JP2003243684A

JP2003243684A - 光充電式二次電池

Info

Publication number: JP2003243684A
Application number: JP2002035917A
Authority: JP
Inventors: Haruo Watanabe; 春夫渡辺; Shinichiro Yamada; 心一郎山田; Tomiichi Watanabe; 富一渡辺
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2003-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】光電変換素子が形成された可とう性を有
する光電変換シートと、蓄電池とを組み合わせ、充電効
率を高め、劣化の少ない充電性能を備えた光充電式二次
電池を提供すること。【解決手段】巻き芯部と、光電変換素子を有する光電
変換シートと、蓄電池と、制御回路部とを備え、巻き芯
部に光電変換シートを捲回した状態で全体円筒略形状を
呈し、巻き芯部には、その両端部に位置してそれぞれ略
円形平板状に形成された上部フランジと下部フランジと
が一体に設けられ、巻き芯部に光電変換シートを巻き取
るように構成されている光充電式二次電池において、光
電変換シートにおける光電変換素子の実効部の内端部か
ら光電変換シートの内端部に至るシート部と、光電変換
シートにおける光電変換素子の実効部の外端部から光電
変換シートの外端部に至るシート部を有し、両シート部
が、光電変換素子の実効部と実質的に同一の曲げ弾性を
有することを特徴とする光充電式二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換素子によ
って蓄電池を充電する構成とされた光充電式二次電池に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光電変換素子は太陽電池とも言われてお
り、太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換す
る素子である。この光電変換素子は、光エネルギーから
電気エネルギーを取り出す際に、従来から利用されてき
た化石燃料等と異なり、二酸化炭素等の排出物を出さな
い。また、光電変換素子は、ほぼ無尽蔵といわれている
太陽光等の光エネルギーから電気エネルギーを取り出す
ことができるために、半永久的に発電を行うことができ
る。そのため、光電変換素子は、地球環境問題に鑑み
て、その利用用途や利用規模が今後も益々拡大してゆく
ものと考えられている。

【０００３】しかしながら、光電変換素子は、太陽光等
の光エネルギーに時間的な変動が大きい場合が多く、こ
の光エネルギーを変換して発電した電気エネルギーにも
時間的な変動が大きくなってしまうために、電気または
電子機器の直接の電源とすることには適さない場合が多
い。また、光電変換素子は、太陽光等の光エネルギーが
空間的に希薄な状態で存在していることから、利用に適
した所定量の電力を得るためには大きな受光面積を必要
とする。従って、光電変換素子は、電気または電子機器
の補助的な電流として、または変換した電気エネルギー
を一度蓄電池に充電し、この蓄電池から放電させて利用
するといった用途で用いられている。

【０００４】一方、近年の各種加工技術の進展により、
電気または電子機器の小型化が進んでおり、その結果、
各種電気または電子機器は携帯型の機器とされることが
多くなっている。そのため、電気または電子機器は、そ
の電源として、通常、携帯に便利で手軽に利用すること
ができる乾電池が用いられている。

【０００５】そこで、上述したような光電変換素子の利
点と、乾電池の利便性とをくみあわせた光充電式二次電
池が、例えば特開昭６３−３１４７８０号公報（電池）
や特開平２−７３６７５号公報（円筒形充電式太陽電
池）等に記載されているように提案されている。このよ
うな従来の光充電式二次電池は、発電部としての光電変
換素子と、充放電部としての蓄電池とを円筒形規格電池
型に組み合わせて使用することによって、通常用いられ
ている電気または電子機器を、光エネルギーによって生
産した電力により駆動させることを実現している。

【０００６】しかしながら、上述したような従来の光充
電式二次電池は、一方向から照射される太陽光等の光エ
ネルギーを、蓄電池の外表面積のすべてを有効に活用し
て光電変換素子に受光させることが困難なばかりか、そ
の構造上、蓄電池の外表面積を超えて光電変換素子の受
光面積を備えることができない。そのため、従来の光充
電式二次電池は、蓄電池を充電する際の充電時間が実用
に耐えないほど長く、さらには光電変換素子が蓄電池を
充電するために必要な電力すら発電できないことがある
といった問題があった。

