate at that illuminance by measuring the charging voltage at the time of checking the operation. Specifically, the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell 20 is exposed to light of a constant illuminance, and the charging voltage at that time is observed. Then, when the charging voltage increases as time elapses or when it is stable at a predetermined value or more, it can be determined that the operation at that illuminance is guaranteed.
- the assembly process and the inspection process of the electronic device 100 with a solar cell according to the present embodiment will be described in detail.
- the dye-sensitized solar cell 20 and the printed wiring board 30 are laminated in this order on the cover 10 in which the light receiving surface portion of the dye-sensitized solar cell 20 is opened. More specifically, the dye-sensitized solar cell 20 is arranged on the cover 10 via the cushion material 11, and the printed wiring board 30 to which the conductive cushion materials 31a and 31b are attached is arranged on the dye-sensitized solar cell 20.
- the cover 10 and the printed wiring board 30 are fixed with screws in a state where the printed wiring boards 30 are laminated. As a result, the covers 10 and the printed wiring board 30 main body are pressed against each other while the lands 32a and 32b of the printed wiring board 30, the conductive cushioning materials 31a and 31b, the outer peripheral edge of the dye-sensitized solar cell 20 and the cushioning material 11 are pressed against each other. Is sandwiched by.
- the inspection pads 51a and 51b are exposed on the surface opposite to the surface to which the dye-sensitized solar cell 20 is connected to the printed wiring board 30.
- the dye-sensitized solar cell 20 is attached from the center to one end of the printed wiring board 30, and the communication module 60 and the charging element are placed in the space on the same surface on the other end side. Electrical components such as 52 and various wirings are arranged.
- the inspection pads 51a and 51b are provided on the printed wiring board 30 on the opposite side of the dye-sensitized solar cell 20 and the charging element 52. More specifically, the plurality of charging elements 52 are connected in parallel, the wiring 55 is drawn from the positive side of the plurality of charging elements 52 to the first inspection pad 51a, and the second charging element 52 is connected from the negative side to the second. The wiring 55 is drawn up to the inspection pad 51b.
- the inspection worker can check whether or not the electronic device 100 with a solar cell has a sufficient power generation capacity with the dye-sensitized solar cell 20 and the printed wiring board 30 attached to the cover 10. It can be determined whether or not the dye-sensitized solar cell 20 and the printed wiring board 30 are attached at a normal position and posture with respect to 10.
- the generated power of the dye-sensitized solar cell 20 is larger than the load power of the communication module 60 or the like, the voltage between the inspection pads 51a and 51b increases immediately after the load is turned on.
- the generated power of the dye-sensitized solar cell 20 is smaller than the load power of the communication module 60 or the like, the voltage between the inspection pads 51a and 51b starts to decrease immediately after the load is turned on. ..
- the inspection worker can measure the voltage between the inspection pads 51a and 51b in the current mounting state before shipping the electronic device 100 with a solar cell. That is, it is possible to determine whether or not the dye-sensitized solar cell 20 gives sufficient power to the load by a predetermined illuminance without being affected by the cover or the housing.
- the exterior of the electronic device 100 with a solar cell according to the present embodiment will be described.
- the front cover 10 of the electronic device 100 with a solar cell is formed to be substantially rectangular in front view.
- the front cover 10 has an opening 10Y formed in a portion of the dye-sensitized solar cell 20 where the light receiving surface is located.
- the dye-sensitized solar cell 20 is attached from the center to one end of the printed wiring board 30, and the communication module 60, the charging element 52, the wiring, and the like are placed in the space on the other end side of the same surface of the printed wiring board 30. Electrical components such as lands 32a and 32b are arranged.
- the front cover 10 is also configured to cover a portion on which the electrical components on the other end side are arranged.
- the outer edge portion 10X of the front cover 10 is formed in a tapered shape.
- the four sides of the front cover 10 are formed obliquely in cross-sectional view.
- the four sides of the front cover 10 are formed so that the height, that is, the thickness becomes smaller toward the outer peripheral end.
- the front cover 10 is formed in a trapezoidal shape in both the horizontal cross-sectional view as shown in FIG. 18 and the vertical cross-sectional view (not shown).
- the inclination ⁇ of the end portion of the front cover 10 is preferably 10 ° to 40 °.
- the surface of the dye-sensitized solar cell 20 on which the light receiving surface is located faces downward. It becomes easy to fall down, and the possibility that the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell 20 is later stepped on by shoes can be reduced.
