JPS5965488A - 可搬性光起電力素子モジユ−ル - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、光起電力素子モジュール、特に可搬性に優れ
た軽量、可撓性の光起電力素子モジュールに関する。

〔従来技術〕

光起電力素子は、光エネルギーを直接電気エネルギーに
変換することができるため、将来性が期待されている。

しかし、将来は卓上電子計算機、ラジオ、電子式腕時計
などの微弱消費電力である小型電子機器の電源又は、灯
台、ＵＨＦ−ＶＨ，Ｆ中継器などの無人施設の電源等に
使用範囲が限定されている。これは、従来の光起電力素
子では、起電力が小さく、大電力を得るための広大なモ
ジュールでは高価になり、しかも強度、特に曲げ強度が
弱く、破損しゃすいため、けんろうなケーシングが必要
となり結果として非常に重いものとなって可搬性に劣っ
ていたためである。

一方、近年、比較的高電力を要する可搬性電子機器が普
及してきた。−例として、屋外でビテオカメラを用いて
ＶＴＲに録画ゴるこトカ挙けらｈ、る。従来、この種の
ＶＴＲの稼動には充電式の電池が使用されていた。この
′電池は高重量であるばかシでなく、通常、連続使用時
間が１／３〜１時間と短いため、長時間撮影には多数の
電池バックを準備、携帯せねばならす、経済性が劣シ、
また運搬が容易でなかった。

従来のｎ−Ｐ接合Ｓｉ単結晶光起電力素子や多結晶Ｇａ
Ａｓ光起電力素子の如き結晶性光起電力素子に代シ、近
年耐屈曲性に富み軽量化が可能な非品性シリコン光起電
力素子や有機光起電力素子等の薄膜光起電力素子が開発
実用に供されるようになってきた。これら薄膜光起電力
素子の特徴は特開昭５５−４９９４芸、同５４−１４９
４８９号、同５６−３５４７７呆、同５６−１２４２７
７芸等に詳述されている通り、スパッタ蒸着法やプラズ
マグロー放電法の如く真空槽を使用して製造されるが従
来の結晶性光起電力素子に比して安価であシ、しかも薄
膜故に可撓性に富む光起電力素子を容易に製造すること
ができる。しかし、真空槽を使用して製造する為に、経
済性を考ルすれば製造できる光起電力素子およびモジュ
ールの大きさが自ずと制限される。その大きさは１００
ｍｍ　Ｘ１００ｍｍ乃至２５０ｍｍ　Ｘ　２５０ｍｍ程
度である。

現状技術で製造できる光起電力素子では、動車からみて
ＶＴＲ撮影のような１２Ｖ５Ｗ程度の比較的高電力を得
ようとすると４平方米以上の受光面積を有する光起電力
素子又はモジュールが必要となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、比較的高電力を要する機器を直接稼動
する、又は、スペアの電池パ、りを充電することにより
携帯すべきスペア電池パックを減じることができる比較
的高電力が得られる可搬性光起電力素子モジュールを提
供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、薄膜光起電力素子を多数、可撓性フィ
ルム状（シート状）基材に固着形成し、実用的な比較的
高電力を得られる可搬性光起電カモジュールとなすこと
にある。さらに本発明においては、上記可撓性フィルム
状基材をおシたたみあるいはまるめ得るようにすること
によシ、運搬性をもたせる構造とした。

〔発明の実施例〕

以下、実施例を基に詳細に説明する。第１図は、本発明
の光起電力素子モジュールの一実施例の側面図である。

１は、フィルム状基材、２は光起電力素子を形成した基
板、３は単一の光起電力素子である。単一の光起電力素
子３は、第２図に要部断面を示すようにポリイミド、ポ
リアリルスルホン等の耐熱性樹脂基板２上に、アルミニ
ウム等の第１の電極３　ａ　（通常５００Ａ’の金属薄
膜を蒸着により形成）、非晶質シリコン層６Ｃ（シラン
やフルオロシランなどのシリコン化合物をＰ型、Ｎ型缶
不純物ガスを含む雰囲気中でグロー放電で順次堆積形成
する。Ｐ型層は、５０〜１ｏｏｏＡ　）’−プｉ　０．
０２〜１％、ノンドープ層１〜２μｍ、Ｎ型層は１００
〜１０００Ｉｅ１ドープ量０．１〜６％である。）Ｉｎ
−８ｎ酸化物等からなる透明な第２の電極３ｂ（通常１
０００Ｉｅ以上）を順次形成してなるものである。この
時上記非晶質シリコンの層３Ｃの形成時、基板２の温度
が約２５０℃まで上昇するので基板２は、耐熱性樹脂で
なくてはならない。この基板２の厚みは特に規制される
ものではないが通常１０〜１００μｍの樹脂膜であシ可
撓性が保たれる。