【０００７】そこで、本発明の発明者らは鋭意検討を行
った結果、可とう性を有する光電変換素子と蓄電池とを
組み合わせた構成にすることによって、太陽光等の光エ
ネルギーを通常用いられている電気または電子機器の電
源として利用することを可能とした光充電式二次電池を
発明した（特願平１０−３５１５０５号）。この発明に
より、本発明者らは、実用的な充電性能を備えるととも
に、通常用いられている電気または電子機器の電源とし
ての利用が容易である光充電式二次電池を実現してい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したような光充電
式二次電池は、蓄電池を充電する際に、可とう性を有す
る光電変換素子を繰り返し引き延ばし、受光面積を大き
くして使用する。このとき、光電変換素子が特定の方向
に固定できない場合、安定的に充電ができなかった。ま
た、光電変換素子が固定できない場合、充電時の光電変
換素子が風などの外力により損傷あるいは劣化するおそ
れがあり、素子全体としての発電効率が低下、ひいては
充電性能が低下することが課題であった。さらにこのと
き、光電変換素子を有する光電変換シートは外力を受け
て折れ曲がり、その折れ曲がり部分で切断される等の不
具合を生じることが問題であった。そこで、本発明は、
上記課題を解決することにより、光電変換素子が形成さ
れた可とう性を有する光電変換シートと、蓄電池とを組
み合わせ、充電効率を高め、劣化の少ない充電性能を備
えた光充電式二次電池を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
した結果、以下に説明する光充電式二次電池を作製する
ことに成功し、該光充電式二次電池が、上記課題を一挙
に解決することを知見した。より詳細に説明すると、本
発明に係る光充電式二次電池は、円筒形状の巻き芯部
と、前記巻き芯部に対して捲回されて引き出し自在に配
設された可とう性を有し光電変換素子を有する光電変換
シートと、充放電可能な蓄電池と、蓄電池の充放電を制
御する制御回路部とを備え、前記巻き芯部に前記光電変
換シートを捲回した状態で全体円筒略形状を呈し、前記
巻き芯部には、その両端部に位置してそれぞれ略円形平
板状に形成された上部フランジと下部フランジとが一体
に設けられ、前記巻き芯部に前記光電変換シートを巻き
取るように構成されている光充電式二次電池において、
前記光電変換シートにおける光電変換素子の実効部の内
端部から光電変換シートの内端部に至るシート部と、前
記光電変換シートにおける光電変換素子の実効部の外端
部から光電変換シートの外端部に至るシート部を有し、
前記両シート部が、光電変換素子の実効部と実質的に同
一の曲げ弾性を有している。さらに、本発明にかかる光
充電式二次電池は、上記両シート部の層構成が、光電変
換素子の実効部の層構成と実質的に同一である光充電式
二次電池であり、上記巻き芯部に捲回された上記光電変
換素子を有する光電変換シートを覆い、上記光電変換シ
ートの引き出し口となる引き出し孔を有する円筒形状の
外周壁が設けられ、上記上部フランジおよび下部フラン
ジに、上記外周壁の側縁と嵌合して回転自在に支持する
支持部が設けられ、引き出された上記光電変換素子を有
する光電変換シートが、上記外周壁を回転させることに
よって、上記巻き芯部と上記外周壁とにより構成された
内部空間に巻き取られる光充電式二次電池であり、また
上記巻き芯部に上記光電変換素子を有する光電変換シー
トを捲回した状態で、所定の円筒電池規格形状となる光
充電式二次電池であり、またさらに上記蓄電池の放電電
圧が、０．６〜１．９Ｖである光充電式二次電池であ
り、上記蓄電池が、上記巻き芯部に対して着脱自在であ
る光充電式二次電池であり、さらに上記蓄電池が、所定
の円筒電池規格の形状を有する光充電式二次電池であ
る。

【００１０】さらに、本発明にかかる電気または電子機
器は、円筒形状の巻き芯部と、前記巻き芯部に対して捲
回されて引き出し自在に配設された可とう性を有し光電
変換素子を有する光電変換シートと、充放電可能な蓄電
池と、蓄電池の充放電を制御する制御回路部とを備え、
前記巻き芯部に前記光電変換シートを捲回した状態で全
体円筒略形状を呈し、前記巻き芯部には、その両端部に
位置してそれぞれ略円形平板状に形成された上部フラン
ジと下部フランジとが一体に設けられ、前記巻き芯部に
前記光電変換シートを巻き取るように構成されていて、
前記光電変換シートにおける光電変換素子の実効部の内
端部から光電変換シートの内端部に至るシート部と、前
記光電変換シートにおける光電変換素子の実効部の外端
部から光電変換シートの外端部に至るシート部を有し、
前記両シート部が、実質的に同一の曲げ弾性を有する光
充電式二次電池を搭載している。

【００１１】以上のように構成された光充電式二次電池
は、可とう性を有する光電変換素子を繰り返し引き延ば
し、受光面積を大きくして、蓄電池を充電するに際し、
このとき、光電変換素子を有する光電変換シートの巻き
上げを、スムーズに緻密に行うことができる。さらに、
光電変換素子を有する光電変換シートの上記使用におい
て、損傷あるいは劣化が防止でき、素子全体としての発
電効率が低下、ひいては、充電性能の低下を防止するこ
とができる。要するに本発明はユーザーへの利便性が高
度に高められた光充電式二次電池を提供する。

