JP2011077361A - Solar battery system and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽電池システムとしての薄膜化および出力回路などの太陽電池ユニットを搭載する部分のスペースの効率化を図ることによって様々な機器に搭載することが可能な太陽電池システムを提供すること。
【解決手段】電源回路システムSは、太陽電池ユニット100を支持するとともに当該太陽電池ユニット100によって生成された電源電圧VEの出力制御を行う出力回路を有するフレキシブルプリント基板(FPC)200を有しており、このFPC200のベース210の上面であって太陽電池ユニット100が積層される第1基板面に積層される上部配線パターン220が太陽電池ユニット100の一方の電極層として機能する。
【選択図】図1The present invention provides a solar cell system that can be mounted on various devices by reducing the thickness of the solar cell system and improving the efficiency of the space for mounting a solar cell unit such as an output circuit.
A power supply circuit system S comprises a flexible printed circuit board (FPC) 200 having an output circuit for controlling the output of the solar battery power supply voltage V E generated by the unit 100 to support the solar cell unit 100 The upper wiring pattern 220 laminated on the upper surface of the base 210 of the FPC 200 and on the first substrate surface on which the solar cell unit 100 is laminated functions as one electrode layer of the solar cell unit 100.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、太陽電池ユニットが搭載された太陽電池システムの技術に関し、特に、フレキシブルプリント基板に太陽電池ユニットを配設する技術に関する。 The present invention relates to a technology of a solar cell system in which a solar cell unit is mounted, and more particularly to a technology of disposing a solar cell unit on a flexible printed board.
近年、太陽光のような自然エネルギーの有効利用による電力供給の重要性への認識がますます高まりつつある。例えば、シリコン結晶やアモルファスシリコン薄膜、非シリコン系の化合物半導体の多層薄膜を用いる、いわゆる固体のpn接合型の太陽電池ユニットについて、そのエネルギー変換効率の向上とコスト削減のための研究開発が活発に行われている。特に、製造工程の容易化、低コスト化およびエネルギーの高効率化により、有機薄膜太陽電池または色素増感型太陽電池などの印刷技術を使用して作成可能な太陽電池が提案されている。 In recent years, there has been an increasing awareness of the importance of power supply through the effective use of natural energy such as sunlight. For example, for so-called solid pn junction solar cell units that use silicon crystals, amorphous silicon thin films, and non-silicon compound semiconductor multilayer thin films, active research and development to improve energy conversion efficiency and reduce costs Has been done. In particular, a solar cell that can be produced using a printing technique such as an organic thin film solar cell or a dye-sensitized solar cell has been proposed due to the ease of the manufacturing process, cost reduction, and energy efficiency.
また、最近では、太陽電池のみならず、当該太陽電池ユニットにて生成された電圧の取り出す方法などを工夫することによって太陽電池システムとして高効率化および低コスト化を図るものも知られている。例えば、太陽電池(以下、「太陽電池ユニット」という。)と、当該太陽電池ユニットが設けられたスイッチングレギュレータと、を同一基板に一体的に搭載し、太陽電池ユニットにて生成した電圧を電子機器に供給するための太陽電池システムが提案されている(例えば、特許文献1)。 Recently, not only a solar cell but also a solar cell system that improves efficiency and costs by devising a method for extracting a voltage generated by the solar cell unit is known. For example, a solar cell (hereinafter referred to as “solar cell unit”) and a switching regulator provided with the solar cell unit are integrally mounted on the same substrate, and the voltage generated by the solar cell unit is electronic equipment. A solar cell system has been proposed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、上述の特許文献1に記載された太陽電池システムにあっては、太陽電池ユニットの裏面電極にスイッチングレギュレータなどの電子回路が接続されているのみで、太陽電池ユニットの薄膜化及びシステム全体のスペース効率化については限界がある。特に、特許文献1には、太陽電池ユニットの裏面電極によって電子回路の配線パターンを形成する旨の記載はなく、かつ、また、裏面電極と配線パターンを共通化することによって太陽電池ユニットの構造を簡素化することについても記載がない。したがって、この太陽電池ユニットにあっては、当該観点に基づいて太陽電池ユニットの薄膜化及びシステム自体のスペースの効率化を向上させることはできない。 However, in the solar cell system described in Patent Document 1 described above, only the electronic circuit such as a switching regulator is connected to the back electrode of the solar cell unit. There is a limit to space efficiency. In particular, Patent Document 1 has no description that the wiring pattern of the electronic circuit is formed by the back electrode of the solar cell unit, and the structure of the solar cell unit is made by sharing the wiring pattern with the back electrode. There is no mention of simplification. Therefore, in this solar cell unit, the thinning of the solar cell unit and the efficiency of the space of the system itself cannot be improved based on this viewpoint.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、太陽電池システムとしての薄膜化および出力回路などの太陽電池ユニットを搭載する部分のスペースの効率化を図ることによって様々な機器に搭載することが可能な太陽電池システム及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the object thereof is various by reducing the thickness of the solar cell system and improving the efficiency of the space where the solar cell unit such as an output circuit is mounted. An object of the present invention is to provide a solar cell system that can be mounted on various devices and a method for manufacturing the solar cell system.
(1)上記課題を解決するため、本発明の太陽電池システムは、第1電極層と、前記第1電極層上に積層され、受光された光から電圧を生成させるための光電変換が行われる光電変換層と、前記光電変換層上に積層され、当該光電変換層に光を受光させるための構造を有する第2電極層と、から構成される太陽電池ユニットと、前記光電変換によって生成された電圧を出力するための出力回路と前記太陽電池ユニットを接続するための配線パターンが形成されているフレキシブルプリント基板と、を備え、前記配線パターンが、前記第1電極層として、前記フレキシブルプリント基板を構成する基材上に形成されている構成を有している。 (1) In order to solve the above-described problem, the solar cell system of the present invention is stacked on the first electrode layer and the first electrode layer, and photoelectric conversion is performed to generate a voltage from the received light. A solar cell unit composed of a photoelectric conversion layer, a second electrode layer stacked on the photoelectric conversion layer, and having a structure for causing the photoelectric conversion layer to receive light, and generated by the photoelectric conversion An output circuit for outputting a voltage and a flexible printed circuit board on which a wiring pattern for connecting the solar cell unit is formed, wherein the wiring pattern serves as the first electrode layer, the flexible printed circuit board It has the structure currently formed on the base material to comprise.
この構成により、本発明の太陽電池システムは、出力回路と接続するためのフレキシブルプリント基板の配線パターンを太陽電池ユニットの電極と共通化させることができるので、可撓性を確保してかつ太陽電池ユニットを薄膜化することができる。 With this configuration, the solar cell system according to the present invention can share the wiring pattern of the flexible printed circuit board for connection with the output circuit with the electrode of the solar cell unit. The unit can be thinned.
したがって、本発明の太陽電池システムは、薄膜化および出力回路などの太陽電池ユニットを搭載する部分のスペースの効率化を図ることができるので、小型の電子機器またはデザインの制約により電源回路のスペースが限られた機器など、様々な機器に太陽電池に基づく電源システムを搭載することができる。 Accordingly, the solar cell system of the present invention can reduce the thickness of the space and the efficiency of the space where the solar cell unit such as the output circuit is mounted. A power supply system based on a solar cell can be mounted on various devices such as limited devices.