単一の光起電力素子６は、導体６により別の単一の光起
電力素子３′と直列又は並列に電気的に接続し、光起電
力素子４を形成する。経済的に歩留まシよく製造される
光起電力素子４の大きさは自ずと限界（通常１００叫×
１００噸乃至２５０　ｗｎＸ　２５０ｍ＋ｎ程度）があ
る。光起電力素子１　ｃａ当−りの起電力は、１酷程度
である為、上記したＶＴＲを一つの光起電力素子モジュ
ールで稼動することができない。その為光起電力素子を
多数直列及び／又は並列に接続した比較的高起電力用モ
ジュールにする必要がある。その時、第１図に示したよ
うに柔軟性に富むフィルム状基材１に複数の光起電力素
子４を固着することにより可搬性の光起電カモジュール
とするととができる即ち、第３図に示す如く柔軟性に富
むフィルム状基月１に光起電力素子４の基板２を固着し
導体７によシ他の光起電カモジュール４′や端子５と電
気的に接続する。導体７は、可撓性欽ペーストの如き可
撓性物とすることにより、全体として可撓性ある光起電
力素子モジュールとなすことができ、必要に応じ、たた
み、丸める等コンパクトにして携帯、運搬することがで
きるようになる。

フィルム状基材１は柔軟性に富む０，１〜６薗のプラス
チ、クフィルムが良いが、例えば厚み１瓢の軟質ポリエ
チレンフィルムのような伸びやすいフィルムの場合、取
扱中に導体７が破断し。

たシ、固着した基板２がはがれたり、場合忙よっては光
起電力素子が破損するので好ましくない。通常の取扱で
、こね、らの故障が起らないためには、フィルム状基材
の伸びが１ｃｒｎ巾り、１に９の荷重で３チ以下である
ことが必要である。

このような材料として０．５〜１叫厚さの二軸延伸ポリ
アミド、ポリエステル、ポリブタジェンのほか、ガラス
繊維又は延伸ポリプロピレンの布（フィルム表面性のた
めには平織シが良い）をラミネートしたポリプロピレン
などを用いるのが良い。光起電力素子モジュールの基板
２とフィルム状基材１の固着は、熱溶着、高周波溶着な
どによっても良いが接着が作業動車及び光起電力素子の
破損防止上好ましい。その、ためにはフィルム状基材表
面を予じめオゾン、プラズマ火炎などにより活性化して
おくことによシ強固な接着力が得られ、また、導体７を
銀ペーストなどを印刷する時、強固な密着力が得られ信
頼性良い光起電カモジュールにできる。

受光面である第２の電極３ｂは、透明体によ多形成され
るが、使用中汚れ透過率が減小する恐れがある。また屋
外使用中、雨露などが尚ると導電部がショートする恐れ
がある為、防水性透明絶縁層でモジュール表面をコート
するのが良い。コート材としては、ポリメチルメタクリ
レート、ポリウレタン等でも良いが、好ましくは塩化ビ
ニリデン層を設けるのがＳい。その理由は塩化ビニリデ
ンは、膜厚１〜１０μｍ程度で、透湿も防止することが
でき、電極、導体の腐食を防止でき光起電力素子モジュ
ールの寿命を長くすることができる上、汚れを水洗する
ことが容易になる。

本発明による光起電カモジュールで１２Ｖ５Ｗ程度のＶ
ＴＲを稼動する場合、イの大きさは、２ｍ四方程度とな
る。また、本モジュールは軽量かつ柔軟性に富む為、風
によシ吹きとばされたりシワにな・ることかあるので、
使用時には、張り綱又は杭により強く張るのが良い。光
起電力素子モジュールの形状によシ異なるが、三角形の
場合、６ケ所の各頂点で、四角形の場合第４図に平面図
を示すように４ケ所の各頂点に孔８をあけておくことに
より張るのが容易となる。