【００１２】すなわち、本発明は、（１）円筒形状の
巻き芯部と、前記巻き芯部に対して捲回されて引き出し
自在に配設された可とう性を有し光電変換素子を有する
光電変換シートと、充放電可能な蓄電池と、蓄電池の充
放電を制御する制御回路部とを備え、前記巻き芯部に前
記光電変換シートを捲回した状態で全体円筒略形状を呈
し、前記巻き芯部には、その両端部に位置してそれぞれ
略円形平板状に形成された上部フランジと下部フランジ
とが一体に設けられ、前記巻き芯部に前記光電変換シー
トを巻き取るように構成されている光充電式二次電池に
おいて、前記光電変換シートにおける光電変換素子の実
効部の内端部から光電変換シートの内端部に至るシート
部と、前記光電変換シートにおける光電変換素子の実効
部の外端部から光電変換シートの外端部に至るシート部
を有し、前記両シート部が、光電変換素子の実効部と実
質的に同一の曲げ弾性を有することを特徴とする光充電
式二次電池、（２）上記両シート部の層構成が、光電
変換素子の実効部の層構成と実質的に同一であることを
特徴とする前記（１）に記載の光充電式二次電池、
（３）上記巻き芯部に捲回された上記光電変換素子を
有する光電変換シートを覆い、上記光電変換シートの引
き出し口となる引き出し孔を有する円筒形状の外周壁が
設けられ、上記上部フランジおよび下部フランジに、上
記外周壁の側縁と嵌合して回転自在に支持する支持部が
設けられ、引き出された上記光電変換素子を有する光電
変換シートが、上記外周壁を回転させることによって、
上記巻き芯部と上記外周壁とにより構成された内部空間
に巻き取られることを特徴とする前記（１）記載の光充
電式二次電池、（４）上記巻き芯部に上記光電変換素
子を有する光電変換シートを捲回した状態で、所定の円
筒電池規格形状となることを特徴とする前記（１）記載
の光充電式二次電池、（５）上記蓄電池の放電電圧
が、０．６〜１．９Ｖであることを特徴とする前記
（１）記載の光充電式二次電池、（６）上記蓄電池
が、上記巻き芯部に対して着脱自在であることを特徴と
する前記（１）記載の光充電式二次電池、（７）上記
蓄電池が、所定の円筒電池規格の形状を有することを特
徴とする前記（１）記載の光充電式二次電池、（８）
円筒形状の巻き芯部と、前記巻き芯部に対して捲回され
て引き出し自在に配設された可とう性を有し光電変換素
子を有する光電変換シートと、充放電可能な蓄電池と、
蓄電池の充放電を制御する制御回路部とを備え、前記巻
き芯部に前記光電変換シートを捲回した状態で全体円筒
略形状を呈し、前記巻き芯部には、その両端部に位置し
てそれぞれ略円形平板状に形成された上部フランジと下
部フランジとが一体に設けられ、前記巻き芯部に前記光
電変換シートを巻き取るように構成されていて、前記光
電変換シートにおける光電変換素子の実効部の内端部か
ら光電変換シートの内端部に至るシート部と、前記光電
変換シートにおける光電変換素子の実効部の外端部から
光電変換シートの外端部に至るシート部を有し、前記両
シート部が、実質的に同一の曲げ弾性を有する光充電式
二次電池を搭載していることを特徴とする電気または電
子機器、（９）円筒形状の巻き芯部と、前記巻き芯部
に対して捲回されて引き出し自在に配設された可とう性
を有し光電変換素子を有する光電変換シートと、充放電
可能な蓄電池と、蓄電池の充放電を制御する制御回路部
とを備え、前記巻き芯部に前記光電変換シートを捲回し
た状態で全体円筒略形状を呈し、前記巻き芯部には、そ
の両端部に位置してそれぞれ略円形平板状に形成された
上部フランジと下部フランジとが一体に設けられ、前記
巻き芯部に前記光電変換シートを巻き取るように構成さ
れていて、前記光電変換シートにおける光電変換素子の
実効部の内端部から光電変換シートの内端部に至るシー
ト部と、前記光電変換シートにおける光電変換素子の実
効部の外端部から光電変換シートの外端部に至るシート
部を有し、前記両シート部が、実質的に同一の曲げ弾性
を有する光充電式二次電池を電気または電子機器に装着
することを特徴とする光充電式二次電池を搭載している
電気または電子機器の製造方法、に関する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、図
１、図７および図１０では、光電変換シート３は、その
始点と終点部分を図示し、その中間部分の図示は省略し
ている。また、図５についても、外周壁５１の始点と終
点部分を図示し、その中間部分の図示は省略している。
以下では、本発明を適用した光充電式二次電池として、
図１および図２に示すような光充電式二次電池１につい
て説明することとする。しかしながら、本発明がこれに
限定されないことはいうまでもない。

【００１４】本発明に係る光充電式二次電池１は、円筒
状の巻き芯部２と、この巻き芯部２に対して捲回された
引き延ばし自在に配設された可とう性を有する光電変換
シート３と、巻き芯部２の内部に設けられた蓄電池４
と、制御回路部５とを備える。光充電式二次電池１は、
図２に示すように、光電変換シート３を巻き芯部２に捲
回した状態で、全体円筒形状を呈する。また、光充電式
二次電池１は、図１に示すように、光電変換シート３を
巻き芯部２から引き延ばした状態で、光電変換シート３
に受光させて蓄電池４を充電する。

【００１５】巻き芯部２は、樹脂材料によって円筒形状
に形成されている。該樹脂材料としては、例えばＡＢＳ
（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）樹脂、Ｓ
ＡＮ（スチレン−アクリルアミド）樹脂、ＡＳＡ（アク
リロニトリル−スチレン−アクリルアミド）樹脂、ＡＣ
Ｓ（アクリロニトリル−塩素化ポリエチレン−スチレ
ン）樹脂またはＡＡＳ（アクリロニトリル−アクリレー
ト−スチレン）樹脂等を用いることが好適である。巻き
芯部２は、光電変換シート３が捲回される幅よりも僅か
に長く形成されている。従って、光充電式二次電池１
は、巻き芯部２が光電変換シート３の全幅に亘って巻き
取ることができる。

【００１６】また、巻き芯部２には、その両端部にそれ
ぞれ上部フランジ６と下部フランジ７とが設けられてい
る。上部フランジ６および下部フランジ７は、巻き芯部
２と同様な材料によって略円形平板状に形成されてお
り、接着剤等の固定手段により、巻き芯部２の両端部に
それぞれ固定されている。なお、上部フランジ６および
下部フランジ７は、巻き芯部２と一体に形成されていて
もよい。上部フランジ６および下部フランジ７は、その
径が、巻き芯部２に捲回された状態での光電変換シート
３の径と略同一、もしくはやや大となるように形成され
ている。これにより、上部フランジ６および下部フラン
ジ７は、光電変換シート３の側縁部を保護することがで
きるとともに、引き延ばされた光電変換シート３を巻き
芯部２に巻き取る際のガイドとなり、位置ずれせずに光
電変換シート３を巻き芯部２に捲回させることができ
る。

【００１７】巻き芯部２、上部フランジ６および下部フ
ランジ７は、電気絶縁性を示す材料によって形成される
ことが望ましい。電気絶縁性を示す材料としては、例え
ば液晶ポリマーの他、耐薬品性、耐熱性および耐クリー
プ性のあるエンジニアプラスチック類である変性ポリフ
ェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリエーテルエーテルケ
トン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）またはポリサ
ルフォン（ＰＳＦ）等が挙げられる。これにより、光充
電式二次電池１は、内部の配線等がこれら各部を介して
短絡したり、これら各部が例えば電気または電子機器の
電池収納部の端子等に接触することによって電気的に短
絡したりといったことを防止することができる。

【００１８】また、巻き芯部２、上部フランジ６および
下部フランジ７は、断熱特性の優れた材料によって形成
されることが望ましい。断熱特性の優れた材料として
は、例えばパラ系アラミド樹脂、メタ系アラミド樹脂等
のポリアミド系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル
系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂また
はポリウレタン系樹脂等が挙げられる。これにより、光
充電式二次電池１は、例えば自動車のダッシュボードに
放置される等して高温に晒された場合に、内部に収納し
た蓄電池４の温度が上昇して破損してしまうことを防止
することができる。巻き芯部２、上部フランジ６および
下部フランジ７は、同様の理由から、例えば白色等のよ
うに、光や熱を吸収しにくい色に着色されていることが
望ましい。