- the power generation capacity is reduced immediately after the fall, and as a result, the transmission of an unexpected signal from the communication module 60 is stopped. That is, there is a possibility that the electronic device 100 with a solar cell sends a predetermined signal from an unexpected position or an unexpected posture even though the predetermined signal should be sent at the position expected in advance and in the expected posture. Can be reduced. As a result, it is possible to reduce the possibility that the terminal held by a passerby or the like recognizes the wrong current position.
- the outer edge portion 10X is formed diagonally, so that the clothes, bags, and other articles of passersby can be seen on the front cover 10 of the electronic device 100 with a solar cell. It is possible to reduce the possibility that the electronic device 100 with a solar cell, the clothes, a bag, and other articles of a passerby will be damaged by being caught in the solar cell.
- the front cover 10 has a screw boss 10B formed on the printed wiring board 30 side, that is, on the back surface.
- the assembling worker is in a state where the dye-sensitized solar cell 20 and the printed wiring board 30 are laminated on the front cover 10, and the printed wiring board 30 is screwed to the screw boss 10B to the sun.
- Assemble the electronic device 100 with a battery By attaching the printed wiring board 30 to the front cover 10 as described above, the outer peripheral edge of the printed circuit board 30 and the inner surface of the outer peripheral edge of the cover come into contact with each other in a state where the printed wiring board 30 is attached to the front cover 10. It is configured not to.
- the printed wiring board 30 has a substantially rectangular shape when viewed from the front. Then, a notch portion 30Z is formed on each side of the printed wiring board 30 in the opposite longitudinal direction. Then, as shown in FIGS. 15 and 19, a convex portion 10Z is erected on the back surface of the front cover 10 at a position corresponding to the notch portion 30Z.
- the front cover 10 is also tapered around the opening 10Y for the light receiving surface of the dye-sensitized solar cell 20.
- a back cover 40 is attached to the rear side of the printed wiring board 30.