(2)また、本発明の太陽電池システムは、前記配線パターンには、電子回路部品によって構成される出力回路が形成されている回路パターンが含まれる構成を有している。 (2) Moreover, the solar cell system of this invention has the structure by which the circuit pattern in which the output circuit comprised by an electronic circuit component is formed is contained in the said wiring pattern.
この構成により、本発明の太陽電池システムは、コンデンサ素子、コイル素子、抵抗素子、スイッチ素子、集積回路チップなどの電子回路部品によって、太陽電池ユニットが形成された基板上に当該太陽電池ユニットにて生成された電圧を出力するための出力回路をも形成することができるので、例えば、レギュレータ回路や昇圧回路などの太陽電池ユニットによって生成された電圧を制御または調整する回路を形成させることができるとともに、当該太陽電池システムによって安定した電圧を他の回路に供給することができる。 With this configuration, the solar cell system of the present invention is a solar cell unit on a substrate on which a solar cell unit is formed by electronic circuit components such as a capacitor element, a coil element, a resistance element, a switch element, and an integrated circuit chip. Since an output circuit for outputting the generated voltage can also be formed, for example, a circuit for controlling or adjusting a voltage generated by a solar cell unit such as a regulator circuit or a booster circuit can be formed. The solar cell system can supply a stable voltage to other circuits.
したがって、本発明の太陽電池システムは、太陽電池ユニットに基づいて生成された電圧を出力する際に必要な回路も含めて太陽電池ユニットを搭載した太陽電池システムとしての薄膜化および当該回路全体のスペースの効率化を図ることができるので、小型の電子機器またはデザインの制約により電源回路のスペースが限られた機器など、様々な機器に太陽電池に基づく電源回路を搭載することができる。 Therefore, the solar cell system of the present invention is reduced in thickness as a solar cell system including a solar cell unit including a circuit necessary for outputting a voltage generated based on the solar cell unit, and the space of the entire circuit. Therefore, power supply circuits based on solar cells can be mounted on various devices such as small electronic devices or devices in which the space of the power supply circuit is limited due to design restrictions.
(3)また、本発明の太陽電池システムは、前記回路パターンが、前記電子回路部品の特徴的な機能を発揮させるための少なくとも一部として用いられる構成を有している。 (3) Moreover, the solar cell system of this invention has the structure by which the said circuit pattern is used as at least one part for exhibiting the characteristic function of the said electronic circuit component.
この構成により、本発明の太陽電池システムは、例えば、コンデンサ素子の電極、コイルの巻き線またはダイオード若しくはトランジスタを構成する膜など、キャパシタンスとしての機能、インダクタンスとしての機能または電圧、電流の増幅機能やその遮断機能を発揮させるための素子の少なくとも一部を、太陽電池ユニットが形成された基板上の回路パターンによって構成させることができるので、出力回路においてもスペースの効率化を図ることができる。 With this configuration, the solar cell system of the present invention has a function as a capacitance, a function as an inductance, a voltage or current amplification function, such as an electrode of a capacitor element, a coil winding or a film constituting a diode or a transistor. Since at least a part of the element for exhibiting the blocking function can be configured by the circuit pattern on the substrate on which the solar cell unit is formed, the efficiency of the space can be achieved also in the output circuit.
(4)また、本発明の太陽電池システムは、前記基材の前記太陽電池ユニットが配設される側である第1基板面に、前記回路パターンとして第1回路パターンが形成されているとともに、当該第1基板面と反対側の第2基板面に、前記回路パターンとして第2回路パターンが形成されおり、前記第1回路パターンと前記第2回路パターンによって前記電子回路部品が構成される構成を有している。 (4) In the solar cell system of the present invention, the first circuit pattern is formed as the circuit pattern on the first substrate surface on the side where the solar cell unit of the base material is disposed. A second circuit pattern is formed as the circuit pattern on the second substrate surface opposite to the first substrate surface, and the electronic circuit component is configured by the first circuit pattern and the second circuit pattern. Have.
この構成により、本発明の太陽電池システムは、例えば、フレキシブルプリント基板に形成された回路パターンの積層構造によってコンデンサ素子またコイル素子などの電子回路部品を形成することができるので、このような電子回路部品を形成するための配線を不要にして回路全体のスペース効率を向上させることができるとともに、一方の基板面にのみに電子回路部品をチップなどによって実装する際に比べて厚みのある回路素子を用いることなく、回路全体の薄型化を図ることができる。 With this configuration, the solar cell system of the present invention can form an electronic circuit component such as a capacitor element or a coil element by a laminated structure of circuit patterns formed on a flexible printed circuit board. It is possible to improve the space efficiency of the entire circuit by eliminating the wiring for forming the components, and to provide a circuit element that is thicker than when electronic circuit components are mounted only on one substrate surface by a chip or the like. The entire circuit can be made thinner without using it.
また、通常、太陽電池ユニットに多くの光を取り込む観点から所定の面積を確保する必要があるので、本発明の太陽電池システムは、それに併せて電子回路部品を形成するための回路パターンの面積をも確保することができるので、例えば、コンデンサ素子における静電容量またはコイルにおけるインダクタンス値など大きな値を有するものも形成可能になるので、回路特性をも向上させることができる。
(5)また、本発明の太陽電池システムは、前記回路パターンには、前記出力回路を構成する電子回路部品が実装されている構成を有している。
In addition, since it is usually necessary to secure a predetermined area from the viewpoint of capturing a large amount of light into the solar cell unit, the solar cell system of the present invention has an area of a circuit pattern for forming an electronic circuit component accordingly. For example, it is possible to form a capacitor having a large value such as a capacitance in a capacitor element or an inductance value in a coil, so that circuit characteristics can be improved.
(5) Moreover, the solar cell system of this invention has the structure by which the electronic circuit component which comprises the said output circuit is mounted in the said circuit pattern.
この構成により、本発明の太陽電池システムは、太陽電池ユニットが形成された基板上に、例えば、コンデンサ素子、コイル素子、スイッチ素子またはダイオード素子などの電子回路部品を実装することができるので、種々の回路を出力回路として形成することができる。 With this configuration, the solar cell system of the present invention can mount electronic circuit components such as a capacitor element, a coil element, a switch element, or a diode element on the substrate on which the solar cell unit is formed. This circuit can be formed as an output circuit.
(6)また、本発明の太陽電池システムは、前記基材の前記太陽電池ユニットが配設される側である第1基板面に前記回路パターンが形成されている構成を有している。 (6) Moreover, the solar cell system of this invention has the structure by which the said circuit pattern is formed in the 1st board | substrate surface which is the side by which the said solar cell unit of the said base material is arrange | positioned.