【００１９】さらに、本発明に係る光充電式二次電池
は、図３および図４に示すように、外周壁５１を備えて
構成される。光充電式二次電池１は、図３および図４に
示すように、上部フランジ６および下部フランジ７と略
同径の略円筒形状を呈する外周壁５１を備えて構成され
る。光充電式二次電池１は、図５に示すように、上部フ
ランジ６および下部フランジ７にそれぞれ外周壁５１の
側縁部が回動自在に嵌合する支持部６ａおよび支持部７
ａが設けられている。従って、光充電式二次電池１にお
いては、外周壁５１が巻き芯部２、上部フランジ６およ
び下部フランジ７に対して自在に回動する。支持部は、
例えば溝またはスラントの形状であってよい。

【００２０】また、外周壁５１には、図６に示すよう
に、スリット５１ａが穿孔されている。スリット５１ａ
は、光電変換シート３を引き出すのに十分な幅と厚みと
を有して外周壁５１に穿孔されている。さらに、光充電
式二次電池１においては、図６に示すように、光電変換
シート３の最外周部に係止部３２が形成されている。こ
の係止部３２は、光電変換シート３が巻き芯部２に捲回
された際に、スリット５１ａに接合するのに十分な厚み
を有して形成されている。係止部３２は、光電変換シ
ート３が外周壁５１の内部に完全に巻き込まれてしまう
ことを防止する機能を有するとともに、光電変換シート
３を引き出す際の取っ手としての機能を有している。

【００２１】光充電式二次電池１は、図４に示すよう
に、蓄電池４を充電する際に係止部３２が引き出される
ことにより、光電変換シート３が巻き芯部２から引き出
される。また、光充電式二次電池１は、外周壁５１を巻
き芯部２に対して回転させることにより、光電変換シー
ト３を巻き芯部２に巻き取ることができる。従って、光
充電式二次電池１は、スリット５１ａを有する外周壁５
１が回動自在に備えられていることによって、光電変換
シート３の引き出しおよび巻き取りが容易となる。ま
た、光充電式二次電池１は外周壁５１を備えることによ
って、電気または電子機器に収納された際に、光電変換
シート３が巻きほぐれてしまうといったことがない。さ
らに、光充電式二次電池１は、外周壁５１を備えること
によって、光電変換シート３を保護し、光電変換シート
３が外環境の塵埃や衝撃等によって損傷してしまうこと
を防止するとともに、蓄電池４が直射日光等によって加
熱してしまうことを防止することができる。外周壁５１
は、蓄電池４の加熱防止効果をさらに向上するために
は、例えば白色等のように光や熱を吸収しにくい色に着
色されていることが望ましい。

【００２２】上部フランジ６と下部フランジ７とには、
それぞれ正極端子８と負極端子９とが設けられている。
正極端子８と負極端子９とは、誘電性材料によって形成
されており、それぞれ図示しない結線手段により、制御
回路部５の所定の端子と電気的に接続されている。かか
る誘電性を有する材料としては、例えば銅、鉄またはニ
ッケル等の金属、ガラス、石英、セラミックス、酸化マ
グネシウムまたは酸化アルミニウム等の金属酸化物、液
晶ポリマー等の誘電性ポリマー等が挙げられる。

【００２３】光電変換シート３は、図７および図８に示
すように、可とう性を有して略矩形シート状に形成され
たシート状基板１０と、このシート状基板１０上に配置
された複数の光電変換素子１１とによって構成されてい
る。シート状基板１０は、例えばポリエステル等の絶縁
性を有する材料によって形成され、可とう性を有するよ
うにシート状に形成されている。かかる電気絶縁性を有
する材料としては、ポリエステルの他、例えばポリアミ
ドまたはポリエチレン等の合成樹脂等が挙げられる。

【００２４】各光電変換素子１１は、シート状基板１０
上に、第１の電極層１２と、光電変換層１３と、第２の
電極層１４とがそれぞれ薄膜状に順次積層して形成され
てなる。光電変換素子１１を構成する各層は、例えばス
パッタ法や蒸着法に代表される各種ＰＶＤ法、またはプ
ラズマＣＶＤ法やＭＯＣＶＤ法に代表される各種ＣＶＤ
法によってシート状基板１０上に薄膜状に形成されてい
る。光電変換素子１１は、各層が薄膜状に形成されてい
ることによって、シート状基板１０と同様に十分な可と
う性を有している。

【００２５】さらに、上記光電変換シート３には可とう
性を有する高分子積層シートを有することができる。こ
の高分子積層シートは、上記光電変換素子１１の受光部
上を覆うもので、この部分は少なくとも光透過性を有す
ることが好ましい。この高分子積層シートは、上記光電
変換シート３の全面を覆うことが好ましく、さらには上
記光電変換シート３の端部より張り出し、上記光電変換
シート３の端部を保護するように形成することが好まし
い。また、上記高分子積層シートは、上記光電変換シー
ト３の受光面側に設けることが好ましいが、上記光電変
換シート３の受光面の裏側に設けることもさらに好まし
い。これにより、可とう性を有する光電変換素子１１を
繰り返し引き延ばして、受光面積を大きくして使用する
とき、光電変換素子１１の屈曲の繰り返しによる、上記
光電変換素子１１の損傷あるいは劣化を低減できる。さ
らに、上記光電変換素子１１の引き延ばしの繰り返しに
伴う表面での摺動の繰り返しに対し、上記光電変換素子
１１が、損傷あるいは劣化することを防止でき、素子全
体としての発電効率が低下、ひいては充電性能が低下す
ることを防止できる。また、上記光電変換素子１１が長
期に捲回状態にあると、上記光電変換シート３は塑性変
形（いわゆる、巻き癖が付く）し、上記光電変換素子１
１の有効な受光を妨げることになるが、上記高分子積層
シートの存在により、上記塑性変形を低減でき、有効な
受光を得ることができる。上記高分子積層シートを、前
記のように光電変換シート３の表裏に用いる場合は、表
裏同一のシート材料で構成することもできるし、適宜異
種のシート材料で構成することもできる。材質として
は、少なくとも光電変換素子１１の受光部上を覆うもの
は、光透過性の材料であることが好ましい。また、摩擦
による耐磨耗性や光に対する耐候性を有することが望ま
しい。このような材料としては、ハロゲン化オレフィ
ン、特に、フッ素化オレフィンの重合体、あるいは、こ
れとオレフィンの共重合体が例示される。さらに、これ
らシートを光電変換シート３に固着させるために、接着
層を設けることができる。この接着層の材料としては、
エチレンと酢酸ビニルの共重合体（ＥＶＡ）等が例示さ
れる。

