JPH0244778A

JPH0244778A - 光電源

Info

Publication number: JPH0244778A
Application number: JP63195417A
Authority: JP
Inventors: Takefumi Nakanaga; 偉文中長; Yuji Tada; 祐二多田
Original assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Current assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Priority date: 1988-08-04
Filing date: 1988-08-04
Publication date: 1990-02-14

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、光電源に関するものである。

従来の技術とその問題点近年、太陽光、照明等の光を電力に変換する光電変換素
子の開発が進み、電力用から電卓等の民生機器に至る幅
広い用途で需要が増大している。

しかしながら、光電変換素子を使用していれば、光が減
少もしくは無くなった場合、電力の供給が低下もしくは
無くなり、機器の作動が困難になるを避は得ない。この
ような欠点を補うために、光電変換素子を充電可能な二
次電池又はキャパシタと組合せる方式が種々提案、採用
されている。しかしながら、機器の小型化と共に、電源
部材の小型化への要求も大きくなり、機器回路に直接組
込み可能な高エネルギー密度の電源素子が必要となって
いる。例えば、現在の機器に多用されているＩＣは、２
Ｖ以上の電圧が必要であり、これに満たない電源はＤＣ
−ＤＣコンバータもしくは複数電源の直列接続を要し、
結線等の繁雑さから、小型、簡略化という所期の目的を
達し得ていない現状である。　更に、液体電解質を用い
た素子は、液もれによる回路損傷の危険性があり、信頼
性に難がある。

本発明はこれらの問題点を克服し、小型で、且つ高エネ
ルギー密度で安定した出力を与え得る電源素子を提供す
るものである。

問題点を解決するための手段即ち、本発明は、光照射により電力を発生する光電変換
素子を複数個、積層するか、直列するか又は積層したも
のを直列接続してなる光電源部と、リチウムイオン伝導
性の高分子電解質を使用したリチウム二次電池部とが積
層され、且つ前記光電源部とリチウム二次電池部の同一
極の一方が電気的に接続された光電源に係る。

本発明で用いられる光電変換素子としては、従来公知の
ものを広く使用でき、例えばアモルファスシリコン、多
結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルファスシリコン
ゲルマニウム、ヒ化ガリウム等が挙げられ、これらはプ
ラズマＣＶＤ法等の慣用の方法にて作製され得る。

また、リチウム二次電池部の正極材としては、例えばＴ
　ｉ　Ｓ２　、ＭｎＯ２、Ｍｎ　Ｓ２　、アモルファス
Ｖ２Ｏ５、層状Ｖ２Ｏ５、アモルファスＣｒ２０５　、
Ｌ　ｔ　　　Ｍｕ２０　（３，５，、，４）等のリチ０
．５ラムイオンを吸蔵し得る物質を挙げることができ、この
中でも層状Ｖ２Ｏ５が好適である。負極材としては金属
リチウム、リチウムアルミニウム合金等のリチウムイオ
ンを生成し得る物質を挙げることとができる。リチウム
イオン伝導性の高分子電解質としては、ポリホスファゼ
ン電解質を好ましく例示できる。ポリホスファゼン電解
質としては、オリゴオチレンオキシ基を側鎖に有するポ
リマーにＬｉＣＱ０４．ＬｉＢＦ４．ＬｉＡｓＦ６゜Ｌ
ｉＰＦ６　ＣＦ３　ＳＯ３Ｌｔ等のリチウム塩を複合化
させた物質を用いることができ、特に、側鎖にオリゴエ
チレンオキシ基を有する下記式（Ｉ）。

（ｎ）、　　（ＩＩＩ）、　　（ＩＶ）又は（Ｖ）で示
されるセグメントが任意に配列したオリゴエチレンオキ
シポリホスフチゼン、或はこれらに前記リチウム塩を複
合化させた高分子電解質は、充電電圧を５Ｖ（短時間な
らば３５■）間で印加できることから、好適に用いるこ
とができる。

０（Ｃ１１２ＣＨ２０）ｋＭ〔上記式（Ｉ）〜（Ｖ）において、Ｒ及びＲ′はそれぞ
れ低級アルキル基を示す。ｈ及びｋはエチレンオキシ単
位の平均の繰り返し数を意味し、０≦ｈ≦１５，０≦に
≦１５の範囲の実数である。またＱ、ｍ及びｎはそれぞ
れ整数であり、３≦Ｑ＋ｍ＋ｎ≦２０００００を満足す
るものとする。〕本発明の光電源においては、上記光電源部及びリチウム
二次電池部の同一極の一方が電気的に接続され、他方が
逆流防止ダイオードを介して接続されているのが好まし
い。

また、本発明の光電源においては、更なる小型化、単素
子化のため、上記光電源部、逆流防止ダイオード及びリ
チウム二次電池部が積層され、且つ該光電源部とリチウ
ム二次電池部の同一極の一方が電気的に接続されている
のが望ましい。