この構成により、本発明の太陽電池システムは、太陽電池ユニットが形成された面と同一の面に回路パターを形成することができので、当該太陽電池システムの配設場所を考慮してコンデンサ素子、コイル素子またはスイッチ素子などの電子回路部品によって出力回路を形成することができる。 With this configuration, since the solar cell system of the present invention can form a circuit pattern on the same surface as the surface on which the solar cell unit is formed, the capacitor element in consideration of the location of the solar cell system, The output circuit can be formed by electronic circuit components such as a coil element or a switch element.
(7)また、本発明の太陽電池システムは、前記回路パターン上に前記太陽電池ユニットと同一の積層構造を備え、当該回路パターンと当該回路パターン上に形成された前記光電変換層及び前記第2電極層とによって前記電子回路部品としての半導体素子が形成されている構成を有している。 (7) Moreover, the solar cell system of this invention is equipped with the same laminated structure as the said solar cell unit on the said circuit pattern, the said photoelectric conversion layer formed on the said circuit pattern and the said circuit pattern, and the said 2nd A semiconductor element as the electronic circuit component is formed by the electrode layer.
この構成により、本発明の太陽電池システムは、太陽電池ユニットと電子回路部品がフレキシブルプリント基板の同一面に同一の積層構造を有して形成しているので、回路全体としてスペースの効率化を図ることができるとともに、当該太陽電池システムの製造工程を簡易にすることができる。 With this configuration, in the solar cell system of the present invention, the solar cell unit and the electronic circuit component are formed with the same laminated structure on the same surface of the flexible printed circuit board, so that the efficiency of the space as a whole circuit is improved. In addition, the manufacturing process of the solar cell system can be simplified.
(8)また、本発明の太陽電池システムは、前記基材の前記太陽電池ユニットが配設される側である第1基板面と反対側の第2基板面に前記回路パターンが形成されている構成を有している。 (8) Further, in the solar cell system of the present invention, the circuit pattern is formed on the second substrate surface opposite to the first substrate surface on the side where the solar cell unit of the base material is disposed. It has a configuration.
この構成により、本発明の太陽電池システムは、フレキシブルプリント基板の太陽電池ユニットが配設される第1基板面と反対側の第2基板面にもコンデンサ素子やコイル素子などの電子回路部品からなる出力回路を形成することができるので、当該太陽電池システムの配設位置を考慮して出力回路を形成することができる。 With this configuration, the solar cell system according to the present invention includes electronic circuit components such as a capacitor element and a coil element on the second substrate surface opposite to the first substrate surface on which the solar cell unit of the flexible printed circuit board is disposed. Since the output circuit can be formed, the output circuit can be formed in consideration of the arrangement position of the solar cell system.
(9)また、本発明の太陽電池システムは、前記フレキシブルプリント基板が、前記生成された電圧によって駆動する電子回路と接続するための電極端子を更に備える構成を有している。 (9) Moreover, the solar cell system of this invention has the structure in which the said flexible printed circuit board is further provided with the electrode terminal for connecting with the electronic circuit driven with the said produced | generated voltage.
この構成により、本発明の太陽電池システムは、一般的にフレキシブルプリント基板を他の基板などに接続する際に用いられる電極端子を用いることによって容易にかつ確実に他の回路との接続を行うことができる。 With this configuration, the solar cell system of the present invention can easily and surely connect to other circuits by using electrode terminals that are generally used when connecting a flexible printed circuit board to another substrate or the like. Can do.
(10)また、本発明の太陽電池システムは、前記太陽電池ユニットが、前記光電変換層と絶縁しつつ、前記第2電極層と前記出力回路を接続するためのスルーホールを有するとともに、前記配線パターンが、前記スルーホールと接合されるランドを有する構成をしている。 (10) In the solar cell system of the present invention, the solar cell unit has a through-hole for connecting the second electrode layer and the output circuit while being insulated from the photoelectric conversion layer, and the wiring. The pattern has a land having a land joined to the through hole.
この構成により、本発明の太陽電池システムは、スルーホールおよびランドを介して太陽電池ユニットと配線パターンを接続することができるので、太陽電池ユニットに積層されて構成される出力回路との接続を容易にし、回路全体としてのスペースを有効活用することができる。 With this configuration, the solar cell system of the present invention can connect the solar cell unit and the wiring pattern through the through hole and the land, so that the connection with the output circuit configured by being stacked on the solar cell unit is easy. Thus, the space of the entire circuit can be effectively utilized.
(11)また、本発明の太陽電池システムは、前記ランドが、前記配線パターン上に前記太陽電池ユニットを配設する位置を位置決めする際に用いられるアライメントマークとして機能するための形状を有している構成をしている。 (11) Moreover, the solar cell system of this invention has a shape for the land to function as an alignment mark used when positioning the position where the solar cell unit is disposed on the wiring pattern. The structure is
この構成により、本発明の太陽電池システムは、配線パターン上に設けられるアライメントマークの無駄となるスペースをも有効活用することができるので、太陽電池ユニットの光を受光する面積を削ることなく、最大限の面積を当該受光面に利用することができる。 With this configuration, the solar cell system of the present invention can effectively use the wasted space of the alignment mark provided on the wiring pattern, so that the maximum light receiving area of the solar cell unit can be reduced. A limited area can be used for the light receiving surface.
(12)また、本発明の太陽電池システムは、前記スルーホールおよびランドが、前記太陽電池ユニットが前記フレキシブルプリント基板に装着された際の当該太陽電池ユニットの中央近傍に形成されている構成を有している。 (12) Further, the solar cell system of the present invention has a configuration in which the through hole and the land are formed in the vicinity of the center of the solar cell unit when the solar cell unit is mounted on the flexible printed board. is doing.
この構成により、本発明の太陽電池システムは、ITOなど第2電極層の材質に伴う抵抗率が高い場合であっても、第2電極層の平面上の各位置からの抵抗値を等価的に下げることができるので、太陽電池ユニットから効率よく生成された電圧を出力させることができる。 With this configuration, the solar cell system of the present invention is equivalent to the resistance value from each position on the plane of the second electrode layer even when the resistivity accompanying the material of the second electrode layer such as ITO is high. Since the voltage can be lowered, a voltage efficiently generated from the solar cell unit can be output.
(13)また、本発明の太陽電池システムは、前記配線パターンには前記太陽電池ユニットを配設する位置を位置決めするアライメントマークが形成されている構成を有している。 (13) Moreover, the solar cell system of this invention has the structure by which the alignment mark which positions the position which arrange | positions the said solar cell unit in the said wiring pattern is formed.
この構成により、本発明の太陽電池システムは、製造過程において容易にかつ的確にフレキシブルプリント基板上に太陽電池ユニットを積層することができる。 With this configuration, the solar cell system of the present invention can easily and accurately stack the solar cell unit on the flexible printed circuit board in the manufacturing process.