【００２６】上記光電変換シート３においては、各光電
変換素子１１が互いに電気的に直列に接続されており、
短手方向の両端部に位置する光電変換素子１１の電極層
にそれぞれ正極端子１２ａと負極端子１４ａとが形成さ
れている。正極端子１２ａと負極端子１４ａとは、それ
ぞれ制御回路部５の所定の端子と電気的に接続されてい
る。また、光電変換素子１１は、シート状基板１０とは
反対側、すなわち外方に臨む側の主面１１ａから太陽光
等の光が入射される構成とされている。第１の電極層１
２および第２の電極層１４は、誘電性材料によって形成
されており、光電変換層１３に対して一対の電極として
の機能を果たしている。光電変換層１３は、例えば、ａ
−Ｓｉのｐｉｎ接合構造に代表される非結晶半導体薄膜
を備えて形成されて、太陽光等の光が入射されることに
よって起電力が生ずる構成とされ、いわゆる光電変換効
果を有する膜構成で形成されている。光電変換層１３
は、例えばペリレン等のｐ型有機半導体と、例えば銅フ
タロシアニン等のｎ型有機半導体とにより形成されるｐ
ｎ接合構造であってもよい。なお、光電変換層１３は、
上述した薄膜構造に限定されるものではなく、十分な可
とう性を有して光電変換効果を有する膜構成で形成され
ていればよい。

【００２７】なお、第１の電極層１２は、例えば、Ａ
ｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属材料によって形成
されて、光電変換層１３に受光させる光に対する反射率
が高くなるように形成されていることが望ましい。これ
により、光電変換層１３を透過した光を反射して再び光
電変換層１３に入射させ、光電変換層１３の光電変換効
率を向上させることができる。また、第２の電極層１４
は、例えば、ＳｎＯ_２またはＩｎ_２Ｏ_３等の金属酸化物
を主成分とする材料によって形成された、いわゆる透明
電極として形成されていることが望ましい。これによ
り、光電変換層１３に受光させる光を効率よく透過し
て、光電変換層１３の光電変換効率を向上させることが
できる。

【００２８】なお、図７および図８においては、特定の
光電変換素子１１の第１の電極層１２および第２の電極
層１４が、それぞれ、この光電変換素子１１と隣接する
別の光電変換素子１１の第２の電極層１４および第１の
電極層１２とされて、複数の光電変換素子１１が各々の
電極層を共有する構成とされた例を示す。これにより、
光電変換シート３においては、隣接する光電変換素子１
１同士が電気的に直列接続された構成とされている。こ
の場合には、例えば、第１の電極層１２および第２の電
極層１４を、上述したようにＳｎＯ_２またはＩｎ_２Ｏ_３
等の金属酸化物を主成分とする材料によって形成し、第
１の電極層１２とシート状基板１０との間に、例えば金
属材料等によって形成された光反射層（図示せず）を備
えて形成してもよい。これにより、各光電変換素子１１
は、第２の電極層１４を介して十分な量の光を受光する
ことができるとともに、光反射層によって光電変換効率
を向上させることができる。また、この場合には、各光
電変換素子１１同士が、その長手方向の長さと略同等の
長さの電極によって線で接続されていることとなる。従
って、例えば、各光電変換素子１１同士が、例えばリー
ド線等によって点で接続された場合と比較して、断線等
の結線不良が生じてしまうおそれを低減することができ
る。

【００２９】また、光電変換シート３においては、その
長手方向に対して平行に各光電変換素子１１が配置され
ている。すなわち、各光電変換素子１１の一対の電極層
は、光電変換シート３の長手方向と平行になるように配
設されている。これにより、光充電式二次電池は、蓄電
池を充電するために光電変換シート３を引き延ばした際
に、この光電変換素子１１の一部に光が十分に照射され
ない場合であっても、光電変換シート全体での発電効率
が低下してしまうことを防止することができる。

【００３０】さらに、光電変換シート３は、巻き芯部２
に対して捲回されて引き延ばし自在に配設されており、
最内周側となる一側が巻き芯部２に接続固定されてい
る。光電変換シート３は、上述した正極端子１２ａおよ
び負極端子１４ａが、この最内周側の一側に電気的に接
続されている。ここにおいて、光電変換シート３の光電
変換素子部の端部が、引き延ばし状態で、光電変換シー
ト３における光電変換素子の実効部の内端部が、引き出
し状態において実質的に遮光されない位置の外部に存在
するようにすることで、発電効率の低下を防ぐことがで
きる。そのために、光電変換シート３の上記最内周側と
なる一側が巻き芯部２に接続固定位置より、引き出し状
態において実質的に遮光されない位置まで、上記光電変
換シート３に光電変換素子部を有さず、正極端子１２ａ
と負極端子１４ａを有するシート部３１を介在させる。