- the outer periphery of the back cover 40 that is, the peripheral side surface is covered by the peripheral edge portion of the front cover 10.
- the dye-sensitized solar cell 20 and the charging element 52 are attached to the front side of the printed wiring board 30, and the inspection pads 51a and 51b are attached to the back surface of the printed wiring board 30. It was attached to the side. However, it is not limited to such a form as long as the voltage of the charging element 52 can be easily measured with the dye-sensitized solar cell 20 attached to the front cover 10.
- the dye-sensitized solar cell 20 may be attached to the front side of the printed wiring board 30, and the charging element 52 and the inspection pad 51 may be attached to the back surface of the printed wiring board 30.
- the dye-sensitized solar cell 20, the charging element 52, and the inspection pads 51a and 51b may be attached to the front side of the printed wiring board 30.
- the electronic device 100 with a solar cell may be attached to a wall or the like without the back cover 40, or the back cover 40 may be attached to the wall surface or the like first and then FIG. 24.
- the electronic device 100 with a solar cell in the state shown in the above may be attached to the back cover 40.
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Abstract
基板（３０）と、基板（３０）上に配置される光電変換素子（太陽電池）（２０）と、基板（３０）上に配置され、光電変換素子が発電した電力を充電する充電素子（５２）と、基板（３０）上に配置され、充電素子（５２）に充電された充電電圧を測定するための検査用パッド（５１）と、を備える太陽電池付電子機器（１００）が提供される。
Description
本国際出願は、２０１９年７月２９日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１９－１３８７９３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１９－１３８７９３号の全内容を参照により本国際出願に援用する。
本開示は、太陽電池を搭載した太陽電池付電子機器の技術に関する。
従来から、太陽電池や通信アンテナを搭載した電子機器が知られている。たとえば、特開２０１７－２０８９３９号公報（特許文献１）には、発信装置、発信方法、及びプログラムが開示されている。特許文献１によると、ビーコンは、太陽電池の出力電圧、出力電流、発電量等から太陽電池のパネル面の照度を検知する（ステップＳ１１）。続いて、ビーコンは、ステップＳ１１において検知された照度を変換関数Ｆ又は変換関数Ｇに代入して電波発信間隔又は電波発信強度を算出し、発信部から発信する電波の制御パラメータとして設定する（ステップＳ１２）。そして、ビーコンは、ステップＳ１２において設定した制御パラメータに基づいて、電波を発信制御する（ステップＳ１３）。
特開２００６－３４４６１６号公報（特許文献２）には、太陽電池ガラス基板実装方法が開示されている。特許文献２によると、太陽電池ガラス基板電極とプリント配線板の電極であるランドとの間に、導電ペーストを介して電気的接続を行い、太陽電池セル保護膜とプリント配線板の間に、絶縁性接着剤を塗布して張り合わせ、機械的な強度を持たせることによって、信頼性が高く、製造コストの安価な太陽電池モジュールまたは、太陽電池を用いた製品やキットを実現することができる。
本開示の目的は、発電能力の効率的な検査機構を提供することにある。