(14)上記課題を解決するため、本発明の太陽電池システムの製造方法は、太陽電池ユニットと当該太陽電池ユニットによって生成された電圧の出力制御を行う出力回路が形成されるフレキシブルプリント基板とを備える太陽電池システムを製造する製造方法であって、前記太陽電池ユニットと前記出力回路を接続するための配線パターンであって当該出力回路が形成される配線パターンを有する前記フレキシブルプリント基板を準備する準備工程と、前記配線パターン上に、受光された光から電圧を生成させるための光電変換が行われる光電変換層を形成する光電変換層形成工程と、前記光電変換層上に積層され、当該光電変換層に光を受光させるための構造を有する表面電極層を形成する表面電極層形成工程と、を含み、前記配線パターンが、前記太陽電池ユニットの裏面電極層として用いられる構成を有している。 (14) In order to solve the above-described problem, a method for manufacturing a solar cell system according to the present invention includes a solar cell unit and a flexible printed circuit board on which an output circuit that performs output control of a voltage generated by the solar cell unit is formed. A manufacturing method for manufacturing a solar cell system comprising: a preparation for preparing the flexible printed circuit board having a wiring pattern for connecting the solar cell unit and the output circuit, wherein the output circuit is formed A photoelectric conversion layer forming step of forming a photoelectric conversion layer in which a photoelectric conversion for generating a voltage from received light is performed on the wiring pattern; and the photoelectric conversion is laminated on the photoelectric conversion layer A surface electrode layer forming step of forming a surface electrode layer having a structure for causing the layer to receive light, and the wiring pattern Emissions is, has a configuration to be used as the back electrode layer of the solar cell unit.
この構成により、本発明の製造方法は、太陽電池ユニットに基づいて生成された電圧を出力する際に必要な回路も含めて薄膜化および当該回路全体のスペースの効率化を図ることが可能な太陽電池システムにおいて、そのフレキシブルプリント基板に配線パターンが形成された後に当該フレキシブルプリント基板上に太陽電池ユニットを形成するので、フレキシブルプリント基板上に配線パターンを貼り合わせる際に加えられる圧力を受けることなく、太陽電池ユニットを形成することができる。したがって、本発明の製造方法は、太陽電池ユニットを破損することなく、太陽電池システムを的確にかつ確実に製造することができる。 With this configuration, the manufacturing method of the present invention is capable of reducing the thickness of the circuit including the circuit necessary for outputting the voltage generated based on the solar cell unit and improving the efficiency of the space of the entire circuit. In the battery system, since the solar cell unit is formed on the flexible printed circuit board after the wiring pattern is formed on the flexible printed circuit board, without receiving pressure applied when the wiring pattern is bonded onto the flexible printed circuit board, A solar cell unit can be formed. Therefore, the manufacturing method of this invention can manufacture a solar cell system exactly and reliably, without damaging a solar cell unit.
本発明は、薄膜化および出力回路などの太陽電池ユニットを搭載する部分のスペースの効率化を図ることができるので、小型の電子機器またはデザインの制約により電源回路のスペースが限られた機器など、様々な機器に太陽電池に基づく電源システムを搭載することができる。 Since the present invention can improve the efficiency of the space where the solar cell unit such as a thin film and an output circuit is mounted, such as a small electronic device or a device in which the space of the power circuit is limited due to design restrictions, Various devices can be equipped with a power system based on solar cells.
また、本発明は、このような太陽電池システムにおいて、太陽電池ユニットを破損することなく、当該太陽電池システムを的確にかつ確実に製造することができる。 Moreover, this invention can manufacture the said solar cell system exactly and reliably, without damaging a solar cell unit in such a solar cell system.
以下、本願の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、フレキシブルプリント基板上に搭載された太陽電池ユニットを有する電源回路システム(以下、単に、「電源回路システム」という。)を本願発明の太陽電池システムに適用した場合の実施形態である。 Hereinafter, each embodiment of the present application will be described with reference to the drawings. In each embodiment described below, a power circuit system (hereinafter simply referred to as “power circuit system”) having a solar cell unit mounted on a flexible printed board is applied to the solar cell system of the present invention. Embodiment.
[第1実施形態]
はじめに、図1〜図6の各図を用いて本発明に係る電源回路システムSの第1実施形態について説明する。
[First embodiment]
First, a first embodiment of a power supply circuit system S according to the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、図1を用いて本実施形態の電源回路システムSの構造について説明する。なお、図1は、本実施形態における電源回路システムSの構造を示す構造図である。 First, the structure of the power supply circuit system S of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a structural diagram showing the structure of the power supply circuit system S in the present embodiment.
本実施形態の電源回路システムSは、図1に示すように、受光した光に基づいて電圧(以下、「電源電圧」ともいう。)VEを生成する太陽電池ユニット100と、当該太陽電池ユニット100を支持するとともに当該太陽電池ユニット100によって生成された電源電圧VEの出力制御またはその調整を行う出力回路10を有するフレキシブルプリント基板(以下、単に「FPC」という。)200と、から構成される。
Power circuit system S of this embodiment, as shown in FIG. 1, a voltage (hereinafter, also referred to as "power supply voltage".) Based on the received light with the
太陽電池ユニット100は、例えば、ショットキー型若しくはヘテロ接合型(バイレイヤー型およびバルクへテロ型を含む。)の有機薄膜太陽電池、または、色素増感型太陽電池の構造を有している。具体的には、この太陽電池ユニット100は、一方の面(受光面)に受光した光に基づいて電源電圧VEを生成させる光電変換を実行する光電変換層110と、当該光電変換層110に光を受光させるための透明な材料から形成される電極層(以下、「透明電極層」という。)120と、から形成される積層体であり、FPC200の一方の面(以下、「第1基板面」という)に形成されている。そして、この太陽電池ユニット100は、後述するFPC200の上部配線パターン220を裏面電極として用いるようになっており、生成された電圧をFPC200上に形成された出力回路10に出力するようになっている。
The
また、この太陽電池ユニット100には、透明電極層120と光電変換層110とを絶縁しつつ、出力回路10(すなわち、後述の上部および下部配線パターン220、230)と電気的に接続するためのスルーホールHが形成されている。特に、本実施形態のスルーホールHは、後述する上部配線パターン220上に設けられたランドMに接合される。また、このスルーホールHは、太陽電池ユニット100の平面上において中央付近に形成されるようになっており、ITOなどの透明電極層120の材質に伴う抵抗率が高い場合であっても、透明電極層120の平面における各位置からの抵抗値を等価的に下げることができるので、太陽電池ユニット100から効率よく生成された電圧を出力させることができるようになっている。