以上説明は、非晶質シリコン光起電力素子を例に挙げて
行なったが、光起電力素子としては非晶質シリコンの代
シにフタロシアニン顔料、メロシアン色素などの有機化
合物を用いたいわゆる有機太陽電池であっても伺ら差し
つかえないことは言うまでもない。

また、受光面側の第２の電極は、透明であることが必要
であるが、第１の電極は前述したような金属でよい。

これまでの説明は、全て予じめ耐熱性樹脂基板２上に光
起電力素子を予じめ形成しておいたモジュールを柔軟性
フィルム状物１に固着する実施例で行なったが、光起１
：力素子を直接柔軟性フィルム状物上に形成しても裏込
ことは云うまでもなり０ さて、例えば、１２ｖ５Ｗの電力を得る為には９　ｃｒ
ｌの非晶質シリコン太陽電池素子を１５個直列にし、そ
れらを１５個並列に接続した構造をもつ太陽電池モジュ
ールを９個すべて主列に接続したシート状太陽電池を用
いればよい。

しかし、これを運搬する為に第４図に示す軸１２　、１
３に沿ってたたむ際発生する曲げ変形の為太陽電池モジ
ュールを損傷する恐ハがある。この損傷を防止するため
には、太陽電池モジュール相互の間隔が太陽電池モジュ
ールとシートの厚みの少なくとも３倍必要である。また
、ｌｌｌ１Ｂ１３と１２の交点は２方向に曲げられ、変
形量が大きくなる。

＠５図に本発明の第２の実施例を示す。同図において第
４図と同一の番呆は同一物を示す。

本実施例においては、軸１６と１２の交点に太陽電池モ
ジュ、−ル相互の間隔の０．５倍から０８倍の径の孔１
５を設ける。孔１５の大きさを太陽電池モジュール相互
の間隔の０．５倍から０８倍に制限したのは、０．５倍
未満では曲げ変形量が大きくなり、０．８倍より大きく
なると、孔周辺に発生する伸び変形が太陽電池を損傷す
る恐れがある。

上記したモジュール間隔、孔を設けることにり、運搬時
及び保管時にはシート状太陽電池装置をたたみ、コンパ
クトにすることができる。

−！た、太陽電池素子の寿命は、電極の劣化が主要因で
ある。これを防止するためシート状太陽電池装置全体を
透明かつ防湿性を有するプラスチ、ツク例えば塩化ビニ
リデン等により表面をおおい、太陽電池素子及び導体を
保論じても良い。

次に本発明の他の実施例を第６図、第７図を用いて説明
する。第６図において、１４は厚さ０．２ヨ〜２．のポ
リイミド等よりなるプラスチック基板、１６ａは第７図
（ａ）のように直列接続さｈた複数個の太陽電池素子、
１６ｂは第７図（ｂｌのように１６ａとは逆方向に直列
接続された複数個の太陽電池、１８は１６ａと１６ｂを
接続するための電極１７は１対の出力端子である。通常
ポータプルＶＴＲの消費電力は５〜１０Ｗ１電圧１２Ｖ
であるので、本実施例では、これに合わせて２５：ｍ　
Ｘ　２５ｃｒｎのアモルファス太陽電池素子１６ａ、１
６ｂを１６個直列接続し、上記の電力を得ている。ここ
で素子の寸法はｌ　＝　２　ｍ　、　Ｗ　＝２５ｃｒｎ
である。本実施例によれば、可とう性のプラスチック基
板１４上に１〜２μｍのアモルファス太陽型、池素子を
設けているために、運搬時長さ５５ｃｒｎ程度の円筒状
にまるめられ、軽量で持ち運び九便利である。また第６
図の太陽電池装置は一辺に一対の出力端子１７が出てい
る構成をとるために、ボータプルＶＴＲとの接続が簡易
である利点を有する。なお、太陽電池素子を直列接続し
出力端子を１対にまとめるために、太陽電池素子１６ａ
と１６ｂ’ｉ第７図（ａ）　、　（ｂ）のように直列接
続の向きを逆にしている。すなわち、１６ａの断面図で
ある第７図（ａ）では第２電極２１から第１電極１９に
接続されておシ、１６ｂの断面図である第７図（ｂ）で
は第１電極１９から第２電極２１に接続されている。第
６図において、１９はアルミニウム等よシなる厚さ５０
ｄ以上の第１電極２ｏはアモルファスシリコン層、２１
はＩｎ　−Ｓｎ酸化物等から成る１００（１１以上の透
明性にすぐれた第２電極である。ここで上記アモルファ
スシリコン層はシランやフロルシランなどのシリコン化
合物をＰ型、Ｎ型缶不純物ガスを含む雰囲気中でグロー
放電法等で順次堆積形成させる。なお、上記Ｐ型層は膜
厚５゜〜１０００Ｉｅ１　　ドープ量０．０２〜１％、
ノンドープ層は膜厚１〜２μｍ１Ｎ型層は膜厚１０ｏ〜
１ｏｏｏＸ、ドープ量０．１〜３％である。