本開示の一態様に従うと、基板と、基板上に配置される光電変換素子と、基板上に配置され、光電変換素子が発電した電力を充電する充電素子と、基板上に配置され、充電素子に充電された充電電圧を測定するための検査用パッドと、を備える太陽電池付電子機器が提供される。
以上のように、本開示によれば、発電能力の効率的な検査機構が提供される。
以下、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
＜第１の実施の形態＞
＜太陽電池付電子機器１００の全体構成＞
＜第１の実施の形態＞
＜太陽電池付電子機器１００の全体構成＞
まず、本実施の形態にかかる太陽電池付電子機器１００の全体構成について説明する。図１を参照して、本実施の形態にかかる太陽電池付電子機器１００は、正面視において、縦長の略長方形に形成されている。
そして、図２に示すように、本実施の形態にかかる太陽電池付電子機器１００は、たとえば、壁面や天井などに取り付けられて使用される。好ましくは、建物や地下街などに、複数の太陽電池付電子機器１００が配置される。太陽電池付電子機器１００の各々は、特定の信号を発する。通行人が保持するスマートフォンなどの端末は、当該信号を受信して、自身の詳しい現在位置を特定したり、その他の情報を取得したりすることができる。
図３に示すように、本実施の形態にかかる太陽電池付電子機器１００は、主に、正面カバー１０と、クッション材１１と、色素増感太陽電池２０（以下、ＤＳＣと称する場合もある。）と、プリント配線基板３０と、背面カバー４０とを有する。
正面カバー１０には、色素増感太陽電池２０の発電部が露出するための開口部が形成される。正面カバー１０は、たとえば樹脂成型品である。
クッション材１１は、弾性を有し、各種の衝撃を吸収することができる。
色素増感太陽電池２０は、屋内環境下、でも利用できる。色素増感太陽電池２０は、蛍光灯の光などでも発電しやすい。また、別の実施形態では、色素増感太陽電池２０に代えて、アモルファスシリコン太陽電池など別の太陽電池を用いてもよい。
背面カバー４０は、樹脂などで構成される。背面カバー４０は、正面カバー１０とビス止めまたはツメ嵌合等で固定される。正面カバー１０と背面カバー４０とによって、色素増感太陽電池２０およびプリント配線基板３０を収容する筐体を形成する。
特に、本実施の形態にかかる太陽電池付電子機器１００に関しては、図４～図８に示すように、色素増感太陽電池２０は、導電性クッション材３１ａ，３１ｂを介してプリント配線基板３０と電気的に接続される。
本実施の形態においては、導電性クッション材３１ａ，３１ｂは、図９に示すように、ポリウレタン等の弾性材料３１２と、それを包む導電布３１１とから構成される。導電性クッション材３１ａ，３１ｂは、弾性材料３１２以外にＣｕなどの導電性の高い金属粉等を含んでいてもよい。また、導電性クッション材３１ａ、３１ｂは、弾性を有する金属で構成されていてもよく、弾性材料３１２の代わりに、導電布３１２やフレキシブルな金属が積層または重ねられたもので構成されていてもよい。導電クッション材３１ａ、３１ｂは、その上部と下部との間で通電しやすく、全体として変形可能な材料であればよく、このような形態には限られない。
図４～図１２に示すように、導電性クッション材３１ａ，３１ｂは、その底面がプリント配線基板３０に形成された配線につながるランド３２ａ、３２ｂにそれぞれ固定され、その上面が色素増感太陽電池２０のプラス極２１ａやマイナス極２１ｂとそれぞれ接続している。より詳細には、導電性クッション材３１ａは、その底面が導電性の両面粘着テープ３２によってランド３２ａ、３２ｂに接着され、プリント配線基板３０に電気的にかつ物理的に接続される。また、導電性クッション材３１ａ、３１ｂはランド３２ａ、３２ｂとそれぞれはんだ付けされていてもよい。一方、導電性クッション材３１ａ，３１ｂの上面は、色素増感太陽電池２０のプラス極２１ａやマイナス極２１ｂとそれぞれ導通すればよく、接着されていない。導電性クッション材３１ａ，３１ｂと色素増感太陽電池２０の外周縁とは、正面カバー１０に取り付けられたクッション材１１と、プリント配線基板３０とによって挟持されている。上記の構成によって、色素増感太陽電２０が振動等で当初の位置がずれたとしても、プラス極２１ａ（第１電極）やマイナス極２１ｂ（第２電極）がそれぞれ導電性クッション材３１ａ、３２と接触さえしていれば、色素増感太陽電池２０とランド３２ａ、３２ｂとの導通を確保することができる。
本実施の形態においては、導電性クッション材３１ａ，３１ｂは、色素増感太陽電池２０の長手方向の両端に設けられていることが好ましい。また、その両端部に沿って、２つ以上設けられていることが好ましい。つまり、色素増感太陽電池２０のプラス極２１ａ側において、色素増感太陽電池２０の外周縁と基板３０のランドの間に２つの導電性クッション材３１ａ，３１ｂが押さえつけられ、色素増感太陽電池２０のマイナス極２１ｂ側において、色素増感太陽電池２０の外周縁と基板３０のランドの間に２つの導電性クッション材３１ｂ，３１ｂが押さえつけられる。
以下、図１０～図１２を参照しながら、本実施の形態にかかる色素増感太陽電池２０の構成について詳述する。図１０は、導電性クッション材３１の圧縮前における、プラス極２１ａと導電性クッション材３１ａの近傍を示す断面図である。図１１は、導電性クッション材３１の圧縮中における、プラス極２１ａと導電性クッション材３１ａの近傍を示す断面図である。図１２は、導電性クッション材３１の圧縮中における、マイナス極２１ｂと導電性クッション材３１ｂの近傍を示す断面図である。
