JPH0240967A - 光電変換型電池及びこれを組み合わせてなるハイブリッド型二次電池 - 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 本発明は光電変換素子、特に７モル７アスシリコン系光
電変換素子やカドミウム−テルル系光電変換素子等各種
の光電変換素子を複数直列に接続してなる光電変換型電
池及びこれを組み合わせてなるハイブリッド型二次電池
に関する。

（ｂ）従来の技術 光電変換素子の最適作動電圧は、この素子を構成する半
導体の禁制帯幅等の特性により決定される０例えば、ア
モルファスシリコン系光電変換素子では単一の素子で０
．５ボルト程度の作動電圧になる、しかし、一般のエレ
クトロニクス製品の入力電圧は敗ボルト程度、低くとも
１．５ボルト程度以上の電圧を必要とするのであり、こ
のため、光電変換素子は複数個以上を電気的に直列に接
続し、これによって昇圧して使用することが多い。

ところで、従来の充電変換型電池においてこれを構成す
る光電変換素子を直列に接続する構造としては、各光電
変換素子を隣り合わせに順次直線５状に配置し、これを
直列に接続したものであり、この光電変換型電池におけ
る両端の素子から出力用の電極を取り出す構造になって
いる。

又、近年、電子機恭順の小型化の１＃要に対応して使用
する電池の小型化や高容量化への要請が高まっている。

このような傾向のなかで、導電性高分子等を使用したボ
タン型の二次電池が市販され、小型化やランニングコス
ト面及び電池の交換が不要になるメリットなどで期待さ
れている。

これらの小型二次電池は、特に太陽電池等の光電変換型
電池との組み合わせにより二次電池としての威力を発揮
するものと期待される。

即ち、一般に二次電池を充電するには、１００ボルトの
交流電圧をトランスで数ボルトに下げ、これを直流に変
換して二次電池を充電しでいる。

しかしながら、この方法では、トランスの故障等により
、高い電圧が直接二次電池にかかってこの二次電池が破
壊したり、使用不能になることがある。又、この方法で
は、充電が交流電源のある場所でないとできないので極
めて不便であるなどの問題がある。更に、この充電中に
は電子機器を使用することができないのである。

ところが、この二次電池を充電変換型電池で充電すると
この最適作動電圧は、当該充電変換型電池を構成する半
導体の禁制帯幅等の特性により決定されるのであり、従
って、異常な電圧が二次電池にかかることがなく、しが
も光は人が生活する場所ならどこにでもあるので電子機
器を使用しつつ常に充電できるから電池がきれる心配も
さ程ないなどの利点がある。

（ｅ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、光電変換素子を隣り合わせに順次直線的
に配置し、これを直列に接続した光電変換型電池ではそ
の両端の素子から出力用の電極を取り出す構造になって
いるが、これでは広いスペースが必要で電子機器の小型
化に逆行し、構造上重要な問題があるのであり、しかも
電子機器の端子と光電変換型電池の電極とを電気的に接
続するにおいて、その端子と電極をリード線を用いて接
続する必要があり、このリード線が電子機器の使用中や
搬送等の際に振動等によって断線したり、電極とリード
線とが接続不良になるなどの課題がある。

又、従来の光電変換型電池ではその両端の素子から出力
用の電極を取り出す構造になっているが、これでは小形
の二次電池と光電変換型電池を電気的に接続するにおい
てこの二次電池の電極と光電変換型電池の電極とをリー
ド線を用いで接続する必要があり、このリード線が電子
機器の使用中や搬送等の際に振動等によって断線したり
、電極とリード線とが接続不良になるなどの課題がある
。

本発明は小形のボタン型電池に代わる電源として用いる
ことができる特定構造の光電変換型電池を提供すること
を目的とする。

又、本発明のハイブリッド型二次電池はボタン型の二次
電池とこれを充電するための電源として用いる特定構造
の光電変換型電池との組み合わせからなり、この二次電
池にこの光電変換型電池を直接張り合わせることにより
コンパクトな発電、蓄電システムを提供するものである
。

