WO2003100867A1 - Bloc d'alimentation - Google Patents

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Masashi Enomoto
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device including a battery such as a solar cell (photoelectric conversion device) and a chemical battery.
  • a battery such as a solar cell (photoelectric conversion device) and a chemical battery.
  • Solar cells are a type of photoelectric conversion device that converts light energy into electric energy.
  • the most widespread solar cells that use pn junctions of semiconductors or heterojunction of dissimilar materials absorb, for example, photons that have an energy larger than the band gap energy of the semiconductor among the photons incident on the pn junction. Then, electrons in the valence band are excited into the conduction band, and at the same time, holes are generated in the valence band.
  • the electron-hole pairs generated in the semiconductor as described above are generated by the internal electric field formed at the pn junction, where electrons move toward the n-type semiconductor layer and holes move toward the p-type semiconductor layer. Electric power is generated.
  • FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of an example of a wet solar cell.
  • the wet solar cell is mainly transparent substrate 1 1, such as glass, ITO (I nd i um T in Ox i de) transparent electrodes 1 2, such as, titanium oxide T i 0 2 semiconductor layer 1 4, such as the counter electrode 17, an electrolyte layer 16 held between the semiconductor layer 14 and the counter electrode 17, a substrate 19, and the like.
  • the device shown in FIG. 9A When light is incident, the device shown in FIG. 9A operates as a battery having the counter electrode 17 as a positive electrode and the transparent electrode 12 as a negative electrode.
  • the principle is as follows.
  • the light absorbing substance 15 When the light absorbing substance 15 absorbs a photon incident on the semiconductor layer 14, the electrons in the light absorbing substance 15 are excited from the ground state to the excited state. Since an electrical connection is formed between the light absorbing substance 15 and the semiconductor layer 14 by a lipoxyl group or the like, electrons in the excited state move to the conduction band of the semiconductor layer 14 immediately, and It reaches the transparent electrode 12 via 14.
  • cations generated by the light absorbing substance 15 losing electrons receive electrons from the anions of the electrolyte layer 16 and are electrically neutralized.
  • the anion that has lost the electrons reaches the counter electrode 17 by diffusion and receives electrons from the counter electrode 17.
  • the energy of a single photon is proportional to the frequency of the light and inversely proportional to the wavelength of the light. Since ordinary light such as sunlight contains light of various wavelengths, ordinary light is a group of photons having various energies.
  • the energy difference between the electron in the ground state and the electron in the excited state that is, the energy required to excite the electron from the ground state to the excited state is also determined as a value unique to the substance ( Hereinafter, this energy is called "excitation energy Ex", and the wavelength of a photon with the same energy is written as ⁇ X.
  • excitation energy Ex the energy difference between the valence band (ground state) and the conduction band (excitation state), that is, the bandgap energy is the excitation energy Ex.
  • the energy difference between the ground state and the excited state of the light absorbing substance is the excitation energy EX.
  • FIG. 8 is a graph schematically showing a conversion ratio of light energy to electric energy when light including light of all wavelengths near visible light uniformly enters a solar cell.
  • FIG. 9B is a graph schematically showing a rate at which solar energy is converted into electric energy by the wet solar cell of FIG. 9A.
  • Light falling from the sun to the Earth has the wavelength distribution shown in Figure 9B.
  • energy that is less than the excitation energy and energy that is wasted exceeds the excitation energy
  • the excitation energy EX is selected so that the sum of the energy and the energy becomes minimum, the maximum value of the energy conversion efficiency cannot exceed about 33%.
  • tandem-type solar cells have been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 11-273753, 2000-090989, and 2000-1000). No. 483, etc .; hereinafter, each photoelectric conversion element stacked in an evening-type solar cell is referred to as a tandem photoelectric conversion element).
  • FIG. 10A is a schematic cross-sectional view of an example of a tandem-type solar cell 10 using a wet-type solar cell. From the side closer to the incident light, three tandem photoelectric conversion elements 10a, 10b, and 10c are stacked in this order.
  • each tandem photoelectric conversion element has almost the same configuration as the single-layer wet solar cell shown in FIG. 9A.
  • the tandem photoelectric conversion element 10a includes a glass substrate 11, a transparent electrode 12a, a semiconductor layer 14a, a light absorbing substance 15a, an electrolyte layer 16a, a counter electrode 17a, 20 (corresponding to the substrate 19).
  • the counter electrode 17a and the spacer 20 are made of a material and a structure through which light is easily transmitted so that light not absorbed by the light absorbing substance 15a can be transmitted to the next tandem photoelectric conversion element. Consisting of
  • the absorption wavelengths of the light-absorbing substances 15a to 15c of each tandem photoelectric conversion element are different from each other.
  • an anthraquinone yellow dye is used as the light absorbing substance 15a
  • an anthraquinone magenta dye is used as the light absorbing substance 15b
  • an anthraquinone cyan dye is used as the light absorbing substance 15c.
  • the semiconductor layers 14a to 14c are also used so that the excitation energy absorbed by the electrons of the light absorbing substance is not wasted as much as possible, is stored as the energy of the conduction band electrons of the semiconductor layer, and can be taken out as the electromotive force of the battery. It is preferable to optimize according to the light absorbing substance 15a to 15c. That is, a semiconductor having a band gap energy as close as possible to its excitation energy is combined with each of the light absorbing substances 15a to 15c.
  • the greater the light absorption substance of excitation energy a combination of zirconium oxide Zr0 2 in place of the titanium oxide T i 0 2, absorbs longer wavelength light, small light of excitation energy the absorbent material, combining the acid tin Sn0 2.
  • FIG. 10B is a graph schematically showing a rate at which solar energy is converted into electric energy by the tandem solar cell configured as described above. Compared to Fig. 9B, it can be seen that the tandem solar cell can use the long-wavelength component of sunlight that was discarded by the single-layer solar cell, and also increases the energy conversion efficiency of the short-wavelength component.
  • each stacked tandem photoelectric conversion element In tandem solar cells, the electrical output of each stacked tandem photoelectric conversion element is often connected in series, and the wavelength range absorbed by each element is often divided such that the output current of each element is equal to each other.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to extract the outputs of a plurality of batteries having different output characteristics from a common terminal, and to further improve the energy efficiency by connecting the batteries. It is an object of the present invention to provide a power supply device configured so as to minimize the decrease in power consumption. Disclosure of the invention
  • the present invention is configured such that a plurality of batteries having different output characteristics are juxtaposed with each other, each output of the plurality of batteries is adjusted to the same voltage, and these outputs are taken out from a common terminal. Related to power supply.