本実施形態で開示された色素増感太陽電池２０は、６個の単セルが直列に接続されて構成されている。各単セルは、主に、受光面を有する第１透光性基板２２、受光面の反対側の面に積層された透光性導電層２３ａ，２３ｂ、透光性導電層２３ｂに積層された多孔質半導体層２４、多孔質半導体層２４に積層された多孔質絶縁層２５、多孔質絶縁層に積層された対極導電層２６、第１透光性基板に対向して配置された対向基板２７、封止層２８を有する。各単セルは、互いに第１透光性基板２２と対向基板２７を共有している。多孔質半導体層２４は、電解質を含み、色素が担持される。多孔質絶縁層２５は、酸化還元種を含む電解質を含む。封止層２８は、各単セル間で電解質が移動しないように、電解質を隔離する機能を有する。
透光性導電層２３ａは、隣接する単セルの対極導電層２６と電気的に接続し、各単セルのプラス極に相当する。最も色素増感太陽電池２０のプラス極２１ａ側に配置された単セルの透光性導電層２３ａは、色素増感太陽電池２０のプラス極２１ａに相当し、封止層２８の外側で導電性クッション材３１ａと対向して配置される。透光性導電層２３ｂは、各単セルのマイナス極に相当する。最も色素増感太陽電池２０のマイナス極２１ｂ側に配置された単セルの透光性導電層２３ｂは、色素増感太陽電池２０のプラス極２１ｂに相当し、封止層２８の外側で導電性クッション材３１ｂと対向して配置される。このように、第１透光性基板２２の長手方向の両端にそれぞれプラス極２１ａ、マイナス極２１ｂが配置される。
なお、空間５０は、圧力Ｐを加える前に対向基板２７とプリント配線基板３０の間に生じるものである。
そして、正面カバー１０とプリント配線基板３０とがビス等で固定されることで、色素増感太陽電池２０の縁、すなわち第１透光性基板２２の縁や透光性導電層２３ａ、と導電性クッション材３１ａ，３１ｂと、が挟持される。そのとき、図１１および図１２に示すように、挟持される圧力Ｐによって導電性クッション材３１ａが変形する。
図１０を参照して、変形前の導電性クッション材３１ａの幅Ｗ１は、透光性導電層２３ａとの電極幅Ｗ２（２ｍｍ程度）よりも長いことが好ましい。電極となる透光性導電層２３ａの端部から導電性クッション材３１ａは、０．５ｍｍ（Ｗ１－Ｗ２）以上はみ出していることが好ましい。導電性クッション材３１ａ，３１ｂがはみ出した状態で、図１１に示すように、基板３０と色素増感太陽電池２０によって上下方向から押さえつけられることにより、導電性クッション材３１ａ，３１ｂの外側の端部がカバー１０側に盛り上がるようになる。その結果、導電性クッション材３１ａ，３１ｂの端部によって色素増感太陽電池２０のズレが防止され、より安定して太陽電池を保持することが可能になる。
色素増感太陽電池２０の構成の詳細は、たとえば、国際公開ＷＯ２０１０／０４４４４５号パンフレットなどに開示されているため、ここでは詳細は繰り返さない。
本実施の形態にかかる太陽電池付電子機器１００は、このように構成されているため、色素増感太陽電池２０とプリント配線基板３０とを接着せずに、色素増感太陽電池２０とプリント配線基板３０とを導通させることができる。つまり、正面カバー１０をプリント配線基板３０に取り付けることによって、色素増感太陽電池２０を電気的にプリント配線基板３０に配線させることが可能である。つまり、色素増感太陽電池２０とプリント配線基板３０の電気的な接続の信頼性が向上する。また、正面カバー１０を取り外すことにより、不良が見つかった色素増感太陽電池２０を容易に交換することが可能である。
特に、弾性を有する導電性クッション材３１ａ，３１ｂを用いることで、透光性基板２１と対向基板２７の互いの突出幅を自然に調整し、対向基板２７による段差の影響を無くし、プリント配線基板３０と色素増感太陽電池２０の電極を電気的に接続させ易くすることができる。
また、導電性クッション材３１ａ，３１ｂのクッション性により、プリント配線基板３０や色素増感太陽電池２０のガラスの厚みのばらつきに左右されず、より確実にプリント配線基板３０と色素増感太陽電池２０とを導通させることが可能となる。
さらに、Ａ．プリント配線基板３０と色素増感太陽電池２０の間に反射板を設けたり、Ｂ．プリント配線基板３０の表面を白色にしたり、Ｃ．対向基板を反射基板にすることによって、発電効率をさらに向上させることも可能となる。
加えて、導電性クッション材３１ａ，３１ｂが透光性導電層２３ａからはみ出た状態で、色素増感太陽電池２０を乗せ、圧力Ｐを加えて固定させると導電性クッション材３１ａが図８や図１１に示すような形に変形する。このとき、導電性クッション材３１ａ，３１ｂ自体が発電素子を物理的に柔らかく保持するような状態となり、より安定した構造を実現できる。
＜太陽電池付電子機器１００の検査機構＞
＜太陽電池付電子機器１００の検査機構＞
次に、本実施の形態にかかる太陽電池付電子機器１００の検査機構について説明する。色素増感太陽電池２０の光発電素子の動作下限照度を測定する場合において、検査工程等で本来の動作下限照度以下の照度環境でも一時的に動作してしまう場合があり、動作下限照度を正確に保障することが困難である。