（ｄ）　１１題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するために、複数の光電変換
素子を直列に接続して出力電圧を単一の光電変換素子の
出力電圧の複数倍にするようにした光電変換型電池にお
いて、中心に一方の電極を配置し、この電極を取り囲む
ように第１の光電変換素子を接続、配置し、この第１の
光電変換素子と電気的に直列に＃に続し、且つこれを取
り囲むように第２の光電変換素子を配置し、第３以後の
光電変換素子も同様に接続、配置するようにし、他方の
電極を外周部より取り出すようにしたものである。

本発明に用いられる光電変換素子としては光エネルギー
を電気エネルギーに変換するものであれば特に限定され
るものではないが、具体的には、例えば７モル７Ｔスシ
リコン系光電変換素子やカドミウム−テルル系光電変換
素子が光電変換効率が高いので好ましい。

そして、本発明においては、上記光電変換素子を２（ｉ
１以上用い、これらを直列に接続しで出力電圧を単一の
光電変換素子の出力電圧の２倍以上にするのであるが、
その中心に一方の電極を配置し、この電極を取り囲むよ
うに第１の光電変換素子を接続、配置し、この第１の光
電変換素子と電気的に直列に接続し、且つこれを取り囲
むように第２の光電変換素子を配置し、第３以後の光電
変換素子も同様に接続、配置するようにし、他方の電極
を外周部より取り出すようにした点に最も大きな特徴を
有するものである。

この場合、一方の電極を中心とし、これを取り囲むよう
に光電変換素子が順次直列に接続する構造としては特に
限定されるものではないが、上記電極を中心に、同心円
状に複数のドーナツ型光電変換素子を順次、直列に接続
した構造の円形状光電変換型電池、或いは上記電極を中
心に、矩形の光電変換素子の中心部を矩形状に切り抜い
た枠型光電変換素子を順次、直列に接続した構造の矩形
状光電変換型電池、更にこれらと同様の方法で形成した
楕円状光電変換型電池や三角形状光電変換型電池等々が
挙げられるのであり、これらのうち、どのような形状の
光電変換型電池を選ぶかは電子機器の受光部の面積や形
状により任意に選択すればよいのである。

そして、本発明の光電変換型電池においては、上述の如
く、一方の電極を中心とし、これを取り囲むように、第
１、第２・・・等の光電変換素子が順次、直列に接続さ
れるが、この各光電変換素子はその受光面積を等しくす
ることにより、各光電変換素子の容量が等しくなるので
安定した給電が行えるのである。

ところで、光電変換素子には基板上に各種電極層が形成
されるが、この基板としては光電変換素子の生産性、取
扱い性、加工性更に後述する二次電池との組み合わせの
容易性等の観点から光透過性の可撓性フィルムが好まし
い。

この場合、上記光透過性の可撓性フィルムとしては耐熱
性で光透過性が良好なポリイミドフィルム、ポリエーテ
ルエーテルケトンフィルム、ポリエーテルスルホンフィ
ルム、ポリフェニレンエーテルフィルム、ポリフェニレ
ンサルファイドフィル、ポリサル７オンフイルム本等を
用いたものが好ましい。

上述の光電変換型電池は、そのまま電気回路や電子回路
に組み込んで使用できるが、暗所でも何等不都合が生じ
ることなく円滑に使用しうるようにするため、この光電
変換型電池と二次電池とを組み合わせてなるハイブリッ
ド型二次電池とするのが好ましい。

即ち、光電変換型電池で充電するとこの最適作動電圧は
、当該電池を構成する半導体の禁制帯幅等の特性により
決定されるのであり、従って、異常な電圧が二次電池に
かかることがなく、しかも光は人が生活する場所ならど
こにでもあるので電子機器を使用しつつ常に充電できる
から電池がきれる心配もさほどないなどの利点がある。

そして、本発明に用いられる二次電池としては、小型で
あって充放電可能な電池であれば特に限定されるもので
はなく、導電性高分子等を用いたボタン型二次電池、ボ
タン型リチウム系二次電池、ボタン型銀糸二次電池、ボ
タン型ニッケルーカドミウム系電池等が挙げられる。