Further, the
なお、本実施形態において、例えば、太陽電池ユニット100がショットキー型またはヘテロ接合型の有機薄膜太陽電池の構造を有している場合には、光電変換効率の向上および透明電極層120と光電変換層110との界面における平滑性や密着性の改善のために設けられた正孔取出し層113を有している。また、本実施形態の太陽電池ユニット100の積層構造の詳細について、後述する。
In this embodiment, for example, when the
FPC200は、両面に金属製の配線パターンが形成される両面2層金属フレキシブルプリント基板であり、図1に示すように、ポリイミドやPETから形成されるベース210と、当該ベース210の上面であって太陽電池ユニット100が積層される第1基板面に積層される配線パターン(以下、「上部配線パターン」という。)220と、ベース210の下面であって第1基板面と反対の面(以下、「第2基板面」という。)に積層される配線パターン(以下、「下部配線パターン」)230と、から形成される。
The
上部配線パターン220は、上面に太陽電池ユニット100が積層されており、当該太陽電池ユニット100の裏面電極として機能する。また、この上部配線パターン220には、太陽電池ユニット100の裏面電極として機能する部分の他に、太陽電池ユニット100に形成されたスルーホールHと接合されるランドMと下部配線パターン230との接続を行う接続パターンが形成されている。具体的には、このランドMは、太陽電池ユニット100をFPC200上に積層する際にその位置決めに用いられるアライメントマークとしての機能を有している。そして、このランドMは、透明電極層120を、出力回路10を形成する下部配線パターン230に接続するために、上部配線パターン220の他の配線パターンと絶縁されて独立しており、ベース210に設けられた貫通孔を介して下部配線パターン230と接続されている。
The
なお、このランドMは、アライメントマークとしてスルーホールHとともに円形である必要がなく、十字などの太陽電池ユニット100とFPC200の上下左右の位置決めができる形状を有していればよい。また、本実施形態の上部配線パターン220は、このランドMの他に、他のアライメントマークを有していてもよいし、他のアライメントマークが形成されている場合には、アライメントマークとして機能しないランドMを有していてもよい。
The land M does not need to be circular with the through hole H as an alignment mark, and may have a shape capable of positioning the
また、上部配線パターン220には、出力回路10と、太陽電池ユニット100に基づいて生成されて出力回路10にて制御または調整された電圧(以下、「出力電圧」という。)VOによって駆動する他の回路(以下、「外部電子回路」という。)との接続を行うためのソケットに嵌め込むタイプの電極端子、すなわち、コネクタ(コネクタの詳細については後述の他の実施形態にて説明する。)が設けられている。
The
上部配線パターン220を形成する材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されないが、上述するように太陽電池の種別によって、適切な材料が選択されるようになっており、例えば、ニッケルやアルミニウムによって形成されている。また、上部配線パターン220の膜厚は、例えば、9μmであることが好ましい。
The material for forming the
下部配線パターン230は、スルーホールHおよびランドMを介して透明電極層120と接続される。また、この下部配線パターン230には、例えば、このスルーホールHの配設位置に伴って形成される配線パターン上に、抵抗素子、スイッチ素子、コンデンサ素子またはコイル素子などの電子回路素子Eやレギュレータなどの電源回路システム用の集積回路チップ(以下、単に「集積回路チップ」という。)Iの電子回路部品が実装される。そして、この下部配線パターン230は、これらの電子回路素子Eおよび集積回路チップIとともに、太陽電池ユニット100にて生成された電源電圧VEを調整するための出力回路10を構成するようになっている。また、電子回路素子E及び集積回路チップIは、下部配線パターン230に実装された後に、樹脂などの保護層によって被覆されており、可撓性を有するFPC200の全体が湾曲された場合であっても、破損しないように実装されている。
The
下部電極パターンを形成する材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、銅(Cu)によって形成されている。また、下部電極パターンの膜厚は、例えば、9μmであることが好ましい。 The material for forming the lower electrode pattern is not particularly limited as long as it has conductivity. For example, it is formed of copper (Cu). The film thickness of the lower electrode pattern is preferably 9 μm, for example.
なお、本実施形態のFPC200は、下部配線パターン230上に配線の酸化を防ぐための保護膜(図示しない)を有している。ただし、電子回路部品が実装されている部分には保護膜は形成されていない。また、本実施形態のベース210は、本発明の基材を構成するとともに、上部配線パターン220は、本発明の配線パターンを構成し、本実施形態の下部配線パターン230は、本発明の配線パターン及び回路パターンを構成する。
Note that the
次に、図2を用いて本実施形態における太陽電池ユニット100の構造について説明する。なお、図2は、本実施形態における太陽電池ユニット100の構造を説明するための図である。また、図2には、光電流の流れる方向および正負の極性を示す。
Next, the structure of the
例えば、本実施形態の太陽電池ユニット100は、図2に示すように、P型およびN型有機半導体層111、112をそれぞれ有し、それらの界面において形成されるPN接合を利用して電荷分離を生じさせるバイレイヤー型、N型およびP型の半導体材料を均一に分散された混合層115を有し、この混合層115内で形成されるPN接合を利用して電荷分離を生じさせるバルクへテロ型、若しくは、各電極と光電変換層110(P型半導体層)との界面において形成されるショットキー障壁を利用して電荷分離を生じさせるショットキー型の有機薄膜太陽電池の構造、または、有機系の色素に基づいて電荷分離を行う色素増感型太陽電池の構造を有している。
For example, as shown in FIG. 2, the
なお、バイレイヤー型、バルクへテロ型またはショットキー型の有機薄膜太陽電池の構造を有する太陽電池ユニット100を、それぞれ、「バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット」、「バルクへテロ型有機薄膜太陽電池ユニット」または「ショットキー型有機薄膜太陽電池ユニット」といい、色素増感型太陽電池の構造を有する太陽電池ユニットを、「色素増感型太陽電池ユニット」という。以下、各種別毎に太陽電池ユニット100の構造について説明する。
The
(1)バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット
バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット100は、図2(a)に示すように、裏面電極としての上部配線パターン220上に、N型有機半導体層111およびP型有機半導体層112からなる光電変換層110と、正孔取出し層113と、透明電極層120と、が順次積層されている。
(1) Bilayer type organic thin film solar cell unit As shown in FIG. 2A, the bilayer type organic thin film
(光電変換層(P型有機半導体層+N型有機半導体層))
光電変換層110は、有機薄膜太陽電池ユニット100における電荷分離に寄与し、受光により生じた電子および正孔を各々反対方向の電極に向って輸送させる機能を有している。そして、この光電変換層110は、上部配線パターン220上に積層された電子受容体として機能するN型有機半導体層111(電子輸送層)と、N型有機半導体層111上に積層された電子供与体として機能するP型有機半導体層112(正孔輸送層)とを各々別個に備え、それらの界面において形成されるPN接合を利用して電荷分離を生じさせ、光電流を得るようになっている。
(Photoelectric conversion layer (P-type organic semiconductor layer + N-type organic semiconductor layer))
The
N型有機半導体層111を形成する材料としては、電子受容体としての機能を有するものであれば特に限定されない。具体的には、本実施形態のN型有機半導体層111を形成する材料は、CN−ポリ(フェニレン−ビニレン)、MEH−CN−PPV、−CN基または−CF3基含有ポリマー、それらの−CF3置換ポリマー、ポリ(フルオレン)誘導体、C60などのフラーレン誘導体、カーボンナノチューブ、ペリレン誘導体、多環キノン、キナクリドン等が用いられるようになっている。
The material for forming the N-type
P型有機半導体層112を形成する材料としては、電子供与体としての機能を有するものであれば特に限定されない。具体的には、本実施形態のP型有機半導体層112を形成する材料としては、ポリフェニレンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、ポリアルキルチオフェンおよびその誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、有機金属ポリマーが用いられるようになっている。
The material for forming the P-type
N型有機半導体層111およびP型有機半導体層112の膜厚は、限定されないが、例えば、各々の膜厚が0.1nm〜1500nmの範囲内、特に、1nm〜300nmの範囲内であることが好ましい。この膜厚が上記範囲より厚い場合には、N型有機半導体層111およびP型有機半導体層112における体積抵抗が高くなる可能性があるとともに、膜厚が上記範囲より薄い場合には、上部配線パターン220と透明電極層120との間で短絡が生じる可能性があるからである。
The film thicknesses of the N-type
N型有機半導体層111およびP型有機半導体層112を形成する方法としては、所定の膜厚に均一に形成することができる方法であれば特に限定されない。具体的には、N型有機半導体層111およびP型有機半導体層112を形成する方法としては、印刷、スクリーン印刷、インクジェット方式によって光電変換層110を上部配線パターン220に直接パターニングする方法、スピンコートなどで塗布後に感光性レジスト膜を設け、露光および現像することによって、光電変換層110を上部配線パターン220に形成する方法が用いられるようになっている。
A method for forming the N-type
(正孔取出し層)
正孔取出し層113は、P型有機半導体層112上に積層され、上述したように、光電変換効率の向上および透明電極層120と光電変換層110のとの界面における平滑性や密着性の改善のために設けられている。