【００３１】さらに、光電変換シート３の最外周端に係
止部３２が形成されているが、光電変換シート３の光電
変換素子１１の端部が、引き延ばし状態で、光電変換シ
ート３における光電変換素子１１の実効部の外端部が、
引き出し状態において、前記係止部３２により、実質的
に遮光されない位置の内部に存在するようにすること
で、発電効率の低下を防ぐことができる。そのために、
光電変換シート３の上記最外周側となる一側が係止部３
２の接続固定位置より、引き出し状態において実質的に
遮光されない位置まで、上記光電変換シート３に光電変
換素子１１を有さないシート部３３を介在させる。ま
た、図９〜１０における外周壁５１を有する光充電式二
次電池においては、外周壁５１のスリット５１ａより十
分に外部に存在できるように、巻き芯部２に接続固定さ
れている上記光電変換シート３の最内周側となる一側か
ら、上記光電変換シート３の光電変換素子１１の内周側
の端部までの上記光電変換シート３に光電変換素子１１
を有さず、正極端子１２ａと負極端子１４ａを有するシ
ート部３１を介在させる。これにより、充電操作におい
て、引き出し不十分による光電変換素子部の上記外周壁
５１の光の遮蔽を防止できる。さらに、曲率の高い内周
から光電変換素子１１を、より曲率の低い外周側へ移動
させることができ、光電変換素子１１の屈曲による疲労
劣化を低下できる。

【００３２】本発明の光充電式二次電池においては、前
記光電変換シート３における光電変換素子１１の実効部
の内端部から光電変換シート３の内端部に至るシート部
３１と、前記光電変換シート３における光電変換素子１
１の実効部の外端部から光電変換シートの外端部に至る
シート部３３が、光電変換素子１１の実効部と実質的に
同一の曲げ弾性を有している。この場合の実質的に同一
とは、シート部３１およびシート部３３と、光電変換素
子１１との曲げ弾性の差が、約１０％以内であることを
意味している。かかる条件を満たすためには、シート部
３１とシート部３３の層構成を、光電変換素子１１と実
質的に同一とすることが好ましい。これにより、前記シ
ート部３１および前記シート部３３と光電変換素子１１
の実効部との継ぎ目での屈曲が生ずることがない。これ
により、前記光電変換シート３の捲回が均一になされ、
前記光電変換シート３の使用耐久性が向上する。

【００３３】また、正極端子１２ａと負極端子１４ａを
有するシート部３１と光電変換素子１１の実効部との継
ぎ目では屈曲が生じ、正極端子１２ａと負極端子１４ａ
におけるシート部３１と光電変換素子１１の実効部との
継ぎ目である屈曲部に屈曲が集中し、前記の端子材料の
疲労が集中し、断線に到りやすくなる。また、前記光電
変換シート３全体においても、前記シート部３１および
前記シート部３３と光電変換素子１１の実効部との継ぎ
目で屈曲が生じ、この部分に材料の疲労が集中し、破断
が生じやすい。このような不具合を改善するためには、
前記光電変換シート３の全面にわたって、前記光電変換
素子１１の実効部と、シート部３１およびシート部３３
とを同一の層構成とすることが好ましい。光電変換素子
１１の実効部と他部（シート部３１と３３）との電気的
な接続と絶縁は、通常の半導体プロセスを駆使して行う
ことができる。例えば、はじめに同一の層構造を通常の
半導体プロセスを使用して作製し、その後、光電変換素
子１１の実効部と電気的な接続を断ちたい部分（シート
部３１と３３）の境界となる部分にレーザー光等を照射
することにより、光電変換素子１１の実効部と他部（シ
ート部３１と３３）との電気的な接続を断つことができ
る。

【００３４】また、光電変換シート３は、巻き芯部２に
対して捲回した状態で、その受光面が内側となるように
配設されることが好ましい。これにより、光充電式二次
電池１は、光電変換シート３が巻き芯部２に捲回させて
放電使用される際に、光電変換シート３の受光面が外方
に露出する事がなく、受光面が傷つくことなどによって
破損することを防止することができる。

【００３５】蓄電池４は、巻き芯部２の内部空間に収納
されており、充放電が可能な二次電池である。蓄電池４
は、具体的には例えば、ニッケル−水素二次電池、ニッ
ケル−カドミウム二次電池、ニッケル−亜鉛二次電池、
亜鉛−酸化銀二次電池、鉄−ニッケル二次電池等であ
る。蓄電池４は、ニッケル−水素二次電池であることが
望ましい。これにより、蓄電池４は、体積当たりのエネ
ルギー密度を向上させることができるとともに、鉛やカ
ドミウムといった重金属を使用せず、環境適合性に優れ
たものとなる。

【００３６】蓄電池４は、所定の電池規格形状を有する
規格乾電池であってもよい。蓄電池４は、具体的には、
ＩＥＣやＪＩＳ等により定められた、いわゆる単３型と
呼ばれるＲ６型電池、単４型と呼ばれるＲ０３型電池、
単５型と呼ばれるＲ１型電池、あるいはボタン型と呼ば
れるＲ４４型電池、Ｒ１２２０型電池等であってもよ
い。これにより、光充電式二次電池１においては、開発
および製造コストを抑えることができる。ただし、蓄電
池４は、蓄電容量の観点からみた場合には、規格蓄電池
を使用せずに、巻き芯部２の内部空間に直接電解液等の
蓄電池構成物を封入することも望ましい。これにより、
蓄電池４は、規格蓄電池の外装部に相当する空間にまで
蓄電池構成物を封入することができ、蓄電容量を増大さ
せることができる。