この場合、光電変換型電池と二次電池との接続方法は当
該充電変換型電池で二次電池を充電できるように、光電
変換型電池の陽極と二次電池の陽極を、又、光電変換型
電池のＰｊ極と二次電池の陰極をそれぞれ電気的に接続
すればよいのである。

このように、光電変換型電池と二次電池を組み合わせて
ハイブリッド型二次電池とすることにより、電子機器を
使用しつつ常に充電できるから電池がきれる心配もさほ
どないなどの利点があるー。

そして、このようなハイブリッド型二次電池において、
光電変換型電池の中心電極を二次電池の陰・陽いずれか
一方の電極と、又光電変換型電池の外周部における電極
と二次電池の陰・陽いずれか他方の電極とを、それぞれ
電気的に接続してなるものは、二次電池の片面に光電変
換型電池を張り合わせて固定したことになり、二次電池
の面積も受光部として利用できるから極めて有効である
。

又、このように二次電池の片面を受光部として用いろこ
とができるから、二次電池を設ける位置以外に受光部を
設けることができないような電子機器、つまり受光部が
その機器の大きさによって極めて限定されるような場合
にも、この光電変換型電池の取付けが可能になるのであ
る。

この場合においても、上述のハイブリッド型二次電池の
ときと同様に充電変換型電池で二次電池が充電できるよ
うに両者を電気的に接続する必要がある。

（ｅ）作用 本発明は、中心に一方の電極を配置し、この電極を取り
囲むように第１の光電変換素子を接続、配置し、この第
１の光電変換素子と電気的に直列に接続し、且つこれを
取り囲むように第２の光電変換素子を配置し、第３以後
の光電変換素子も同様に接続、配置するようにし、他方
の電極を外周部より取り出すようにしたという兵舎に、
次々と内側の光電変換素子を導電材料を介して取り囲む
と共に相互に隣接する光電変換素子を直列に接続する構
造であり、対をなす出力用の電極の−っは、光電変換型
電池の中央部より、又他の一つの電極は充電変換型電池
の外周部より取り出すことができ、この陰・陽電極を電
子回路の端子と接続しうるから極めてコンパクトな電子
回路ができる作用を有するのである。

又、本発明による光電変換型電池は、小型でボタン型の
二次電池の充電用電源として、この二次電池のケースに
直接張り合わせることができるのであり、これによって
、コンパクトな発電、Ｗ電システムができる作用を有す
る。

このように、光電変換型電池と二次電池を組み合わせて
ハイブリッド型二次電池とすることにより、電子機器を
使用しつつ常に充電できるから電池がきれる心配もさほ
どないなどの利点がある。

そして、このようなハイブリッド型二次電池において、
光電変換型電池の中心電極を二次電池の陰・陽いずれか
一方の電極と、又光電変換型電池の外周部における電極
と二次電池の陰・陽いずれか他方の電極とを、それぞれ
電気的に接続してなるものは、二次電池の片面に光電変
換型電池を張９合わせて固定したことになり、二次電池
の面積も受光部として利用できる作用を有するのである
。

又、このように二次電池の片面を受光部として用いるこ
とができるから、二次電池を設ける位置以外に受光部を
設けることができないような電子機器、つまり受光部が
その機器の大きさによって極めて限定されるような場合
にも、この充電変換型電池の取付けが可能になるのであ
る。

（ｆ）実施例 以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。

第１図は本発明の光電変換型電池の一実施例を示す平面
図であり、第２図はその■−■線視線面断面図る０図に
おいて、（１）は光電変換型電池であり、該光電変換型
電池（１）は複数の光電変換素子（２ａ）、（２ｂ）・
・・　この場合、３個の光電変換素子（２ａ）、（２ｂ
）、（２ｃ）を直列に接続して出力電圧を単一の光電変
換素子の出力電圧の３倍にするようにしてなる。

そして、本発明においては、第１図及び第２図に示すよ
うに、この充電変換型電池（１）においては、中心に一
方の電極（３ａ）、この場合、陽極を配置し、この電極
（陽Ｗ　）（３ａ）を取り囲むように第１のドーナツ状
光電変換素子（２ａ）を配置し、この第１の光電変換素
子（２ａ）と′：４気的に直列に接続し、且つこれを取
り囲むように第２のドーナツ状光電変換素子（２ｂ）を
配置し、第３以後のドーナツ状光電変換素子（２ｃ）も
同様に接続、配置するようにし、他方の電極（３ｂ）、
この場合、陰極を外周部より９０度間隔で取り出すよう
に構成されている。