(Hole extraction layer)
The hole extraction layer 113 is laminated on the P-type
具体的には、この正孔取出し層113は、導電性高分子材料と両親媒性材料とを含有している。この正孔取出し層113における導電性高分子材料としては、一般的に正孔取出し層113に使用されるものを用いるようになっており、具体的には、ドープされたポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、トリフェニルジアミン等の導電性有機化合物、あるいは、テトラチオフルバレン、テトラメチルフェニレンジアミン等の電子供与性化合物と、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン等の電子受容性化合物とからなる電荷移動錯体を形成する有機材料等が用いられるようになっている。また、この正孔取出し層113の両親媒性材料としては、一般的な界面活性剤を用いられるようになっており、例えば、非イオン性界面活性剤またはフッ素系界面活性剤を用いられるようになっている。 Specifically, the hole extraction layer 113 contains a conductive polymer material and an amphiphilic material. As the conductive polymer material in the hole extraction layer 113, those generally used for the hole extraction layer 113 are used. Specifically, doped polyaniline, polyphenylene vinylene, polythiophene are used. , Conductive organic compounds such as polypyrrole, polyparaphenylene, polyacetylene and triphenyldiamine, or electron donating compounds such as tetrathiofulvalene and tetramethylphenylenediamine, and electrons such as tetracyanoquinodimethane and tetracyanoethylene Organic materials that form charge transfer complexes composed of accepting compounds have been used. Further, as the amphiphilic material of the hole extraction layer 113, a general surfactant is used, and for example, a nonionic surfactant or a fluorine-based surfactant is used. It has become.
正孔取出し層113の膜厚は、導電性高分子材料や両親媒性材料等の種類によって異なり、上述した特性等を考慮して適宜調整される。具体的には、正孔取出し層113の膜厚は、0.01nm〜3000nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.1nm〜1500nmの範囲内、最も好ましくは1nm〜600nmの範囲内である。この膜厚が厚すぎると、正孔伝達経路長に比例して抵抗値が上がるため、正孔を十分に第1電極層に取り出せない可能性があるとともに、膜厚が薄すぎると、正孔取出し層113と光電変換層110との密着性が低下し、また光電変換層110の厚みが比較的薄いために透明電極の突起により上部配線パターン220と透明電極層120とが直接接触して短絡する可能性があるからである。
The thickness of the hole extraction layer 113 varies depending on the type of the conductive polymer material, the amphiphilic material, and the like, and is appropriately adjusted in consideration of the above-described characteristics. Specifically, the thickness of the hole extraction layer 113 is preferably in the range of 0.01 nm to 3000 nm, more preferably in the range of 0.1 nm to 1500 nm, and most preferably in the range of 1 nm to 600 nm. It is. If this film thickness is too thick, the resistance value increases in proportion to the hole transfer path length, so holes may not be sufficiently extracted to the first electrode layer, and if the film thickness is too thin, The adhesion between the extraction layer 113 and the
正孔取出し層113の表面粗さRaは、導電性高分子材料や両親媒性材料等の種類によって異なるものであり、上述した特性等を考慮して適宜調整される。具体的には正孔取出し層113の表面粗さRaが50nm以下であることが好ましく、より好ましくは30nm以下、最も好ましくは10nm以下である。表面粗さが大きすぎると、正孔取出し層113と透明電極層120や光電変換層110との密着性が低下したり、また光電変換層110の厚みが比較的薄いために正孔取出し層113表面の突起により透明電極層120と上部配線パターン220とが直接接触して短絡したりする可能性があるからである。
The surface roughness Ra of the hole extraction layer 113 varies depending on the type of conductive polymer material, amphiphilic material, and the like, and is appropriately adjusted in consideration of the above-described characteristics and the like. Specifically, the surface roughness Ra of the hole extraction layer 113 is preferably 50 nm or less, more preferably 30 nm or less, and most preferably 10 nm or less. If the surface roughness is too large, the adhesion between the hole extraction layer 113 and the
正孔取出し層113の表面抵抗値は、300Ω/□以下であることが好ましく、より好ましくは150Ω/□以下、最も好ましくは50Ω/□以下である。表面抵抗値が大きすぎると、光電変換層110で発生した正孔を十分に透明電極層120に移動させることができない、または、正孔取出し層113の平滑性や密着性に起因する障壁の影響が大きくなりすぎるために有機薄膜太陽電池としての機能が損なわれる可能性があるからである。
The surface resistance value of the hole extraction layer 113 is preferably 300Ω / □ or less, more preferably 150Ω / □ or less, and most preferably 50Ω / □ or less. If the surface resistance value is too large, the holes generated in the
正孔取出し層113を形成する方法としては、所定の膜厚に均一に形成することができる方法であれば特に限定されない。具体的には、正孔取出し層113を形成する方法としては、印刷、スクリーン印刷、インクジェット方式によって正孔取出し層113を上部配線パターン220に直接パターニングする方法、または、スピンコートなどで塗布後に感光性レジスト膜を設け、露光および現像することによって、正孔取出し層113を上部配線パターン220に形成させる方法を用いるようになっている。
A method for forming the hole extraction layer 113 is not particularly limited as long as it can be uniformly formed to have a predetermined film thickness. Specifically, as a method of forming the hole extraction layer 113, a method of directly patterning the hole extraction layer 113 on the
(透明電極層)
透明電極層120は、正孔取出し層113上に積層され、光電変換層110が受光可能となるようにITO(Indium Tin Oxide)や酸化チタンなどの透明な導電性の材料によって形成される。
(Transparent electrode layer)
The
また、この透明電極層120のシート抵抗値は、20Ω/□以下、中でも10Ω/□以下、特に5Ω/□以下であることが好ましい。シート抵抗値が上記範囲より大きい場合、発生した電荷を十分に出力回路10へ伝達できない可能性があるからである。また、このような透明電極の膜厚は、0.1〜500nmの範囲内、その中でも、1nm〜300nmの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より薄い場合は、透明電極層120のシート抵抗が大きくなりすぎ、発生した電荷を十分に外部電子回路へ伝達できない可能性があるとともに、膜厚が上記範囲より厚い場合には、全光線透過率が低下し、光電変換効率を低下させる可能性があるからである。
The sheet resistance value of the
この透明電極層120の形成方法としては、一般的な方法を用いるようになっている。具体的には、この透明電極層120の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のPVD法や、CVD法等の乾式塗工法、およびITO微粒子を含有する塗工液等を塗布する湿式塗工法を用いるようになっている。また、透明電極層120をパターン状に形成する場合のパターニング方法としては、透明電極層120を所望のパターンに精度良く形成することができる方法であれば特に限定されないが、具体的には、フォトリソグラフィー法等を用いるようになっている。
As a method of forming the
(2)バルクへテロ型有機薄膜太陽電池ユニット
バルクヘテロ型有機薄膜太陽電池ユニット100は、図2(b)に示すように、裏面電極としての上部配線パターン220上に、N型およびP型の半導体材料を均一に分散された混合層115からなる光電変換層110と、正孔取出し層113と、透明電極層120と、が順次積層されている。なお、光電変換層110を除き、正孔取出し層113および透明電極層120の構造は、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット100と同一の構造であるため、その説明を省略する。