【００３７】また、蓄電池４は、巻き芯部２に対して着
脱自在であるように構成してもよい。具体的には、例え
ば下部フランジ７の一部を開閉自在として、この開閉部
から巻き芯部２に対して蓄電池４を挿脱するように構成
してもよい。あるいは、例えば、光電変換シート３を引
き延ばした状態で外方へと露出する巻き芯部２の一部を
開閉自在として、この開閉部から巻き芯部２に対して蓄
電池４を着脱するように構成してもよい。これにより、
光充電式二次電池１においては、蓄電池４が充放電を繰
り返して寿命が尽きた場合でも、この蓄電池４のみを交
換することができる。従って、光充電式二次電池１は、
蓄電池４に比べて長い寿命を有する他の各部を、寿命が
尽きた蓄電池４とともに廃棄する必要がなくなり、資源
の有効活用の観点から望ましいものとなる。また、これ
により、光充電式二次電池１は、蓄電池４を充電するた
めの充電器として利用することができる。すなわち、光
充電式二次電池１によって蓄電池４を充電し、充電が完
了した蓄電池４を光充電式二次電池１から取り出して、
この蓄電池４を他の電気または電子機器の電源として利
用することもできる。

【００３８】さらに、蓄電池４は、上述したように規格
蓄電池を利用すると共に、巻き芯部２に対して着脱自在
としてもよい。このように、蓄電池４として規格蓄電池
を着脱自在に使用することで、光充電式二次電池１は、
蓄電池４を交換する際に、この交換作業を簡便かつ容易
に行えるようになる。また、この場合にも、上述したよ
うに、蓄電池４を充電するための充電器として光充電式
二次電池１を使用してもよい。これにより、規格蓄電池
形状を有する蓄電池４は、光充電式二次電池１から着脱
自在とされて、通常の規格電池を電源とする電気または
電子機器に対して用いることが容易となる。

【００３９】また、蓄電池４の放電電圧は、約０．６〜
１．９Ｖ程度であることが望ましい。これにより、光充
電式二次電池１は、通常の筒型規格電池を電源として用
いる電気または電子機器に対して用いられた場合に、そ
れら電気または電子機器の動作電圧に満たずに動作させ
ることができなかったり、許容電圧を超えて該機器を破
損するおそれを低減することができる。

【００４０】制御回路部５は、図１および図２に示すよ
うに、上部フランジ６に、図３に示すように、巻き芯部
２の内部空間に配設されている。制御回路部５は、例え
ば光電変換シート３と蓄電池４との整流機能、光電変換
シート３による蓄電池４の過充電防止機能、蓄電池４の
過放電防止機能等から選ばれる機能を適宜備える。制御
回路部５は、具体的には、ダイオードやオペアンプ等を
用いた電気的な回路によって構成することができるが、
電気または電子分野で通常用いられているような整流回
路、過充電防止回路および過放電防止回路によって構成
することができるため、その回路構成についての詳細な
説明を省略する。また、制御回路部５は、少なくとも４
つの端子を備えており、これら端子にそれぞれ光電変換
シート３の正極端子１２ａおよび負極端子１４ａと、蓄
電池４の正極端子および負極端子とが電気的に接続され
る。そして、制御回路部５は、蓄電池４の光電変換シー
ト３による充電と、蓄電池４からの放電とを効率よく行
うことができるように機能する。

【００４１】光充電式二次電池１は、以上で説明したよ
うに構成され、光電変換シート３を巻き芯部２に捲回し
た状態で、図２に示すように、全体略円筒形状を呈す
る。この状態で、光充電式二次電池１は、電気または電
子機器の電源として、これら電気または電子機器に対し
て着脱して用いることが容易となる。

【００４２】また、光充電式二次電池１は、光電変換シ
ート３を巻き芯部２に捲回した状態で、所定の筒型電池
規格形状を有するように各部の寸法等を定められること
が望ましい。光充電式二次電池１は、具体的には例え
ば、ＩＥＣやＪＩＳ等により定められた、いわゆる単１
型と呼ばれるＲ２０型電池、単２型と呼ばれるＲ１４型
電池、あるいは単３型と呼ばれるＲ６型電池等であって
もよい。これにより、光充電式二次電池１は、通常の筒
型規格電池を収納して使用するように設計された電気ま
たは電子機器に対して用いることを容易とすることがで
きる。従って、この場合に、光充電式二次電池１は、太
陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄え、
通常用いられているような筒型規格電池を使用する電気
または電子機器の電源とすることができる。

【００４３】また、光充電式二次電池１は、図１、図
４、図９、図１０に示すように、光電変換シート３を巻
き芯部２から引き延ばした状態で、蓄電池４を充電す
る。このとき、光充電式二次電池１は、光電変換シート
３の受光面積全てを光の照射方向に向けることができる
ために、この光電変換シート３の発電力を向上させるこ
とができる。従って、光充電式二次電池１は、蓄電池４
を充電する際の充電時間を実用上十分に短くすることが
できる。

【００４４】なお、本発明に係る光充電式二次電池は、
蓄電池４の形状、個数または収納位置等に限定されるも
のではない。蓄電池４は、例えば、光充電式二次電池１
の内部に複数設けられて、コイルスプリングや板バネ等
の弾性体によって位置ずれしないように支持固定されて
もよい。

【００４５】また、本発明に係る光充電式二次電池は、
上述したように、光電変換シート３の最内周側となる一
側が巻き芯部２に対して接続固定された構成に限定され
るものではなく、例えば、光電変換シート３を光充電式
二次電池１に対して着脱自在としてもよい。これによ
り、光充電式二次電池１は、光電変換シート３に物理的
あるいは電気的な破損が生じた場合等に、これを正常な
光電変換シート３に交換して使用することができる。す
なわち、本発明に係る光充電式二次電池は、光電変換シ
ート３が少なくとも充電時には蓄電池４と電気的に接続
される構成であればよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光充
電式二次電池は、光電変換素子を特定の方向に固定がで
き、安定的に充電ができ、充電時の光電変換素子の外力
により損傷あるいは劣化が防止することができ、素子全
体としての発電効率が低下、ひいては充電性能が低下を
防止することができる。従って、本発明に係る光充電式
二次電池によれば、太陽光等の光エネルギーを電気また
は電子機器の電源として利用することが実用的となり、
有害な排出物の発生による環境汚染を防止することがで
きるとともに、地球資源を有効に活用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】光電変換素子を担持している光電変換シートが
引き出された状態を示す光充電式二次電池の概略図であ
る。