  • the outputs of the plurality of batteries having different output voltages and output currents are adjusted to the same output voltage and then output to a common terminal so as to satisfy a parallel relationship.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a power supply device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a circuit of a step-up type chopper type regulator which is an example of a voltage adjustment circuit.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a power supply device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a power supply device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • 5A to 5C are schematic plan views showing wiring patterns of a battery matrix using small cells.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a serial stage number changing circuit suitable for use in Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing another series stage number changing circuit.
  • Figure 8 is a graph schematically showing the rate at which light energy is converted to electrical energy when light containing light of all wavelengths equally enters a solar cell.
  • FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of an example of a wet-type solar cell
  • FIG. 9B is a graph schematically showing a rate at which sunlight energy is converted into electric energy by the wet-type solar cell.
  • Figure 10A is a schematic cross-sectional view of an example of a tandem-type solar cell using a wet-type solar cell.
  • the plurality of batteries are connected in parallel with each other via respective voltage adjustment circuits.
  • each output from the plurality of batteries is temporarily stored in a capacitor, and the accumulated charge of each capacitor is changed to the same voltage by the voltage adjustment circuit that is switchably connected to each of the capacitors. It is also good to be taken out by time sharing.
  • the plurality of batteries may be divided into a plurality of batteries, and the number of series-connected stages and the number of parallel-connected batteries may be adjusted.
  • the plurality of batteries are photoelectric conversion elements such as a solar cell, and are preferably, for example, photoelectric conversion elements that are stacked in a light transmission direction and have different light absorption characteristics.
  • Embodiment 1 Embodiment 1
  • FIG. 1 shows that the outputs of the tandem photoelectric conversion elements 10a to 10c of the evening-type wet-type solar cell 10 are connected in parallel with each other via respective voltage adjustment circuits 3a to 3c, and the common output
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a power supply device output between terminals 1 and 2.
  • FIG. 10A is a schematic sectional view of a tandem-type wet solar cell 10.
  • the evening light is placed between the glass substrate 11, the two substrates 20 and the other substrate 19 in the first layer from the side closer to the incident light.
  • Conversion element 10 a, tandem photoelectric conversion element 10 b, 3 in the second layer The tandem photoelectric conversion element 10c is held in the layer.
  • the spacer 20 is made of a material and a shape through which light can easily pass, for example, a transparent glass plate or a transparent plastic plate such as polyethylene terephthalate or polycarbonate. Since the substrate 19 does not need to transmit light, an opaque glass plate, plastic plate, ceramic plate, or metal plate may be used.
  • Each tandem photoelectric conversion element 10 a to 10 c has the same structure,
  • Transparent electrodes 12a to 12c made of ITO (Indium Tin Oxide) etc. and counter electrodes 17a to 17c, semiconductor layers made of titanium oxide Ti02 etc.14a to 14c, light absorbing material 1 5a to 15c, electrolyte layers 16a to 16c, and the like.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • counter electrodes 17a to 17c semiconductor layers made of titanium oxide Ti02 etc.14a to 14c, light absorbing material 1 5a to 15c, electrolyte layers 16a to 16c, and the like.
  • an electrolyte solution or a gel or solid electrolyte can be used as the electrolyte layers 16a to 16c.
  • an electrolyte solution I - / I 3 _ such redox systems include solutions containing (redox couple). Specifically, a solution in which iodine and ammonium iodide are dissolved in a solvent such as acetonitrile is used.
  • a sealing material 18 such as an epoxy thermosetting resin, an acrylic ultraviolet curing resin, or water glass.
  • the absorption wavelengths of the light absorbing materials 15a to 15c are different from each other, and the light absorbing material in a layer farther from the light incident direction absorbs light of a longer wavelength.
  • an anthraquinone-based yellow dye is used as the light-absorbing substance 15a
  • an anthraquinone-based magenta dye is used as the light-absorbing substance 15b
  • an anthraquinone-based cyan dye is used as the light-absorbing substance 15c.
  • the voltage adjusting circuits 3a to 3c may be any of a boost type, a step-down type, and a step-up / step-down type, and preferably have low power consumption and high efficiency.
  • Existing DC-DC converter circuits can be used.
  • FIG. 2 shows an example of a step-up type chopper type constant voltage circuit as an example.
  • Tan The output voltage V from the dem photoelectric conversion element is the output voltage V input to the input terminal 51 and the ground terminal 52 and boosted to a desired voltage. Is output to the output terminal 53 and the ground terminal 54.
  • a coil 55 and a switching transistor 56 are inserted in series between the input terminal 51 and the ground terminal 52, and while the transistor 56 is in the ON state.
  • the current I flows, and energy is stored in the coil 55.
  • a control pulse having a rectangular waveform is applied to the base terminal of the switching transistor 56 from the control circuit 59.
  • the operation of the second circuit will be described.
  • the period when the transistor 56 is in the ON state is defined as t QN , If the initial value of I is set to I 1S and the value of I i at the end of the ON state is set to I 1E , the following relationship holds:
  • V L -(d I 2 / dt) L
  • control circuit 59 outputs the output voltage V.
  • V By monitoring V and increasing or decreasing the duty ratio of the rectangular pulse according to the deviation from the predetermined value, V. Is kept constant.
  • the voltage adjustment circuit does not necessarily need to be attached to all the tandem photoelectric conversion elements, but it is sufficient to determine one reference tandem photoelectric conversion element and attach it to the other tandem photoelectric conversion elements.
  • the output currents from the respective tandem photoelectric conversion elements are output so as to satisfy the parallel relationship, it is not necessary to make the output currents from the respective elements equal to each other, unlike the case of the series connection. Therefore, the light absorption wavelength characteristics of each tandem photoelectric conversion element can be assigned so that sunlight can be used with maximum efficiency.
  • FIG. 3 shows that the energy generated by each evening dem photoelectric conversion element 10a to 10c of the evening dem-type wet solar cell 10 is temporarily stored as an electric charge in each of the capacitors 4a to 4c.
  • the energy stored in each capacitor is output as a current with the same voltage between the common output terminals 1 and 2 in a time-sharing manner by the voltage adjustment circuit 3 d switchably connected to the capacitors.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a power supply device configured as described above.