(2) Bulk hetero type organic thin film solar cell unit As shown in FIG. 2B, the bulk hetero type organic thin film
(光電変換層(混合層))
光電変換層110は、有機薄膜太陽電池ユニット100における電荷分離に寄与し、受光により生じた電子および正孔を各々反対方向の電極に向って輸送させる機能を有している。そして、この光電変換層110は、上部配線パターン220上に積層された電子受容体および電子供与体の両方の機能を有する混合層115(電子正孔輸送層)を形成し、混合層115内で形成されるpn接合を利用して電荷分離を生じさせ、光電流を得るようになっている。
(Photoelectric conversion layer (mixed layer))
The
混合層115を形成する材料は、一般的に、バルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池の構造において用いられているものであれば特に限定されない。具体的には、混合層115を形成する材料は、電子供与性の材料および電子受容体の材料の両方の材料を均一に分散させたものであり、電子供与性の材料および電子受容性の両方の材料の混合比は、用いる材料により最適な混合比に適宜調整する。
The material for forming the
電子受容性の材料としては、そのような機能を有するものであれば特に限定されない。具体的には、CN−ポリ(フェニレン−ビニレン)、MEH−CN−PPV、−CN基または−CF3基含有ポリマー、それらの−CF3置換ポリマー、ポリ(フルオレン)誘導体、C60誘導体、カーボンナノチューブ、ペリレン誘導体、多環キノン、キナクリドン等が用いられるようになっている。また、電子供与性の材料としては、そのような機能を有するものであれば特に限定されない。具体的には、ポリフェニレンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、ポリアルキルチオフェンおよびその誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、有機金属ポリマー等が用いられるようになっている。 The electron-accepting material is not particularly limited as long as it has such a function. Specifically, CN-poly (phenylene-vinylene), MEH-CN-PPV, -CN group or -CF3 group-containing polymer, their -CF3 substituted polymer, poly (fluorene) derivative, C60 derivative, carbon nanotube, perylene Derivatives, polycyclic quinones, quinacridones and the like have been used. The electron donating material is not particularly limited as long as it has such a function. Specifically, polyphenylene and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polysilane and derivatives thereof, polyalkylthiophene and derivatives thereof, porphyrin derivatives, phthalocyanine derivatives, organometallic polymers, and the like are used.
この混合層115の膜厚は、一般的にバルクヘテロ接合型において採用されている膜厚であれば特に限定されないが、具体的には、0.2nm〜3000nmの範囲内、その中でも、1nm〜600nmの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より厚い場合には、電子正孔輸送層における体積抵抗が高くなる可能性があるとともに、一方、膜厚が上記範囲より薄い場合には、透明電極層120および上部配線パターン220に短絡が生じる可能性があるからである。
The film thickness of the
混合層115を形成する方法としては、所定の膜厚に均一に形成することができる方法であれば特に限定されない。具体的には、混合層115を形成する方法としては、印刷、スクリーン印刷、インクジェット方式によって光電変換層110を上部配線パターン220に直接パターニングする方法、スピンコートなどで塗布後に感光性レジスト膜を設け、露光および現像することによって、光電変換層110を上部配線パターン220に形成する方法が用いられるようになっている。
A method for forming the
(2)ショットキー型有機太陽電池ユニット
ショットキー型有機薄膜太陽電池ユニット100は、図2(c)に示すように、裏面電極としての上部配線パターン220上に、P型(またはN型)の半導体材料を均一に分散されたP型有機半導体層112(またはN型有機半導体層)からなる光電変換層110と、正孔取出し層113と、透明電極層120と、が順次積層されている。なお、光電変換層110を除き、正孔取出し層113および透明電極層120の構造は、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット100と同一の構造であるため、その説明を省略する。
(2) Schottky type organic solar cell unit As shown in FIG. 2 (c), the Schottky type organic thin film
(光電変換層(P型有機半導体層またはN型有機半導体層))
光電変換層110は、有機薄膜太陽電池ユニット100における電荷分離に寄与し、受光により生じた正孔または電子を所定の電極に向って輸送させる機能を有している。そして、この光電変換層110は、上部配線パターン220上に積層された電子受容性または電子供与性の機能を有する層、すなわち、正孔輸送層としてのP型有機半導体層または電子輸送層としてのN型有機半導体層とすることにより、そのような光電変換層110と電極との界面において形成されるショットキー障壁を利用して光電流を得るようになっている。
(Photoelectric conversion layer (P-type organic semiconductor layer or N-type organic semiconductor layer))
The
ショットキー型有機薄膜太陽電池ユニット100における光電変換層110は、電子受容性または電子供与性の材料を用いて形成するようになっている。例えば、透明電極および上部配線パターン220のうち仕事関数が小さい方の電極(仕事関数が大きい方の電極)との界面にショットキー障壁が形成されるため、その界面において光電流を生じさせることができるようになっている。
The
光電変換層110を形成する材料としては、電子受容性または電子受容性の性質を有する材料であれば特に限定されない。具体的には、ペンタセンなどの有機単結晶、ポリ−3−メチルチオフェン、ポリアセチレン、ポリフェニレンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、ポリアルキルチオフェンおよびその誘導体等の導電性高分子およびその誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、メロシアニン誘導体、クロロフィル等の合成色素、有機金属ポリマー等が用いられるようになっている。
A material for forming the
光電変換層110の膜厚としては、0.1nm〜1500nmの範囲内、その中でも、1nm〜300nmの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より厚い場合には、光電変換層110の体積抵抗が高くなる可能性があり、一方、膜厚が上記範囲より薄い場合には、透明電極層120および上部配線パターン220に短絡が生じる可能性があるからである。
The film thickness of the
光電変換層110を形成する方法としては、所定の膜厚に均一に形成することができる方法であれば特に限定されない。具体的には、光電変換層110を形成する方法としては、印刷、スクリーン印刷、インクジェット方式によって光電変換層110を上部配線パターン220に直接パターニングする方法、スピンコートなどで塗布後に感光性レジスト膜を設け、露光および現像することによって、光電変換層110を上部配線パターン220に形成する方法が用いられるようになっている。
A method for forming the
(4)色素増感型太陽電池ユニット
色素増感型太陽電池ユニット100は、図2(d)に示すように、裏面電極としての上部配線パターン220上に、色素増感剤が含まれる酸化物半導体層117からなる光電変換層110と、透明電極層120と、が順次積層されている。なお、透明電極層120は、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット100その他の上記の太陽電池ユニット100と同一であるため、その説明を省略する。
(4) Dye-sensitized solar cell unit As shown in FIG. 2D, the dye-sensitized
(光電変換層(酸化物半導体層))
光電変換層110は、金属酸化物半導体粒子と、光を吸収し起電力を生じさせることが可能であって金属酸化物半導体粒子の表面に吸着した色素増感剤と、を含有して形成される。この光電変換層110においては、金属酸化物半導体微粒子の表面に吸着した色素増感剤が、光を受光することによって励起され、励起された電子が上部配線パターン220へ伝導し、スルーホールHを通じて透明電極層120へ伝導されるとともに、酸化還元対を介して色素増感剤の基底準位に電子が戻ることよって光電流を得るようになっている。
(Photoelectric conversion layer (oxide semiconductor layer))
The
この金属酸化物半導体微粒子としては、半導体特性を備える金属酸化物からなるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、TiO2、ZnO、SnO2、ITO、ZrO2、MgO、Al2O3、CeO2、Bi2O3、Mn3O4、Y2O3、WO3、Ta2O5、Nb2O5、La2O3等が用いられるようになっている。 The metal oxide semiconductor fine particle is not particularly limited as long as it is made of a metal oxide having semiconductor characteristics. For example, TiO 2 , ZnO, SnO 2 , ITO, ZrO 2 , MgO, Al 2 O 3, CeO 2, Bi 2 O 3, Mn 3 O 4, Y 2 O 3, WO 3, Ta 2 O 5, Nb 2 O 5, La 2 O 3 and the like are increasingly used.