次に本発明の他の実施例を第８図を用いて説明する。

第８図において、３１は２５０Ｃ以上の耐熱性を有する
厚さ０．５＋ｍｎ以下のポリイミド等より成るプラスチ
ック部材、６０は厚さ１問〜３聾のポリエステル等よシ
成るプラスチック部材で、６１に樹脂接着されている。

アモルファスシリコン層ヲ形成する際には少なくとも２
５０１：以上の高潟にすることが望ましいため、通常耐
熱性のすぐれたポリイミド等の樹脂フィルムが用いられ
ているが、耐熱性のすぐれたこれらの樹脂フィルムの厚
いものは製造することがむずかしく、コストも高い。そ
こで、本実施例は比較的うすい耐熱性のプラスチックフ
ィルム上にアモルファスシ１）コン太陽電池を形成し、
耐熱性には劣るがコストが安く厚いポリエステル等のプ
ラスチックフィルムに樹脂接着させたものである。本実
施例によれば、安価なプラスチック部拐上にアモルファ
スシリコン太陽電池を形成することが可能となる。

本発明の他の実施例を第９図に示す。第９図は、ポリエ
ステル等のプラスチック部材上に、電＠Ｌ４６をスクリ
ーン印刷等で形成したものに、あらかじめ、ポリイミド
等の２５０℃以上の耐熱性プラスチックフィルム４４上
に形成しておいたアモルファス太陽電池素子を樹脂接着
し、該太陽電池素子と上記電極間を銀ペースト等の導電
性ペーストによシミ気的に接続したものである。

本実施例によれば、前実施１例と同様にプラスチック部
材のコストが下シ、さらにスクリーン印刷にて任意の太
陽電池モジュールを形成することが可能となる。

上記すべての実施例において、上記太陽電池素子上に防
湿性のプラスチック例えば塩化ビニ１１デン樹脂層を設
けることは、耐水性、耐久性、信頼性を向上させるうえ
で重要なポイントである。

ひきつづき、本発明の他の実施例を第１０図〜第１６図
を用いて説明する。

本実施例の特徴は薄膜太陽電池シートを略扇形状となし
、かつ扇形中央部で太陽電池を径方向に２分割にし、分
割部で折曲げ可能な構造としたものである。

第１０図は、薄膜太陽電池の断面図である。５５は基板
で、芳香族ポリイミド、ポリアリルスルホン され、厚さは約１００μｍである。５６は電極でステン
レスがどの金属□で形成され、犀さは約１μｍである。

５７は、非晶質太陽電池であり岸さは０．７μｍ程度で
ある。５８は酸化インヂウムなどで形成された透明電極
で厚さは約０．１μｍである。従って、薄膜太陽電池全
体の厚さは約）１００μｒｎとなり、可撓性を有しかつ
非晶質太陽電池が曲げに強いことから、軽量で折シ曲げ
可能な太陽電池を形成できることを示している。また５
７は、メロシアニン色素等の有機化合物の薄膜を用いて
もよいことは言うまでもない。要するに可撓性のある光
起電要素であわばよい。

第１１興は、略扇形薄膜太陽電池モジュール４個で構成
さｈた本発明の一実施例の正面図卆ある。

略扇形薄膜太陽電池モジュール５９は、略扇形の径方向
の中央部で太陽電池を２分割し折り曲げ可能な構造とし
、電極（ｉ）６７と電極（２）６８を有している。

電極（１）６７は、導電性の口，，ドロ１に接続され、
ロッド６１は導電性の中空円筒形状の支柱６０に接続さ
れリード線７０をへてコネクタ６９に至る。電極Ｑ）６
８は、ロッド６１と絶縁された導電性のりング６６に接
続さｈリード線７１をへてコネクタ６９に至る。