  • the output method of the switch capacitor method is the output method of the first embodiment. It can be regarded as a modification of the formula. Since the output after voltage adjustment of each tandem photoelectric conversion element 10a to l0c is not connected to the common output terminal 1 at the same time, it cannot be said that the outputs are connected in parallel in a strict sense, Each tandem element 10a to 10c satisfies the parallel relation in that it is juxtaposed with the common output terminal 1 in an equal relation, which is a modification of the parallel connection.
  • Embodiment 1 the difference between the two is that in Embodiment 1, the same number of voltage adjusting circuits 3a to 3c as the number of tandem photoelectric conversion elements are provided, and the output of all tandem elements is constantly adjusted.
  • the second embodiment only the function of integrating the functions of the plurality of voltage adjustment circuits into one voltage adjustment circuit 3d and adjusting the output of each tandem photoelectric conversion element in a time-division manner.
  • the capacitors 4 a to 4 c according to the second embodiment are added to temporarily store the output from each evening dem photoelectric conversion element 10 a to 10 c while waiting for processing.
  • the voltage adjusting circuit 3d a circuit substantially the same as that used in the first embodiment can be used. However, since the processing must be completed within a limited time, it is necessary that the circuit has a high response speed.
  • a multiplexer using a known semiconductor switch is preferable.
  • the principle is not limited to this, and mechanical switches that switch contacts can also be used.
  • FIG. 4 shows the tandem photoelectric conversion elements 10 a to 10 c of each photoelectric conversion layer. It is divided into a number of small cells of the same size in advance, and the same output voltage is formed for each layer only by setting the connection relation of the small cells, and they are connected in parallel between the common terminals 1 and 2
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a power supply device according to a third embodiment configured to output signals.
  • a voltage adjustment circuit such as a step-up / step-down circuit may not be used.
  • the double-line connection in Fig. 4 indicates that small cells are connected in a matrix by using both series and parallel.In practice, a fixed number of small cells are connected in series. There are a number of them, which are connected in parallel with each other (hereinafter, the whole small cell connected in a matrix is referred to as a battery matrix).
  • the output voltage of the battery matrix is the product of the electromotive force of each layer and the number of small cells connected in series.
  • an appropriate number of series stages and the number of divisions into small cells that enable it must be determined in consideration of the electromotive force of each layer.
  • the electromotive force of the first layer is 0.6 V
  • the electromotive force of the second layer is 0.4 V
  • the electromotive force of the third layer is 0.3 V. Since the least common multiple of 6, 4, and 3 is 12, the common output voltage is defined as 1.2 V or an integral multiple of 1.2 nV (n is an integer).
  • tandem photoelectric conversion elements 10a to 10c of the photoelectric conversion layer need only be divided in advance into 12 small cells (which is the least common multiple of 2, 3, and 4).
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a state where wiring is performed so as to output the same output voltage of 1.2 V.
  • 5A is a diagram illustrating a first-layer battery matrix
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a second-layer battery matrix
  • FIG. 5C is a diagram illustrating a third-layer battery matrix. The output of the battery matrix of each layer is taken out from the output terminals 7a to 7c and 8a to 8c, respectively.
  • a simple method is to use a series / parallel wiring pattern determined in advance as described above, fix it to this, and keep it unchanged.
  • Another method is to make the battery matrix maintain the same output voltage even if the electromotive force of each layer changes due to changes in the wavelength distribution of the incident light or aging of the battery, etc. This is a method of changing the wiring pattern and changing the number of series connection stages.
  • Figures 6 and 7 show examples of the latter.
  • Figure 6 shows an example of a circuit that switches the number of series stages using a multi-contact slide switch.
  • the slide switch 62 When the slide switch 62 is at the position indicated by the dotted line, an output in which the small cells 61 are connected in series in three stages is output between the output terminals 63 and 64.
  • the slide switch When the slide switch is at the position indicated by the solid line, an output in which four small cells are connected in series is output between the output terminals 65 and 66.
  • FIG. 7 is an example of a circuit for switching the number of series stages by a gate circuit using transistors.
  • Transistors 72 to 76 control ON and OFF by applying control signals to control terminals 72 a to 76 a.
  • the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these examples, and can be appropriately modified without departing from the gist of the invention.
  • Embodiment 1 or 2 and Embodiment 3 can be used in combination. That is, a plurality of small cells are connected in series according to the method of the third embodiment, and an output adjusted in advance to a value close to a target output voltage value is used as an input of the voltage adjustment circuit of the first or second embodiment. is there.
  • the voltage adjusted to a value close to the target output voltage value is input from the viewpoint of the first or second embodiment, so that the load on the voltage adjustment circuit is reduced, and the voltage adjustment circuit is reduced.
  • This has the advantage that the energy loss spent for energy is reduced.
  • the voltage is finally adjusted to the same voltage by the voltage adjusting circuit, it is not necessary to exactly match the output voltages of the battery matrices of each layer. Therefore, there is an advantage that the number of series stages and the number of divisions into small cells can be freely selected.
  • the present invention is effective not only for a power supply device composed of a solar cell but also for a power supply device composed of any batteries such as a chemical battery, for example, an emergency power supply device composed of a lead storage battery and a power generation device composed of a fuel cell. Applicable to
  • a power supply device including a battery generally has the same problems as a power supply device including a solar cell. Industrial applicability
  • the outputs of a plurality of batteries having different output voltages and output currents are adjusted to the same output voltage and then output to a common terminal so as to satisfy a parallel relationship.