従って、この光電変換型電池（１）は円形状に形成され
ており、上記の電極（陽極）（３ａ）、電極（陰極）（
３ｂ）を電子機器（図示せず）の接続端子と電気的に接
続することにより、当該電子機器の電源として用いられ
る。

次に、上記光電変換型電池（１）の構造を！＠２図に基
づいて詳細に説明すると、この光電変換型電池（１）を
構成する光電変換素子（２ａ）、（２ｂ）、（２Ｃ）は
各々その受光部の面積が等しく形成されており、しかも
その基板（４）が光透過性の可撓性フィルム、この場合
、光透過性のポリイミドフィルムが用いられている。

そして、上記の光電変換素子（２ａ）、（２ｂ）、（２
Ｃ）は上記基板（４）上に透明電極（５）、（５）、（
５）と光起電半導体層（６）、（６）、（６）を七゛れ
ぞれ順次ドーナツ状に堆積し、該光起電半導体層（６）
、（６）、（６）を背面電極層（７）、（７）、（７）
を用い、且つこの光起電半導体Ｍ（６）、（６）、（６
）をそれぞれ直列に接続し、更にそれらの上面を電気絶
縁層（８）を用いて被覆して形成されてなる。

本発明において、上記実施例では光電変換型電池（１）
が円形状のものについて説明したが、これに代えて、第
３図に示すように、矩形状の光電変換型電池（１）とし
てもよいのである、この場合、一方の電極（３ａ）を中
心とし、この電極（３ａ）を取り囲むように、中心部を
切り抜いた枠形の光電変換素子（２ａ）、（２ｂ）、（
２ｃ）を、上記実施例と同様に、接続、配置しても良い
のである。

＠４図及び第５図は、上述の光電変換型電池（１）と二
次電池（９）、この場合、リチウム系二次電池とを組み
合わせてなる本発明のハイブリッド型二次電池（１０）
を示し、第４図はその背面図であり、ｔｔＳｓ図はその
ｖ−ｖ線面断面図である。

第５図に示すように、このハイブリッド型二次電池（１
０）は、二次電池（９）の陽極側に光電変換型電池（１
）を張り合わせ、この光電変換型電池（１）の中心電極
（陽極）（３Ｍ）を二次電池（９）の陽極と、又光電変
換型電池（１）の外周部における電極（陰極＞（３ｂ）
と上記二次電池（９）の陰極とを、それぞれ電気的に接
続してなる。

そして、このハイブリッド型二次電池（１０）を使用す
るにあたり、これを構成する二次電池（９）の外周露出
箇所を陽極（９ａ）とし、又、その中心部内側を陰極（
９ｂ）として電子機器（図示せず）と電気的に接続すれ
ばよいのである。この場合、電子８！器における電池収
納部に上記ハイブリッド型二次電池（１０）を収納する
ときその光電変換型電池（１）を外側に向け、且つ透明
な蓋で閉蓋すればよいのである。この際、この蓋を透過
しての光発電が可能になるので、従来型のボタン型−次
電池を用いるのと同じ要領で、しかも、特別に受光部を
設けることなく発電・蓄電システムが得られるのである
。

第６図は、ハイブリッド型二次電池（１０）の他の実施
例を示し、この実施例では二次電池（９）と透明電極（
５）の間を導電材（１１）で充填し、これによって、二
次電池（９）の陽極（９ａ）と光電変換型電池（１）の
陽極（３ａ）とを電気的に接続したものである。他の構
成は上述の場合と同様であるので省略する。

（ｇ）発明の効果 本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載
する効果を有するのである。

請求項１の光電変換型電池においては、出力用の陰・陽
電極の−っは、光電変換型電池の中央部より、又他の一
つの電極は充電変換型電池の外周部より取り出すことが
でき、この陰・陽電極を電子回路の端子と接続しうるか
ら極めてコンパクトな電子回路ができる効果を有するの
である。又、この光電変換型電池は、小型でボタン型の
二次電池の充電用電源として、この二次電池のケースに
直接張り合わせることができるのであり、これによって
、コンパクトな発電、蓄電システムができる効果を有す
るのである。