より詳細には、太陽電池により充電された電力を用いて半導体負荷（マイコン等を用いた機器、ビーコン発信用の通信モジュール、など）を動かす場合、充電素子と負荷を直接つなぐと、充電電圧が負荷の最低動作電圧を上回った瞬間、負荷の起動時に突入電流が発生し、充電電圧がドロップする。その結果、充電電圧が負荷の最低動作電圧を下回り、負荷が停止するため、負荷を起動できないというような症状に至る。
このため、本実施の形態などにかかる太陽電池付電子機器１００に関しては、図１３に示すように、ヒステリシススイッチ５３を搭載することが有効である。ヒステリシススイッチ５３は、オン電圧を超えるとターンオンし、オフ電圧を下回るとターンオフとなる。オン電圧＞オフ電圧となるように設計されているため、オフの状態においてオフ電圧を超えてもオン電圧に達さない限りターンオンしないし、またオンの状態でオン電圧を下回ってもターンオフせずにオフ電圧を下回ってからターンオフする。
そして、本実施の形態にかかる太陽電池付電子機器１００に関しては、色素増感太陽電池２０によって発電された電力はコンデンサなどの充電素子５２に蓄えられる。そして、充電電圧がオン電圧を上回ると、ヒステリシススイッチ５３がターンオンし、通信モジュール６０などの負荷に電力が供給される。
この時、発電電力が負荷電力を上回っていれば、図１４（Ａ）に示すように、充電電圧は上昇または一定値となり、通信モジュール６０に電力が供給され続ける。発電電力が負荷電力を下回るような場合、図１４（Ｂ）に示すように、はじめは充電電圧がオフ電圧以上なので通信モジュール６０などの負荷に電力が供給されるが、次第に充電電圧が減少し、充電電圧がオフ電圧を下回るとヒステリシススイッチ５３がターンオフし、通信モジュール６０への電力供給が停止する。
このため、発電電力が負荷電力を下回るような場合でも一時的には負荷が動作してしまい、ある照度で動作確認を行った際に、その照度において動作し続けることが可能かどうかの判断が難しい。
そこで、本実施の形態にかかる太陽電池付電子機器１００に関しては、動作確認の際に充電電圧を測定する事で、その照度において動作し続けるかどうかを判断するようにする。具体的には、色素増感太陽電池２０の受光面に一定照度の光を当て、その際の充電電圧を観測するようにする。そして、時間が経過していくにつれて充電電圧が増加している場合や、所定値以上で安定している場合は、その照度における動作は保証されると判断することができる。
以下、本実施の形態にかかる太陽電池付電子機器１００の組み立て工程と検査工程について詳述する。図１５に示すように、色素増感太陽電池２０の受光面の部分が開口されたカバー１０に、色素増感太陽電池２０、プリント配線基板３０を順に積層する。より詳細には、カバー１０に、クッション材１１を介して色素増感太陽電池２０が配置され、その上から、導電性クッション材３１ａ，３１ｂが取り付けられたプリント配線基板３０が配置される。
プリント配線基板３０が積層された状態で、カバー１０とプリント配線基板３０とがビス止めされて固定される。これによって、プリント配線基板３０のランド３２ａ、３２ｂと導電性クッション材３１ａ，３１ｂと色素増感太陽電池２０の外周縁とクッション材１１とが互いに押し付け合いながら、カバー１０とプリント配線基板３０本体とによって挟持される。
本実施の形態においては、この状態において、プリント配線基板３０に色素増感太陽電池２０が接続されている面とは反対側の面に、検査パット５１ａ，５１ｂが露出している。
より詳細には、図１６および図１７に示すように、プリント配線基板３０の中央から一端にかけて色素増感太陽電池２０が取り付けられ、他端側の同一面にあるスペースに通信モジュール６０や充電素子５２や各種配線などの電装部品が配置される。本実施の形態においては、プリント配線基板３０の、色素増感太陽電池２０や充電素子５２とは反対側に検査パッド５１ａ，５１ｂが設けられる。より詳細には、複数の充電素子５２が並列に接続され、複数の充電素子５２のプラス側から第１の検査パッド５１ａまで配線５５が引かれ、複数の充電素子５２のマイナス側から第２の検査パッド５１ｂまで配線５５が引かれる。
これによって、検査作業員は、カバー１０に、色素増感太陽電池２０とプリント配線基板３０とが取り付けられた状態で、太陽電池付電子機器１００が十分な発電能力を有するか否か、あるいはカバー１０に対して正常な位置や姿勢で色素増感太陽電池２０とプリント配線基板３０とが取り付けられているか否かを判断することができる。
具体的には、色素増感太陽電池２０の発電電力が通信モジュール６０などの負荷電力よりも大きい場合、検査パッド５１ａ，５１ｂ間の電圧は負荷ＯＮ直後に増加する。一方、図１４（Ｂ）に示すように、色素増感太陽電池２０の発電電力が通信モジュール６０などの負荷電力よりも小さい場合、検査パッド５１ａ，５１ｂ間の電圧は負荷ＯＮ直後に減少し始める。検査作業員は、太陽電池付電子機器１００の出荷前に、現在の取り付け状態において、検査パッド５１ａ，５１ｂ間の電圧を測定する事ができる。つまり、所定の照度によって色素増感太陽電池２０が負荷に対して十分な電力を与えるかどうかを、カバーや筐体の影響を受けることなく判別する事が可能となる。
＜太陽電池付電子機器１００の外装＞
＜太陽電池付電子機器１００の外装＞