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Description

技術分野
明
本発明は、 太陽電池 （光電変換装置） や化学電池等の電池からなる電 源装置に関するものである。
書
背景技術
化石燃料に代わるエネルギー源として、 太陽光を利用する太陽電池が 注目され、 種々の研究が行われてきた。 太陽電池は、 光エネルギ一を電 気エネルギーに変換する光電変換装置の 1種である。
現在最も普及している半導体の p n接合、 あるいは異種材料へテロ接 合を利用する太陽電池では、 例えば p n接合に入射した光子のうち半導 体のバンドギヤップエネルギーよりも大きなエネルギーをもつ光子を吸 収して、 価電子帯の電子が伝導帯に励起され、 同時に価電子帯には正孔 が発生する。 このように半導体内で発生した電子一正孔対は、 p n接合 部に形成された内部電界により、 電子が n型半導体層の方に、 正孔が p 型半導体層の方に移動し、 起電力が発生する。
一方、 新しい原理による太陽電池として、 光誘起電子移動を応用した 湿式太陽電池が知られている。 図 9 Aは、 湿式太陽電池の一例の概略断 面図である。 この湿式太陽電池は、 主として、 ガラスなどの透明基板 1 1、 I T O ( I nd i um T i n Ox i de) などの透明電極 1 2、 酸化チタン T i 02 などの半導体層 1 4、 対向電極 1 7、 半導体層 1 4と対向電極 1 7との 間に保持された電解質層 1 6、 基板 1 9等で構成され、 更に、 半導体層 1 4の電解質層 1 6側表面には、 ルテニウム錯体からなる光増感色素等 の、 可視光領域付近に吸収スぺクトルを有する光吸収物質 1 5が吸着さ れている。
図 9 Aの装置は、 光が入射すると、 対向電極 1 7を正極、 透明電極 1 2を負極とする電池として動作する。 その原理は次の通りである。
光吸収物質 1 5が半導体層 1 4に入射した光子を吸収すると、 光吸収 物質 1 5中の電子が基底状態から励起状態へ励起される。 光吸収物質 1 5と半導体層 1 4との間には力ルポキシル基等による電気的結合が形成 されているため、 励起状態の電子はすみやかに半導体層 1 4の伝導帯に 移動し、 半導体層 1 4を経て透明電極 1 2に到達する。
一方、 光吸収物質 1 5が電子を失って生じた陽イオンは、 電解質層 1 6の陰イオンから電子を受け取り、 電気的に中和される。 電子を失った 陰イオンは拡散により対向電極 1 7に到達し、 対向電極 1 7から電子を 受け取る。
上記のいずれの太陽電池でも、 最も重要な特性の一つは、 光エネルギ 一を電気エネルギーに変換するエネルギーの変換効率である。 この変換 効率を高める上で大きな問題点が存在する。
光子 1個がもつエネルギーは、 光の振動数に比例し、光の波長に対して は反比例する。 太陽光等の通常の光には種々の波長の光が含まれている から、 通常の光は種々のエネルギーをもつ光子の集まりである。
それに対し、 物質中の電子は、 量子力学的に決まる、 その物質固有の いくつかのエネルギー状態しか取り得ない。 従って、 基底状態にある電 子と励起状態にある電子とのエネルギー差、 つまり、 電子を基底状態か ら励起状態に励起するのに必要なエネルギーも、 その物質固有の値とし て定まっている（以下、このエネルギーを「励起エネルギー E x」と呼び、 それと等しいエネルギーをもつ光子の波長を λ Xと記すことにする）。 p n接合を利用する太陽電池では、価電子帯（基底状態） と伝導帯（励 起状態） とのエネルギー差、 即ちバンドギャップエネルギーが励起エネ ルギ一 E xである。 湿式太陽電池では、 光吸収物質の基底状態と励起状 態とのエネルギー差が励起エネルギー E Xである。
図 8は、 可視光付近のすべての波長の光を均等に含む光が太陽電池に 入射した場合に、 光エネルギーが電気エネルギーに変換される割合を概 略的に示すグラフである。
波長が λ Xよりも長く、 光子のエネルギーが励起エネルギー Ε Xに満 たない光は、 電子を励起できないので吸収されず、 そのエネルギーが電 気エネルギーに変換されることもない。 つまり、 波長が λ χよりも長い 光のエネルギ一は、 利用できず無駄になる （図 8斜線部 （I ) ) 。
一方、 波長が λ Xよりも短く、 光子のエネルギーが励起エネルギー Ε より大きい光が吸収されたとしても、 電子によって獲得されるェネル ギ一が Ε Xを超えることはない。 つまり、 Ε Xを超える強力なエネルギ —をもつ光によつて励起しても、 Ε Xを超えるエネルギーは、 熱ェネル ギ一になつてしまい無駄になる （図 8斜線部 （Π ) ) 。
E xを小さくすると、 斜線部 （I ) の無駄は小さくなるが、 斜線部 （I I ) の無駄が大きくなる。 E xを大きくすると、 斜線部 （I I ) の無駄は小さ くなるが、 斜線部 （I ) の無駄が大きくなる。 このように、 斜線部 （I) 及び （I I ) で示される利用できないエネルギーには、 一方を小さくする と他方が大きくなるという二律背反の関係がある。
図 9 Bは、 図 9 Aの湿式太陽電池によって、 太陽光のエネルギーが電 気エネルギーに変換される割合を概略的に示すグラフである。 太陽から 地球に降り注ぐ光は図 9 Bに示す波長分布をもっている。 単一の光吸収 物質のみによる太陽電池では、 上記の二律背反の関係のために、 励起工 ネルギ一に満たず無駄になるエネルギーと励起エネルギーを超えて無駄 になるエネルギーとの総和が最小になるように励起エネルギー E Xを選 んでも、 エネルギー変換効率の最大値は約 3 3 %を超えることはできな い。
このような二律背反の関係を克服して、 より高いエネルギー変換効率 を実現するために、 異なる光吸収波長特性 （つまり、 異なる E x ) をも つ複数の光電変換素子が光の透過方向に積層されたタンデム型太陽電池 が提案されている （特開平 1 1— 2 7 3 7 5 3号公報、 特開 2 0 0 0 _ 9 0 9 8 9号公報、 特開 2 0 0 0— 1 0 0 4 8 3号公報等；以下、 夕ン デム型太陽電池において積層されている各光電変換素子をタンデム光電 変換素子と呼ぶことにする） 。
夕ンデム型太陽電池では、 前段のタンデム光電変換素子で吸収できな かった波長の光を後段のタンデム光電変換素子で吸収することができ、 光の吸収効率、 ひいては、 エネルギー変換効率を高めることができる。