太陽電池素子に光が入射すると電極（１）６７、電極（
２）に起電力が生じせしめられ、コネクタ６９よシ利用
することができる。

第１２図は、第１１図の断面図である。太陽電池のとこ
ろは左半分は略しである。６４は支柱６０を摺動する摺
動環、６２はロッド６１と摺動環６４を連接する連接棒
、１５は摺動３Ｊ１６４の位置決めをするストッパーで
あり゛、弾力性で支柱６０から蛸部が突出し、外力によ
って支柱６０の内部に押し込まれるようになっている。

ロッド６１と支柱６０、ロッド６１と連接棒６２、連接
棒６２と摺動環６４の接ぎ目は、回転自在に接続されて
いる。

摺動環６４を上下に移動させることによって、ロッド６
１′と支柱６０のなす角度が変化する。口．、。

ドロ１と支柱６０の角度を使用時は、９０度の角度にす
ることによシ太陽光線と太陽電池面の角度を９−にし、
持ち運ぶときは、０度にしをシ扱うことにより、携帯性
が良好になる。

説明のために太陽電池モジュールは４個にしたが、折り
たたんだ時に持ち運びて適当な大きさにするには個数を
増せばよいことは言うまでもない。好ましくは、１０〜
１２個である。

太陽電池素子の大きさは、素子の変換効率によって異な
るが、５Ｗ程度を得るのに４ｍ’位必要であシ、１辺２
ｍの正方形が必要になるが、円形にすると半径１．１７
ＦＩ程度でよく、ロッドと支柱のなす角変が変化できる
構造にしてあれば、携帯するのに手ごろな大きさとなる
。

第１５図は、別の実施例であり支柱６０が伸縮すること
によシ、太陽光線に対向して太陽電池素子が設定できる
ことを示している。これによシ効率よく光起電力を得る
ことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば比較的大電力が得
られ、しかも携帯、可搬性に優れた光起電力素子が容易
に得られ、ＶＴＲの長時間撮影などにも電池を多数携帯
しなくても良いようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側面図、第２図は光起
電力素子の要部断面図、第６図は光起電力素子モジュー
ルの要部断面図、第４図は第１図の実施例の平面図、第
５図〜第１５図は本発明の他の実施例を示している。 １・・・フィルム状基材、 ２・・・光起電力素子の基板、 ３・・・単一の光起電力素子、 ３ａ・・・第１の電極、　　３ｂ・・・第２の電極、３
ｃ・・・非晶質シリコン、４・・・光起電力素子、５・
・・端子、　　　　　　６．７・・・導体、８・・・孔
。 七・ 代理人弁理士　薄　１）オｒ　幸 羊　　１　　口 羊　３　　図 早４図 箒　　５　　図 羊　　ｂ　　図 ／６ａ １６か 榮７図 （α） （し） 箒８図 １ 羊　　′ｆ　　図 ＺＩ 羊　７０　図 ５ 茎　ＩＩ　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　少なくとも受光面側に用いる導体が透明である一
   対の導体間にメロシアン色素、フタロシアニン顔料など
   の有接化合物の薄膜、或は非晶質シリコンが挾まれてな
   る可撓性を有する２ケ以上の光起電力素子を、柔軟性に
   富むフィルム状基材上に形成したことを特徴とする光起
   電力素子モジュール。 ２、　該フィルム状基材が１ｃｒｎ巾当ｆｉ　Ｉ　Ｋｐ
   の荷重での伸びが３多以下である特許請求の範囲第１項
   記載の光起電力素子モジュール。 ３、　該フィルム状基材が平織ガラス繊維布の如き補強
   材を積層したフィルム状物であることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の光起電力素子モジュール。 ４、　該フィルム状基材がオゾン、プラズマ或は火災処
   理されたポリプロピレン又は、ポリエステルの如き接着
   、印刷性が優れたフィルム状物であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の光起電力素子モジー−ル。 ５、　少なくとも受光面側表面をポリ塩化ビニリデンの
   如き防水性に富む透明膜で被覆した特許請求の範囲第１
   項記載の光起電力素子モジュール０ ６　該フィルム状基材の外周部近傍に少なくとも６ケの
   取付固定孔を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光起電力素子モジュール。