【図２】光電変換シートを捲回した状態の本発明にかか
る光充電式二次電池の正極端子から負極端子方向の断面
図である。

【図３】光電変換シートを捲回した状態の本発明にかか
る光充電式二次電池の正極端子から負極端子方向の断面
図である。

【図４】光電変換素子を担持している光電変換シートが
一部引き出された状態の光充電式二次電池の概略図であ
る。

【図５】外周壁の側縁部が回動自在に嵌合するように支
持部が設けられている上部および下部フランジを有する
光充電式二次電池の縦断面図である。

【図６】図４の縦断面図である。

【図７】巻き芯部から引き延ばされた状態の光電変換シ
ートの概略図である。

【図８】図７のＡ−Ａ’断面図である。

【図９】光電変換素子を担持している光電変換シートを
引き出された状態の光充電式二次電池の斜視概略図であ
る。

【図１０】図９の縦断面図である。

【符号の説明】

１光充電式二次電池２巻き芯部３光電変換シート４蓄電池５制御回路部６上部フランジ６ａ支持部７下部フランジ７ａ支持部８正極端子９負極端子１０シート状基板１１光電変換素子１１ａ主面１２電極層１２ａ正極端子１３光電変換層１４電極層１４ａ負極端子３１シート部３２係止部３３シート部５１外周壁５１ａスリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺富一東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 BA15 GA05 JA17 JA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒形状の巻き芯部と、前記巻き芯部に
対して捲回されて引き出し自在に配設された可とう性を
有し光電変換素子を有する光電変換シートと、充放電可
能な蓄電池と、蓄電池の充放電を制御する制御回路部と
を備え、前記巻き芯部に前記光電変換シートを捲回した
状態で全体円筒略形状を呈し、前記巻き芯部には、その
両端部に位置してそれぞれ略円形平板状に形成された上
部フランジと下部フランジとが一体に設けられ、前記巻
き芯部に前記光電変換シートを巻き取るように構成され
ている光充電式二次電池において、前記光電変換シート
における光電変換素子の実効部の内端部から光電変換シ
ートの内端部に至るシート部と、前記光電変換シートに
おける光電変換素子の実効部の外端部から光電変換シー
トの外端部に至るシート部を有し、前記両シート部が、
光電変換素子の実効部と実質的に同一の曲げ弾性を有す
ることを特徴とする光充電式二次電池。
【請求項２】上記両シート部の層構成が、光電変換素
子の実効部の層構成と実質的に同一であることを特徴と
する請求項１に記載の光充電式二次電池。
【請求項３】上記巻き芯部に捲回された上記光電変換
素子を有する光電変換シートを覆い、上記光電変換シー
トの引き出し口となる引き出し孔を有する円筒形状の外
周壁が設けられ、上記上部フランジおよび下部フランジ
に、上記外周壁の側縁と嵌合して回転自在に支持する支
持部が設けられ、引き出された上記光電変換素子を有す
る光電変換シートが、上記外周壁を回転させることによ
って、上記巻き芯部と上記外周壁とにより構成された内
部空間に巻き取られることを特徴とする請求項１記載の
光充電式二次電池。
【請求項４】上記巻き芯部に上記光電変換素子を有す
る光電変換シートを捲回した状態で、所定の円筒電池規
格形状となることを特徴とする請求項１記載の光充電式
二次電池。
【請求項５】上記蓄電池の放電電圧が、０．６〜１．
９Ｖであることを特徴とする請求項１記載の光充電式二
次電池。
【請求項６】上記蓄電池が、上記巻き芯部に対して着
脱自在であることを特徴とする請求項１記載の光充電式
二次電池。
【請求項７】上記蓄電池が、所定の円筒電池規格の形
状を有することを特徴とする請求項１記載の光充電式二
次電池。
【請求項８】円筒形状の巻き芯部と、前記巻き芯部に
対して捲回されて引き出し自在に配設された可とう性を
有し光電変換素子を有する光電変換シートと、充放電可
能な蓄電池と、蓄電池の充放電を制御する制御回路部と
を備え、前記巻き芯部に前記光電変換シートを捲回した
状態で全体円筒略形状を呈し、前記巻き芯部には、その
両端部に位置してそれぞれ略円形平板状に形成された上
部フランジと下部フランジとが一体に設けられ、前記巻
き芯部に前記光電変換シートを巻き取るように構成され
ていて、前記光電変換シートにおける光電変換素子の実
効部の内端部から光電変換シートの内端部に至るシート
部と、前記光電変換シートにおける光電変換素子の実効
部の外端部から光電変換シートの外端部に至るシート部
を有し、前記両シート部が、実質的に同一の曲げ弾性を
有する光充電式二次電池を搭載していることを特徴とす
る電気または電子機器。
【請求項９】円筒形状の巻き芯部と、前記巻き芯部に
対して捲回されて引き出し自在に配設された可とう性を
有し光電変換素子を有する光電変換シートと、充放電可
能な蓄電池と、蓄電池の充放電を制御する制御回路部と
を備え、前記巻き芯部に前記光電変換シートを捲回した
状態で全体円筒略形状を呈し、前記巻き芯部には、その
両端部に位置してそれぞれ略円形平板状に形成された上
部フランジと下部フランジとが一体に設けられ、前記巻
き芯部に前記光電変換シートを巻き取るように構成され
ていて、前記光電変換シートにおける光電変換素子の実
効部の内端部から光電変換シートの内端部に至るシート
部と、前記光電変換シートにおける光電変換素子の実効
部の外端部から光電変換シートの外端部に至るシート部
を有し、前記両シート部が、実質的に同一の曲げ弾性を
有する光充電式二次電池を電気または電子機器に装着す
ることを特徴とする光充電式二次電池を搭載している電
気または電子機器の製造方法。