図 1 0 Aは、 湿式太陽電池によるタンデム型太陽電池 1 0の一例の概 略断面図である。 入射光に近い側から、 3つのタンデム光電変換素子 1 0 a , 1 0 b、 1 0 cがこの順で積層されている。
各タンデム光電変換素子は、 図 9 Aに示した単層の湿式太陽電池とほ ぼ同様の構成をもつ。 例えば、 タンデム光電変換素子 1 0 aは、 ガラス 基板 1 1、 透明電極 1 2 a、 半導体層 1 4 a、 光吸収物質 1 5 a、 電解 質層 1 6 a、 対向電極 1 7 a、 スぺ一サ 2 0 (基板 1 9に相当） とから 構成されている。 ただし、 光吸収物質 1 5 aに吸収されなかった光が次 のタンデム光電変換素子まで透過していけるように、 対向電極 1 7 aや スぺーサ 2 0は、 光が透過しやすい材質及び構造のものからなる。
広い波長範囲の光を高い変換効率で光電変換するためには、 各タンデ ム光電変換素子の光吸収物質 1 5 a〜 1 5 cの吸収波長は、 互いに異な つていて、 光の入射方向から遠い層の光吸収物質ほど、 より長波長の光 を吸収するものであることが望ましい。
例えば、 光吸収物質 1 5 aとしてアントラキノン系イエロ一色素、 光 吸収物質 1 5 bとしてアントラキノン系マゼン夕色素、 光吸収物質 1 5 cとしてアントラキノン系シアン色素を用いる等である。
また、 光吸収物質の電子が吸収した励起エネルギーができるだけ無駄 にならず、 半導体層の伝導帯電子のエネルギーとして保存され、 電池の 起電力として取り出せるように、 半導体層 1 4 a〜 1 4 cも光吸収物質 1 5 a〜 1 5 cに合わせて最適化するのが好ましい。 即ち、 光吸収物質 1 5 a〜 1 5 cのそれぞれに対しその励起エネルギーにできるだけ近い バンドギヤップエネルギーをもつ半導体を組み合わせる。
例えば、 波長の短い光を吸収する、 励起エネルギーの大きい光吸収物 質には、 酸化チタン T i 02の代わりに酸化ジルコニウム Zr02を組み合わせ、 波長の長い光を吸収する、 励起エネルギーの小さい光吸収物質には、 酸 化スズ Sn02を組み合わせる。
図 1 0 Bは、 このように構成されたタンデム型太陽電池によって、 太 陽光のエネルギーが電気エネルギーに変換される割合を概略的に示すグ ラフである。 図 9 Bと比べると、 タンデム型太陽電池では、 単層の太陽 電池では捨てていた太陽光の長波長成分を利用できるとともに、 短波長 成分のエネルギー変換効率も高まることがわかる。
タンデム型太陽電池では、 積層された各タンデム光電変換素子の電気 出力を直列に接続し、 各素子の出力電流が互いに等しくなるように、 各 素子が吸収する波長範囲を分割することが多い。
この方式では、 標準となる太陽光の波長分布に対しては各素子からの 出力電流が等しくなるように設定されているとしても、 夏期と冬期、 日 中と朝夕など、太陽光の波長分布が標準の分布から大きく偏る場合には、 積層された各素子からの出力電流に大きな差が生じる。 このような状態 で各素子を直列につなぐと、 光量不足で出力電流が小さい素子が電池全 体の内部抵抗を増大させ、 出力電流を制限してしまう不都合が生じる。 かといつて、 各タンデム光電変換素子を並列につなぐと、 各素子の出 力電圧が異なるため、 最大電圧を出力する素子の電気エネルギーがそれ 以外の素子の中を逆流して一部が消滅してしまうと言う問題点が生じる 他の問題点は、 各タンデム光電変換素子からの出力電流を等しくする 波長分割パターンが、 太陽光を最大効率で利用するための波長分割パ夕 ーンと、 一般に一致しないことである。 上記の方式では、 直列接続とい う出力の取り出し方が、 各タンデム光電変換素子に割り当てる光吸収波 長特性を制限し、太陽光を最大効率で利用する上での障害になっている。 本発明は、 上記のような事情に鑑みてなされたものであって、 その目 的は、出力特性の異なる複数の電池の出力が共通の端子から取り出され、 しかも、 電池間の接続によるエネルギー効率の低下が極力抑えられるよ うに構成された電源装置を提供することにある。 発明の開示
即ち、 本発明は、 出力特性の異なる複数の電池が互いに並置され、 前 記複数の電池の各出力が互いに同一の電圧に調節され、 これらの出力が 共通の端子から取り出されるように構成された電源装置に係わる。
本発明によれば、 出力電圧及び出力電流が異なる前記複数の電池の出 力が、 互いに同一の出力電圧に調節された後、 並列の関係を満たすよう に共通の端子に出力される。
前記複数の電池の出力が並列の関係を満たすように出力されるので、 直列接続の場合と異なり、 出力電流が小さい電池が電源全体の内部抵抗 を増大させ、 出力電流を制限してしまうという不都合がない。
また、同一の出力電圧に調節された上で共通の端子に出力されるので、 異なる出力電圧の出力を並列に接続した場合に生じる逆流等の問題点が 生じることもない。 . 図面の簡単な説明
図 1は本発明の実施の形態 1に基づく電源装置を示す概略構成図で ある。
図 2は電圧調整回路の一例である昇圧型チヨッパ方式レギユレ一夕 の回路を示す概略である。
図 3は本発明の実施の形態 2に基づく電源装置を示す概略構成図で ある。
図 4は本発明の実施の形態 3に基づく電源装置を示す概略構成図で ある。
図 5 A〜図 5 Cは小型セルによる電池マトリックスの配線パターン を示す概略平面図である。
図 6は本発明の実施の形態 3で用いるのに適した直列段数変更回路 を示す概略図である。
図 7は同、 別の直列段数変更回路を示す概略図である。
図 8はすべての波長の光を均等に含む光が太陽電池に入射した場合 に、 光エネルギーが電気エネルギーに変換される割合を概略的に示すグ ラフである。
図 9 Aは湿式太陽電池の一例の概略断面図であり、 図 9 Bは湿式太陽 電池によって、 太陽光のエネルギーが電気エネルギーに変換される割合 を概略的に示すグラフである。
図 1 0 Aは湿式太陽電池によるタンデム型太陽電池の一例の概略断 面図であり、 図 1 0 Bはタンデム型湿式太陽電池によって、 太陽光のェ ネルギ一が電気エネルギーに変換される割合を概略的に示すグラフであ る。 発明を実施するための最良の形態
本発明において、 前記複数の電池がそれぞれの電圧調整回路を介して 互いに並列に接続されるのがよい。