更に本発明では、リチウム二次電池部が３Ｖ級であり、
通常２ｖ以上で使用されることや、ダイオードによる電
圧低下を考慮して、光電源部の出力電圧が２．３Ｖ以上
となるように光電変換素子を複数個、積層又は直列接続
するのが望ましい。

発明の効果本発明の電源素子は、光照射により電力を発生する光電
変換素子を複数個、積層、直列又は積層したものを直列
に配置することにより所望の電圧を発生しうるようにし
た光電源部と、広範囲の充放電が可能なリチウムイオン
伝導性高分子電解質を用い、光電変換素子の出力変動に
追随し得、且つ、液もれしないフレキシブルな３Ｖ級の
全固態リチウム二次電池部を積層、一体化し、両部の同
一極の一方のみを電気的に接続して、電気、電子回路に
実装可能としたものであり、このため各素子間の結線を
簡略化することができ、高エネルギー密度の全固態リチ
ウム電池としたことで、蓄電部の小型化のみならず、通
常の回路においてはＤＣ−ＤＣコンバータが不要になり
、更なる小型化と単素子化が可能となった。また、フレ
キシブルな光電源部と本二次電池部を積層することによ
り、全固態フレキシブル光電源素子となし得る。

実施例以下に実施例を掲げ、本発明をより一層明らかにする。

実施例１本実施例の充電源素子を第１図に示した。

１０ｍａ＋Ｘ　１０ｍｍで厚さ４０μｍの金属電極（１
３）にヘテロエピタキシャル成長法にて（１２）から（
４）へとＡＣ！ＧａＡｓ活性層、ＧａＡｓ光吸収層、Ａ
ＱＧａＡｓまど層の順に繰り返し積層し、その上に透明
電極（３）、金属電極（２）、透明保護膜（１）を作製
する。

この金属電極（１３）の裏面にリチウム箔（１，４）を
積層し、金属電極（１７）の上に塗布、乾燥法にて別途
作成した層状Ｖ’２０５層（１６）をポリマー電解質（
１５）により真空密着させる。

この素子を封止樹脂（１８）にて封止する。

ここで用いたポリマー電解質（１５）は前記構造式（Ｉ
）、　　（ＩＩ）及び（ｍ）が任意に配列した平均分子
量約８０万のポリホスファゼン（例えば特願昭６１−３
１０７３９号の実施例６に記載されたポリマー）にＬｉ
ＣＱ○４を１０％複合化させたものである。

このようにして作製したチップを、第４図に示すような
２０１（Ωの負荷を有する回路に組み込み、日中と夜間
の電圧及び電流を測定した。屋内、自然光１０００〜２
５００ルクス（６時〜１８時）での作動状態を第５図に
示した。

実施例２本実施例の充電源素子を第２図に示した。

１０ｍｍＸ　２０ｍｍで厚さ４０μｍの金属基板（３４
）上に封止材で絶縁した金属電極（３３）を形成し、こ
の上面にプラズマＣＶＤ法にて（３２）から（２４）へ
と、順次に、ｎ、　　ｉ、　　ｐ型のアモルファスシリ
コン層を積層し、その上に透明電極（２Ｂ）、金属電極
（２２）、透明保護膜（２１）を作製する。

この金属基板（３４）の裏面に実施例１と同様に薄型全
固態リチウム二次電池を積層し、封止材（１８）にてチ
ップを作製する。

これを実施例１と同様にテストを行い第６図の結果を得
た。

実施例３本実施例の充電源素子を第３図に示した。

８０ｍｍＸ４０ｎ＋ｍの金属基板を用いて実施例２と同
手順で同一平面に直列６セルの光電源部を作製し、実施
例１と同様に二次電池部を積層、封止して、素子を作製
する。

これを実施例１と同様にテストを行い、第７図のような
結果を得た。

以上３例いずれも３Ｖ前後の出力を保持できており、素
子と回路のマツチングも良好であった。

尚、３Ｖ級以上の回路用には、直列セル数を増し、二次
電池を積層することで容易に対応可能である。例えば第
２図及び第３図の二次電池部を第８図のようにする。

実施例４本実施例の光電源は、リチウム電池の一方の極板の外面
へ放電防止方向にダイオードを積層し、その上に光照射
により電池と逆の起電力を発生する光電変換素子を複数
個、積層あるいは直列もしくは積層したものを直列に接
続した光電源部が積層され、且つ光電源部及びリチウム
電池部の、ダイオードと接していない極が電気的に接続
された光充電機構を有する第９図で示されるようなもの
である。

８０ｍｍＸ４０ｍｍの金属基板（４７）に逆流防止ダイ
オード（５３）、絶縁層（４８）及び金属電極（４６）
を形成し、この上に実施例３と同手順で素子を作製した
。

これを、第１０図のような電圧計、電流計、抵抗を有す
る回路に接続し前記実施例と同様にテストを行い、第７
図と同様な結果を得た。

また、この素子は前記３例とは異なり、第９図の素子の
み（第４図や第１０図の如き付帯回路なし）で゛充電し
得ることから、機器から取り外して充電を行うような交
換用補助電池としても使用可能である。