次に、本実施の形態にかかる太陽電池付電子機器１００の外装について説明する。図１および図１８に示すように、太陽電池付電子機器１００の正面カバー１０は、正面視において略長方形に形成されている。
正面カバー１０は、色素増感太陽電池２０の受光面がある部分に開口部１０Ｙが形成される。本実施の形態においては、プリント配線基板３０の中央から一端にかけて色素増感太陽電池２０が取り付けられ、プリント配線基板３０の同じ面の他端側のスペースに通信モジュール６０や充電素子５２や配線やランド３２ａ、３２ｂなどの電装部品が配置される。そして、正面カバー１０は、当該他端側の電装部品が配置される部分もカバーするように構成されている。
特に、本実施の形態においては、正面カバー１０の外縁部１０Ｘがテーパ形状に形成されている。換言すれば、正面カバー１０の４つの辺が、断面視において斜めに形成されている。さらに換言すれば、正面カバー１０の４つの辺において、外周端に行くにつれて高さ、つまり厚みが小さくなるように形成されている。
さらに換言すれば、正面カバー１０は、図１８に示すような水平断面図においても、図示しない垂直断面図においても、台形形状に形成されている。
より詳細には、図１９に示すように、正面カバー１０の端部の傾きθは、１０°～４０°であることが好ましい。
これによって、図２０に示すように、たとえば、太陽電池付電子機器１００が壁面などから床などに落下しても、色素増感太陽電池２０の受光面がある方の面が下になるように倒れやすくなり、後から色素増感太陽電池２０の受光面が靴で踏まれるなどして傷が付く可能性を低減できる。
また、色素増感太陽電池２０に光が当たり難くなるため、落下直後から発電能力が低下し、その結果通信モジュール６０からの予期せぬ信号の発信が停止される。つまり、予め期待された位置で期待された姿勢で、所定の信号を送るはずであるのに、太陽電池付電子機器１００が、予期しない位置や予期しない姿勢から所定の信号を送ってしまう可能性を低減することができる。その結果、通行人などの保持する端末が、誤った現在位置を認識する可能性を低減することができる。
また、太陽電池付電子機器１００を壁にかけた場合などにおいて、外縁部１０Ｘが斜めに形成されているため、通行人の服やカバンやその他の物品が、太陽電池付電子機器１００の正面カバー１０に引っ掛かって、太陽電池付電子機器１００や通行人の服やカバンやその他の物品が壊れてしまう可能性を低減することができる。
そして、図１８および図１９に戻って、正面カバー１０は、プリント配線基板３０側、すなわち背面にネジボス１０Ｂが形成される。組み立て作業者は、図１５に示すように、正面カバー１０に、色素増感太陽電池２０と、プリント配線基板３０とを積層した状態で、プリント配線基板３０をネジボス１０Ｂにビス止めすることによって太陽電池付電子機器１００を組み立てる。上記のように、プリント配線基板３０を正面カバー１０に取り付けることで、プリント配線基板３０を正面カバー１０に取り付けた状態において、プリント基板３０の外周縁と前記カバーの外周縁の内側面とが接触しないように構成されている。
特に、本実施の形態においては、図１５に示すように、プリント配線基板３０は、正面視において、略長方形状を有する。そして、プリント配線基板３０の対向する長手方向のそれぞれの辺に切り欠き部３０Ｚが形成される。そして、図１５や図１９に示すように、切り欠き部３０Ｚに対応する位置に、正面カバー１０の裏面には凸部１０Ｚが立設されている。
また、正面カバー１０は、色素増感太陽電池２０の受光面のための開口部１０Ｙの周りにもテーパが形成されている。これによっても、通行人の服やカバンやその他の物品が、太陽電池付電子機器１００の正面カバー１０に引っ掛かって、太陽電池付電子機器１００や通行人の服やカバンやその他の物品が壊れてしまう可能性を低減することができる。
図１９および図２１に示すように、本実施の形態にかかる太陽電池付電子機器１００に関しては、プリント配線基板３０のさらに後方には、背面カバー４０を取り付けられる。図１９に示すように、背面カバー４０の外周、すなわち周囲の側面は、正面カバー１０の周縁部によってカバーされる。
＜第２の実施の形態＞
＜第２の実施の形態＞
上記の実施の形態においては、図１７に示すように、色素増感太陽電池２０と充電素子５２とをプリント配線基板３０の正面側に取り付けて、検査パッド５１ａ、５１ｂをプリント配線基板３０の背面側に取り付けるものであった。しかしながら、正面カバー１０に色素増感太陽電池２０を取り付けた状態で、充電素子５２の電圧を容易に測定できるものであればよく、このような形態には限られない。
たとえば、図２２に示すように、色素増感太陽電池２０をプリント配線基板３０の正面側に取り付けて、充電素子５２と検査パッド５１とをプリント配線基板３０の裏面に取り付けてもよい。
あるいは、図２３に示すように、色素増感太陽電池２０と充電素子５２と検査パッド５１ａ，５１ｂをプリント配線基板３０の正面側に取り付けてもよい。
＜第３の実施の形態＞
＜第３の実施の形態＞
また、背面カバー４０に関しても、図２４に示すように、背面カバー４０無しで太陽電池付電子機器１００を壁などに取り付けてもよいし、背面カバー４０を先に壁面などに取り付けてから図２４に示す状態の太陽電池付電子機器１００を背面カバー４０に取り付けてもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１０ ：正面カバー