また、 前記複数の電池からの各出力が一旦コンデンサに蓄積され、 こ れらの各コンデンサに対して切り換え可能に接続された前記電圧調整回 路によって、 前記各コンデンサの蓄積電荷が前記同一の電圧として時分 割で取り出されるようにするのもよい。
また、 前記複数の電池のそれぞれが複数個に分割され、 これらの分割 された電池の直列接続段数及び並列接続個数が調整されるように構成す るのもよい。
本発明において、前記複数の電池が太陽電池等の光電変換素子であり、 例えば、 光の透過方向に積層され、 かつ互いに異なる光吸収特性をもつ 光電変換素子であるのがよい。
以下、 本発明に基づく実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。 実施の形態 1
図 1は、 夕ンデム型湿式太陽電池 1 0の各タンデム光電変換素子 1 0 a〜 1 0 cの出力がそれぞれの電圧調整回路 3 a〜 3 cを介して互いに 並列に接続され、 共通の出力端子 1と 2の間に出力される電源装置を示 す概略構成図である。
図 1 0 Aは、 タンデム型湿式太陽電池 1 0の概略断面図である。 タン デム型湿式太陽電池 1 0では、 ガラス基板 1 1、 2枚のスぺ一サ 2 0， もう一方の基板 1 9のそれぞれの間に、 入射光に近い側から 1層目に夕 ンデム光電変換素子 1 0 a、 2層目にタンデム光電変換素子 1 0 b、 3 層目にタンデム光電変換素子 1 0 cが保持されている。
スぺーサ 2 0は、 光が透過しやすい材質と形状のもの、 例えば透明な ガラス板、 あるいはポリエチレンテレフ夕ラートやポリカーボネートな どの透明なプラスチック板とする。 基板 1 9は、 光を透過させる必要は ないので、 不透明なガラス板、 プラスチック板、 セラミック板、 金属板 を使用してもかまわない。
各タンデム光電変換素子 1 0 a〜 1 0 cは同じ構造をもち、それぞれ、
I TO (Indium Tin Oxide) などからなる透明電極 1 2 a〜 1 2 c及び 対向電極 1 7 a〜 1 7 c、 酸化チタン Ti02などからなる半導体層 1 4 a 〜 1 4 c、 光吸収物質 1 5 a〜 1 5 c、 電解質層 1 6 a〜 1 6 c等によ つて構成される。
電解質層 1 6 a〜 1 6 cとしては、 電解質溶液、 又はゲル状あるいは 固体状の電解質が使用可能である。 電解質溶液としては、 I -/ I 3_等の 酸化還元系 （レドックス対） を含む溶液が挙げられる。 具体的には、 ョ ゥ素とヨウ化アンモニゥムとをァセトニトリルなどの溶媒に溶解させた 溶液を使用する。 電池の側面は、 エポキシ系熱硬化性樹脂、 アクリル系 紫外線硬化樹脂、 水ガラス等の封止材 1 8によって密閉される。
光吸収物質 1 5 a〜 1 5 cの吸収波長は、 互いに異なっていて、 光の 入射方向から遠い層の光吸収物質ほど、 より長波長の光を吸収するもの である。 例えば、 光吸収物質 1 5 aとしてアントラキノン系イェロー色 素、 光吸収物質 1 5 bとしてアントラキノン系マゼン夕色素、 光吸収物 質 1 5 c としてアントラキノン系シアン色素が用いられる。
電圧調整回路 3 a〜 3 cとしては、 昇圧型、 降圧型、 昇降圧型のいず れでもよく、 低消費電力で高効率のものが好ましい。 既存の D C— D C コンバータ回路を用いることができる。
図 2に、 一例として昇圧型チヨッパ方式定電圧回路の例を示す。 タン デム光電変換素子からの出力電圧 V ,は、入力端子 5 1と接地端子 5 2に 入力され、 所望の電圧に昇圧された出力電圧 V。は、 出力端子 5 3と接地 端子 5 4に出力される。
図 2の左側の回路では、 入力端子 5 1 と接地端子 5 2の間にコイル 5 5とスイッチングトランジスタ 5 6とが直列に挿入されていて、 トラン ジス夕 5 6が O Nの状態にある間に電流 I ,が流れ、コイル 5 5にェネル ギーを蓄積する。
図 2の外まわりの回路、 つまり、 入力端子 5 1と接地端子 5 2の間に コイル 5 5、 ダイオード 5 7、 コンデンサ 5 8が直列に挿入されている 回路では、 トランジスタ 5 6が O F Fの状態にある間に、 コイル 5 5の 逆起電力によって昇圧された電流 I 2が流れ、ダイォ一ド 5 7を経てコン デンサ 5 8を充電するようになっている。 この時、 コイル 5 5に蓄積さ れていたタンデム光電変換素子からの出力エネルギーは、 コンデンサ 5 8の充電エネルギ一として出力側に送り出される。
上記の 2つの動作を切り換えるために、 スイッチングトランジスタ 5 6のべ一ス端子に制御回路 5 9から矩形波形の制御パルスが印加される, 以下、 電圧調節作用に重点を置いて、 定常状態における図 2の回路の 動作を説明する。
1、ランジス夕 5 6のベース端子に正のパルスが印加され、 トランジス タ 5 6が O Nの状態になると、 タンデム光電変換素子からコイル 5 5と トランジスタ 5 6に電流 I iが流れ始める。少なくとも数サイクルの間 V Iは一定とみなせるから、コイル 5 5を流れる電流 I ,は、次式のように、 流れ始めからの時間に比例して増加する。
d Iノ d t = V !/ Lここで、 Lはコイル 5 5のインダクタンス である。
従って、 トランジスタ 5 6が O N状態にある期間を t QN、 O N状態の 初めの の値を I 1S、 ON状態の終了時の I iの値を I 1Eとおくと、 次式 の関係が成り立つ,
1E = I is + (V,/L) t ON
トランジス夕 5 6のベース電位が接地電位に落とされ、 トランジスタ 5 6が OF Fの状態になる'と、 コイル 5 5の両端間に逆起電力 VLが誘起 され、 ダイオード 5 7が導通状態になり、 コイル 5 5からコンデンサ 5 8へ電流 I 2が流れ始める。 ダイォ一ド 5 7での電圧降下を無視すると、 次の関係が成り立つ。
VL = - ( d I 2/ d t ) L
Figure imgf000013_0001
ここで、 コンデンサ 5 8のリップル電圧は無視でき、 V。はほぼ一定と みなせるとすると、 次式のように、 電流 12は、 流れ始めからの時間に比 例して減少する。
d I 2/d t = - VL/L = 一 (V()- V,) ZL