請求項２の光電変換型電池においては、上述の如く、一
方の電極を中心とし、これを取り囲むように、第１、ｔ
５２・・・等の光ＩＥ変換素子が順次、直列に接続され
るが、この各光電変換素子はその受光面積を等しくする
ことにより、各光電変換素子の容量が等しくなるので安
定した給電が行える効果を有するのである。

請求項３の光電変換型電池においては、これを構成する
光電変換素子が基板上に形成されるが、この基板とりで
光透過性の可撓性フィルムを用いると、充電変換型電池
の生産性、取扱い性、加工性更に二次ｔｍとの組み合わ
せが容易になる効果を有するのである。

請求項４のハイブリッド型二次電池においては、異常な
電圧が二次電池にかかることがなく、しかも光は人が生
活する場所ならどこにでもあるので電子機器を使用しつ
つ常に充電できるから電池が外れる心配もさほどないな
どの効果がある。

請求項５のハイブリッド型二次電池においては、二次電
池の片面に充電変換型電池を張り合わせて固定したこと
になり、二次電池の面積も受光部として利用できるから
極めて有効である。又、このように二次電池の片面を受
光部として用いることができるから、二次電池を設ける
位置以外に受光部を設けることができないような電子機
器、つまり受光部がその機器の大きさによって極めで限
定されるような場合にも、この光電変換型電池の取付け
ができる効果を有するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電変換型電池の一実施例を示す平面
図、第２図はそのｎ−ｒｉｍ視断面断面図３図は他の実
施例を示す平面図、第４図は本発明のハイブリッド型二
次電池を示す背面図、第５図はその■−■線視線面断面
図６図は他の実施例を示す断面図である。 （１）−・・光電変換型電池、（２ａ）、（２ｂ）、（
２ｃ）・・・光電変換素子、（３ａ）・・・電極（陽極
）、（３ｂ）・・・電極（陰極）、（４）・・・基板、
（５）・・・透明電極、（６）・・・光起電半導体層、
（７）・・・背面電極層、（８）・・・電気絶縁層、（
９）・・・二次電池、（１０）・・・ハイブリッド型二
次電池。 第 図 Ｌ １　乞を変撓便電恵 ２ａ２ｂ２ｃ４ｔｉ便粟テ ３ａ＝を楢（吻ａ） ３ｂ・・・＠ａ（原液） ４・・暮夜 ５・・透明電ａ ６・−ム起１＋−＊捲麿 ７・・・背面ｔ４１ ８・・書見ｔ＃ ９・・二ズ註 １ｏ・・・へイブリッに慝二次１し色

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の光電変換素子を直列に接続しで出力電圧を
   単一の光電変換素子の出力電圧の複数倍にするようにし
   た光電変換型電池において、中心に一方の電極を配置し
   、この電極を取り囲むように第１の光電変換素子を接続
   、配置し、この第１の光電変換素子と電気的に直列に接
   続し、且つこれを取り囲むように第２の光電変換素子を
   配置し、第３以後の光電変換素子も同様に接続、配置す
   るようにし、他方の電極を外周部より取り出すようにし
   たことを特徴とする光電変換型電池。
2. （２）各光電変換素子の受光面積を等しくした請求項１
   に記載の光電変換型電池。
3. （３）基板が光透過性の可撓性フィルムである請求項１
   又は２に記載の光電変換型電池。
4. （４）請求項１ないし３のいずれかに記載の光電変換型
   電池と二次電池とを組み合わせてなるハイブリッド型二
   次電池。
5. （５）請求項４のハイブリッド型二次電池において、光
   電変換型電池の中心電極を二次電池の陰・陽いずれか一
   方の電極と、又光電変換型電池の外周部における電極と
   二次電池の陰・陽いずれか他方の電極とを、それぞれ電
   気的に接続してなるハイブリッド型二次電池。