また光電変換素子の積層順をｐｉｎと、逆にした場合は
二次電池の積層及び逆流防止ダイオードの方向を逆にす
ればよく、本実施例に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１で得られる充電源素子の縦断面図で
ある。第２図は、実施例２で得られる充電源素子の縦断
面図である。第３図は、実施例３で得られる充電源素子
の縦断面図である。第４図は、実施例１で得られる充電
源素子の一使用例を示す回路図である。第５図は、実施
例１で得られる光電源阻止に就いて電圧及び電流の時間
的変化を示すグラフである。第６図は、実施例２で得ら
れる光電源阻止に就いて電圧及び電流の時間的変化を示
すグラフである。第７図は、実施例３で得られる光電源
阻止に就いて電圧及び電流の時間的変化を示すグラフで
ある。第８図は、本発明の充電源素子の二次電池部の部
分拡大図である。第９図は、実施例４で得られる充電源
素子の縦断面図である。第１０図は、実施例４で得られ
る充電源素子の一使用例を示す回路図である。（１）・・・透明保護膜、（２）・・・金属電極（３）
・・・透明電極、（４）、（７）、（１０）−ＡＱ　ＧａＡｓまど層（５
）、　　（８）、（１１）　・・・ＧａＡｓ光吸収層（
６）、（９）、（１２）　・・ＡＱ　ＧａＡｓ活性層（
１３）・・・金属電極、（１４）・・・リチウム箔（１
５）・・・ポリマー電解質（１Ｂ）・・・層状Ｖ２Ｏ５、（１７）・・・金属電極
（１８）・・・封止樹脂（２１）・・・透明保護膜、（２２）、（３３）・・・
金属電極（２３）・・・透明電極、（２４）　、　（２７）　、　（３０）・・・ｐ型アモ
ルファスシリコン層（２５）　、　（２８）　、　（３
１）・・・ｉ型アモルファスシリコン層（２７）　、　
（２９）　、　（３２）・・・ｎ型アモルファスシリコ
ン層（３４）、（４７）・・・金属基板（４１）・・・透明封止材、（４２）・・・透明電極・
・・ｐ型アモルファスシリコン層・・・ｉ型アモルファスシリコン層・・・ｎ型アモルファスシリコン層・・・金属電極、（４８）・・・絶縁封止材・・・負極
、（５０）・・・電解質・・・正極、（５２）・・・金属電極（以　上）第１０第図時刻（ＩＩ）第図時刻（時）第７図時刻ｊ（晴→ 特許庁長官　　吉　１）文　毅　殿事件の表示昭和６３年特許願第１９５４１、発明の名称光電源

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光照射により電力を発生する光電変換素子を複数
個、積層するか、直列するか又は積層したものを直列接
続してなる光電源部と、リチウムイオン伝導性の高分子
電解質を使用したリチウム二次電池部とが積層され、且
つ前記光電源部とリチウム二次電池部の同一極の一方が
電気的に接続された光電源。
（２）上記光電源部及びリチウム二次電池部の同一極の
一方が電気的に接続され、他方が逆流防止ダイオードを
介し接続された請求項１記載の光電源。
（３）光電源部、逆流防止ダイオード及びリチウム二次
電池部が積層され、且つ該光電源部とリチウム二次電池
部の同一極の一方が電気的に接続された請求項１記載の
光電源。
（４）光電源部の出力電圧が２．３Ｖ以上となるように
光電変換素子を複数個、積層又は直列接続した請求項１
乃至３のいずれかに記載の光電源。
（５）リチウム二次電池部が層状のＶ＿２Ｏ＿５正極、
リチウム金属又はリチウム・アルミニウム合金負極及び
ポリホスファゼン電解質で構成された二次電池である請
求項（１）乃至（３）のいずれかに記載の光電源。
（６）ポリホスファゼン電解質が下記式（ I ）、（II
）、（III）、（IV）又は（Ｖ）で示されるセグメント
の任意に配列したオリゴエチレンオキシポリホスファゼ
ン、或はこれらにリチウム塩を複合化させたものである
請求項（５）記載の光電源。 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼（II） ▲数式、化学式、表等があります▼（III） ▲数式、化学式、表等があります▼（IV） ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｖ）〔上記式（ I ）〜（Ｖ）において、Ｒ及びＲ′はそれ
ぞれ低級アルキル基を示す。ｈ及びｋはエチレンオキシ
単位の平均の繰り返し数を意味し、０≦ｈ≦１５、０≦
ｋ≦１５の範囲の実数である。またｌ、ｍ及びｎはそれ
ぞれ整数であり、３≦ｌ＋ｍ＋ｎ≦２０００００を満足
するものとする。〕