従って、 トランジスタ 5 6が OF F状態にある期間を t OFF OF F 状態の初めの I 2の値を I 2S、 OF F状態の終了時の I 2の値を I 2Eとおく と、 次式の関係が成り立つ。
2E = I 2S (Vn- V,) t OFF' L
コイル 5 5の性質から、 OF F状態の終了時の 12 の値 I 2E は上記 I 1S に等しく、 OF F状態の初めの 12 の値 I 2S は上記 I に等し いから、 次の関係が成り立つ
1S 一 (Vn- V,) t OFF L
= ( I ,s+V, t 0N/L) (Vn- V,) t OFF^ L
上式を整理すると、
( t 0N+ t OFF) V OFFとなり、入力電圧 V, が変化しても、
0 OFF を調節することにより、 出力電圧 V。 を一定に保ち得るこ 939
12 とがわかる。 より具体的には、 制御回路 5 9が、 出力電圧 V。 をモニタ して、 所定の値からのずれに応じて矩形波パルスのデューティー比を増 減することで、 V。 は一定に保たれる。
電圧調整回路は必ずしもすべてのタンデム光電変換素子につける必要 はなく、 どれかひとつ基準となるタンデム光電変換素子を決めて、 その 他のタンデム光電変換素子に付けるだけでもよい。
本実施の形態では、 各タンデム光電変換素子からの出力電流は並列の 関係を満たすように出力されるので、 直列接続の場合と異なり、 各素子 からの出力電流を互いに等しくする必要がない。 従って、 太陽光を最大 効率で利用できるように、 各タンデム光電変換素子の光吸収波長特性を 割り当てることができる。
更に、 夏期と冬期、 日中と朝夕など、 太陽光の波長分布が標準の分布 から大きく偏る場合でも、 出力電流の小さい電池が電源全体の出力電流 を制限してしまうという不都合がない。
また、同一の出力電圧に調節された上で共通の端子に出力されるので、 異なる出力電圧の出力を並列に接続した場合に生じる逆流等の問題点が 生じることもない。
実施の形態 2
図 3は、 夕ンデム型湿式太陽電池 1 0の各夕ンデム光電変換素子 1 0 a〜 1 0 cによって発電されたエネルギーが一旦電荷として各コンデン サ 4 a〜4 cに蓄積され、 これらの各コンデンサに対して切り換え可能 に接続された電圧調整回路 3 dによって、 各コンデンサに蓄えられたェ ネルギ一が同一の電圧をもつ電流として時分割で共通の出力端子 1 と 2 の間に出力されるように構成されている電源装置を示す概略構成図であ る。
このスィツチトキャパシタ方式の出力方式は、 実施の形態 1の出力方 式の変形とみなし得るものである。 各タンデム光電変換素子 1 0 a〜 l 0 cの電圧調整後の出力が共通の出力端子 1に同時に接続されることは ないので、 厳密な意味では出力が並列接続されていると言えないが、 各 タンデム素子 1 0 a〜 l 0 cが共通の出力端子 1に対して対等の関係で 並置されている点で並列の関係を満たしており、 並列接続の変形と言え る。
更に言えば、 両者の違いは、 実施の形態 1では、 タンデム光電変換素 子と同数の電圧調節回路 3 a〜 3 cを設け、 すべてのタンデム素子の出 力を常時電圧調節しているのに対し、 実施の形態 2では、 複数の電圧調 節回路の機能を 1つの電圧調節回路 3 dに集約し、 各タンデム光電変換 素子の出力を時分割で電圧調節している点のみである。 実施の形態 2の コンデンサ 4 a〜 4 cは、 処理を待つ間の各夕ンデム光電変換素子 1 0 a〜 1 0 cからの出力を一時的に保存するために付加されたものである 従って、 電圧調節回路 3 dとしては、 実施の形態 1で用いられるもの とほぼ同様のものを用いることができる。 ただし、 限られた時間内で処 理を終えなければならないから、 その分応答速度の速い回路であること が必要である。
電圧調節回路 3 dの入力を切り換える方式としては、 公知の半導体ス イッチを用いたマルチプレキザがよい。 ただ、 原理的にはこれに限るも のではなく、 接点を切り換える機械式スィッチも使用可能である。
みかけは違っても、 各タンデム光電変換素子の出力が並列の関係を満 たすように共通の端子に出力される点は、 実施の形態 1 と同じであるか ら、 実施の形態 1に記述したと同様の効果が得られるのは、 言うまでも ない。
実施の形態 3
図 4は、 各光電変換層のタンデム光電変換素子 1 0 a〜 1 0 cがあら かじめ同じ大きさの多数の小型セルに分割され、 小型セルの接続関係の 設定のみで各層ごとに互いに同一の出力電圧が形成され、 それらが並列 の関係で共通の端子 1 と 2の間に出力されるように構成された、 実施の 形態 3の電源装置を示す概略構成図である。 ここでは、 実施の形態 1や 2と異なり、 昇降圧回路等の電圧調節回路は用いなくてよい。
図 4中の二重線の接続線は、 直列と並列の併用により小型セルがマト リックス的に接続されていることを表し、 実際には、 小型セルが一定個 数直列に接続されたものが複数あり、 それらが互いに並列の関係で接続 されている （以下、 このマトリックス的に接続された小型セル全体を電 池マトリックスと呼ぶことにする） 。
電池マトリックスの出力電圧は、 各層の起電力と小型セルの直列接続 段数の積となる。 各層の電池マトリックスの出力電圧を互いに同一にな るようにするには、 各層の起電力を考慮して、 適切な直列段数及びそれ を可能とする小型セルへの分割数を決めなければならない。
以下、 その決定の順序を説明する。 例えば、 1層目の起電力が 0 . 6 V、 2層目の起電力が 0 . 4 V、 3層目の起電力が 0 . 3 Vであるとす る。 6と 4と 3の最小公倍数は 1 2であるから、 共通の出力電圧を 1 . 2 V又はその整数倍 1 . 2 n V ( nは整数） と定める。
説明を簡単にするため、 出力電圧を 1 . 2 Vと定めたとする。 その出 力電圧を形成するために、 1層目の小型セルは 2個、 2層目の小型セル は 3個、 3層目の小型セルは 4個を直列に接続する必要があるから、 各 光電変換層のタンデム光電変換素子 1 0 a〜 1 0 cをあらかじめ （ 2と 3と 4の最小公倍数である） 1 2個の小型セルに分割しておけばよいこ とになる。