１０Ｂ ：ネジボス
１０Ｘ ：外縁部
１０Ｙ ：開口部
１０Ｚ ：凸部
１１ ：クッション材
２０ ：色素増感太陽電池
２１ ：透光性基板
２１ａ ：プラス極
２１ｂ ：マイナス極
２２ ：第１透光性基板
２３ａ ：透光性導電層
２３ｂ ：透光性導電層
２４ ：多孔質半導体層
２５ ：多孔質絶縁層
２６ ：対極導電層
２７ ：対向基板
２８ ：封止層
３０ ：プリント配線基板
３０Ｚ ：切り欠き部
３１ ：導電性クッション材
３１ａ ：導電性クッション材
３１ｂ ：導電性クッション材
３２ ：両面粘着テープ
３２ａ ：ランド
４０ ：背面カバー
５０ ：空間
５１ａ ：第１の検査パッド
５１ｂ ：第２の検査パッド
５２ ：充電素子
５３ ：ヒステリシススイッチ
６０ ：通信モジュール
１００ ：太陽電池付電子機器
３１１ ：導電布
３１２ ：弾性材料
Ｐ ：圧力
Ｗ１ ：導電性クッション材の幅
Ｗ２ ：電極幅
θ ：傾き
１０Ｂ ：ネジボス
１０Ｘ ：外縁部
１０Ｙ ：開口部
１０Ｚ ：凸部
１１ ：クッション材
２０ ：色素増感太陽電池
２１ ：透光性基板
２１ａ ：プラス極
２１ｂ ：マイナス極
２２ ：第１透光性基板
２３ａ ：透光性導電層
２３ｂ ：透光性導電層
２４ ：多孔質半導体層
２５ ：多孔質絶縁層
２６ ：対極導電層
２７ ：対向基板
２８ ：封止層
３０ ：プリント配線基板
３０Ｚ ：切り欠き部
３１ ：導電性クッション材
３１ａ ：導電性クッション材
３１ｂ ：導電性クッション材
３２ ：両面粘着テープ
３２ａ ：ランド
４０ ：背面カバー
５０ ：空間
５１ａ ：第１の検査パッド
５１ｂ ：第２の検査パッド
５２ ：充電素子
５３ ：ヒステリシススイッチ
６０ ：通信モジュール
１００ ：太陽電池付電子機器
３１１ ：導電布
３１２ ：弾性材料
Ｐ ：圧力
Ｗ１ ：導電性クッション材の幅
Ｗ２ ：電極幅
θ ：傾き
Claims (7)
- 基板と、
前記基板上に配置される光電変換素子と、
前記基板上に配置され、前記光電変換素子が発電した電力を充電する充電素子と、
前記基板上に配置され、前記充電素子に充電された充電電圧を測定するための検査用パッドと、を備える太陽電池付電子機器。 - 前記光電変換素子の受光部分に開口部が形成されるカバーをさらに備え、
前記カバーが前記光電変換素子の周囲に取り付けられた状態で、前記検査用パッドが外部にむき出しとなるように構成される、請求項１に記載の太陽電池付電子機器。 - 前記検査用パッドが、前記基板の、前記光電変換素子が配置される面とは逆の面に設けられる、請求項１または２に記載の太陽電池付電子機器。
- 前記検査用パッドが、前記基板の、前記光電変換素子が配置される面に設けられる、請求項１または２に記載の太陽電池付電子機器。
- 前記光電変換素子が発電した電力および前記蓄電素子に充電された電力の少なくともどちらか一方が供給され、前記基板の一端側に配置される通信アンテナをさらに備え、
前記検査用パッドが、前記基板の他端側に設けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池付電子機器。 - 前記検査用パッドが、前記基板の、前記光電変換素子が配置される面とは逆の面に設けられ、
前記通信アンテナが、前記基板の、前記光電変換素子が配置される面に設けられる、請求項５に記載の太陽電池付電子機器。 - 前記光電変換素子と前記通信アンテナの間及び前記蓄電素子と前記通信アンテナの間に設けられたヒステリシススイッチと、を備え、
前記ヒステリシススイッチは、前記充電電圧が前記ヒステリシススイッチのオン電圧を上回ると、前記ヒステリシススイッチがターンオンする、請求項５または請求項６に記載の太陽電池付電子機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| JPH0696751A (ja) * | 1992-09-14 | 1994-04-08 | Matsushita Electric Works Ltd | 充電式電気機器 |
| JP2007020051A (ja) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Hitachi Ltd | 電子機器及びセンサネットシステム |
| JP2007172407A (ja) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Matsushita Electric Works Ltd | 無線センサ装置 |
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2020
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- 2020-07-17 WO PCT/JP2020/027868 patent/WO2021020177A1/ja active Application Filing
Patent Citations (6)
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