図 5 A〜図 5 Cは、 各光電変換層のタンデム光電変換素子 1 0 a ~ 1 0 cが 1 2個の小型セル 6 a〜 6 cに分割され、 各電池マトリックスが 同一の出力電圧 1 . 2 Vを出力するように配線された状態を示す概略平 面図である。 図 5 Aは一層目電池マトリックス、 図 5 Bは 2層目電池マ トリックス、 図 5 Cは三層目電池マトリックスを示す図である。 各層の 電池マトリックスの出力は、 それぞれ、 出力端子 7 a〜 7 c及び 8 a〜 8 cから取り出される。
直列段数の設定方法には 2種類の方法がある。 簡単なのは、 上記のよ うにしてあらかじめ決定しておいた直列/並列配線パターンを使い、 こ れに固定して以後は変更しない方法である。 もう一つの方法は、 入射光 の波長分布の変化や電池の経年変化等により各層の起電力が変化した場 合でも、 電池マトリックスが同一の出力電圧を維持できるように、 小型 セルの直列 Z並列配線パターンを変化させ、 直列接続段数を変化させる 方法である。
後者の例を図 6と図 7に示す。 図 6は、 多接点のスライ ドスィッチを 用いて、 直列段数を切り換える回路の例である。 スライ ドスィッチ 6 2 が点線の位置にあるとき、 小型セル 6 1が 3段に直列接続された出力が 出力端子 6 3と 6 4の間に出力される。 一方、 スライ ドスィツチが実線 の位置にあるとき、 小型セルが 4段に直列接続された出力が出力端子 6 5と 6 6の間に出力される。
図 7は、 トランジスタを用いたゲ一ト回路による直列段数切り換え回 路の例である。 トランジスタ 7 2〜 7 6は、 制御端子 7 2 a〜 7 6 aに 制御信号を印加して O N、 O F Fを制御する。
トランジスタ 7 2のみを導通させると、 出力端子 7 7と 7 8の間には 小型セル 8 1の起電力が出力される。 トランジスタ 7 3と 7 5のみを導 通させると、 出力端子 7 7と 7 8の間には小型セル 8 1 と 8 2を直列に つないだ電圧が出力される。 トランジスタ 7 4と 7 5と 7 6を導通させ トランジスタ 7 2と 7 3を遮断すると、 出力端子 7 7と 7 8の間には小 型セル 8 1 と 8 2と 8 3を直列につないだ電圧が出力される。
方式は異なっても、 出力が並列の関係を満たすように共通の端子に出 力される点は、 実施の形態 1及び 2と同じであるから、 前述したのと同 様の効果が得られるのは、 言うまでもない。
以上、 本発明を実施の形態に基づいて説明したが、 本発明はこれらの 例に何ら限定されるものではなく、 発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜 変更可能である。
例えば、 実施の形態 1又は 2と実施の形態 3を併用することも可能で ある。 つまり、 実施の形態 3の方式で小型セルを複数個直列につなぎ、 目標とする出力電圧値に近い値にあらかじめ調整された出力を、 実施の 形態 1又は 2の電圧調節回路の入力として用いるのである。
この併用方式によれば、 実施の形態 1又は 2の側からみると、 目標と する出力電圧値に近い値に調整された電圧が入力されるので、 電圧調節 回路の負担が小さくなり、 電圧調節のために費やされるエネルギーの損 失が小さくなるという利点がある。 実施の形態 3の側からみると、 最終 的には電圧は電圧調節回路によって同一電圧に調節されるので、 各層の 電池マトリックスの出力電圧を厳密に一致させる必要がない。 従って、 直列段数及び小型セルへの分割数をかなり自由に選択できるという利点 がある。
また、 本発明は、 太陽電池からなる電源装置ばかりでなく、 化学電池 等あらゆる電池からなる電源装置、 例えば、 鉛蓄電池等からなる非常用 電源装置や燃料電池からなる発電装置に対して、 効果的に適用可能であ る。
いずれの電池においても、 起電力や電池一個あたりの出力電流が比較 的小さく限られるため、 実際の使用では多数の電池が直列及び/又は並 列に接続されて用いられることが多い。 しかも、 製作条件、 経年変化、 充電状態や電池活物質の供給速度などの動作条件等の相違により、 各電 池の起電力と出力電流がともに相違している。 以上のように、 電池から なる電源装置は一般に太陽電池からなる電源装置と共通した問題点を抱 えているからである。 産業上の利用可能性
本発明によれば、出力電圧及び出力電流が異なる複数の電池の出力が、 互いに同一の出力電圧に調節された後、 並列の関係を満たすように共通 の端子に出力される。
複数の電池の出力が並列の関係を満たすように出力されるので、 直列 接続の場合と異なり、 出力電流が小さい電池が電源全体の内部抵抗を増 大させ、 出力電流を制限してしまうという不都合がない。
また、同一の出力電圧に調節された上で共通の端子に出力されるので、 異なる出力電圧の出力を並列に接続した場合に生じる逆流等の問題点が 生じることもない。
タンデム型太陽電池に応用した場合には、 夏期と冬期、 日中と朝夕な ど、 太陽光の波長分布が標準の分布から大きく偏る場合でも、 出力電流 の小さい電池が電源全体の出力電流を制限し光電エネルギー変換効率が 低下するという不都合がない。
また、 積層された各タンデム光電変換素子からの出力電流を互いに等 しくする必要がないので、 各タンデム光電変換素子に対し、 太陽光を最 大効率で利用できるように光吸収波長特性を割り当てることができる。

Claims

W° 03 100867 PC蘭細 39 18 請 求 の 範 囲
1 . 出力特性の異なる複数の電池が互いに並置され、前記複数の電池の 各出力が互いに同一の電圧に調節され、 これらの出力が共通の端子から 取り出されるように構成された電源装置。
2 . 前記複数の電池がそれぞれの電圧調整回路を介して互いに並列に 接続されている、 請求項 1に記載した電源装置。
3 . 前記複数の電池からの各出力が一旦コンデンサに蓄積され、これら の各コンデンサに対して切り換え可能に接続された電圧調整回路によつ て、 前記各コンデンサの蓄積電荷が前記同一の電圧として時分割で取り 出される、 請求項 1に記載した電源装置。
4 . 前記複数の電池のそれぞれが複数個に分割され、これらの分割され た電池の直列接続段数及び並列接続個数が調整される、 請求項 1に記載 した電源装置。
5 . 前記複数の電池が光電変換素子である、請求項 1に記載した電源装 置。
6 . 前記複数の電池が、光の透過方向に積層され、 かつ互いに異なる光 吸収特性をもつ光電変換素子である、 請求項 5に記載した電源装置。
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