この金属酸化物半導体微粒子の粒径としては、酸化物半導体層117の表面積を所望の範囲内にできる程度であれば特に限定されるものではないが、通常、1nm〜10μmの範囲内が好ましく、特に10nm〜1000nmの範囲内であることが好ましい。
The particle size of the metal oxide semiconductor fine particles is not particularly limited as long as the surface area of the
色素増感剤としては、光を吸収し起電力を生じさせることが可能なものであれば特に限定はされない。このような色素増感剤としては、有機色素または金属錯体色素を用いるようになっている。 The dye sensitizer is not particularly limited as long as it can absorb light and generate an electromotive force. As such a dye sensitizer, an organic dye or a metal complex dye is used.
光電変換層110の厚みは、適宜決定できるものであり特に限定されるものではいが、通常、1μm〜100μmの範囲内であることが好ましく、特に5μm〜30μmの範囲内であることが好ましい。光電変換層110の厚みが上記範囲よりも厚いと、酸化物半導体層117自体の凝集破壊が起りやすく、膜抵抗となりやすくなってしまう場合があるからである。また、上記範囲よりも薄いと厚みが均一な酸化物半導体層117を形成するのが困難になるとともに、例えば、酸化物半導体電極用積層体を用いて色素増感型太陽電池を作製した場合に、色素増感剤を含んだ酸化物半導体層117が太陽光などを十分に吸収できないために、性能不良になる可能性があるからである。
The thickness of the
光電変換層110を形成する方法としては、所定の膜厚に均一に形成することができる方法であれば特に限定されない。具体的には、光電変換層110を形成する方法としては、上部配線パターン220上に光電変換層110を成形するための塗工液をダイコートやスクリーン印刷(ロータリー式)によって塗布して焼成する方法が用いられるようになっている。
A method for forming the
次に、図3を用いて本実施形態の電源回路システムSの製造方法について説明する。なお、図3は、本実施形態の製造方法を説明するための図である。 Next, the manufacturing method of the power supply circuit system S of this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the manufacturing method of the present embodiment.
本実施形態の製造方法においては、既に所定の上部配線パターン220および下部配線パターン230を有するFPC200に対して太陽電池ユニット100を形成する方法であって、太陽電池ユニット100を形成した後にFPC200に電子回路素子Eおよび集積回路チップIを形成する方法である。また、本製造方法においては、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット100を形成する場合の製造方法を用いて説明する。
In the manufacturing method of the present embodiment, the
まず、図3(a)に示すように、アライメントマークを構成するランドMを有する上部配線パターン220および出力回路10用の配線パターンが形成された下部配線パターン230が既に貼り合わされたFPC200に対して、図3(b)に示すように、スルーホールHとなる部分に孔(以下、「スルーホール用孔」という。)OとランドM(アライメントマーク)を合わせるとともに、当該スルーホール用孔Oを形成させつつ、上部配線パターン220上に光電変換層110が形成される。例えば、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット100の場合には、印刷、スクリーン印刷、インクジェット方式によって光電変換層110を上部配線パターン220に直接パターニングする方法、スピンコートなどで塗布後に感光性レジスト膜を設け、露光および現像することによって、光電変換層110が上部配線パターン220に形成される。なお、バルクへテロ型有機薄膜太陽電池ユニット、ショットキー型有機薄膜太陽電池ユニットまたは色素増感型太陽電池ユニットの場合でもバイレイヤー型太陽電池ユニットと同様に光電変換層110が形成される。
First, as shown in FIG. 3A, for an
次いで、図3(c)に示すように、ランドM(アライメントマーク)に合わせつつ、スルーホール用孔Oを維持し、光電変換層110上に正孔取出し層113が形成される。例えば、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット100の場合には、光電変換層110と同様に、印刷、スクリーン印刷、インクジェット方式によって光電変換層110を上部配線パターン220に直接パターニングする方法、スピンコートなどで塗布後に感光性レジスト膜を設け、露光および現像することによって、光電変換層110が上部配線パターン220に形成される。
Next, as illustrated in FIG. 3C, the hole extraction layer 113 is formed on the
次いで、図3(d)に示すように、正孔取出し層113上にスルーホールHを形成しつつ透明電極が形成される。例えば、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット100の場合には、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のPVD法や、CVD法等の乾式塗工法、およびITO微粒子を含有する塗工液等が塗布されて形成される。
Next, as shown in FIG. 3D, the transparent electrode is formed while forming the through hole H on the hole extraction layer 113. For example, in the case of the bilayer type organic thin film
最後に、図3(e)に示すように、電子回路素子Eおよび集積回路チップIを実装してFPC200上に太陽電池ユニット100が形成された電源回路システムSが生成される。
Finally, as shown in FIG. 3E, a power supply circuit system S in which the electronic circuit element E and the integrated circuit chip I are mounted and the
以上、本実施形態の電源回路システムSは、FPC200の上部配線パターン220を太陽電池ユニット100の電極と共通化させることができるので、可撓性を確保してかつ太陽電池ユニット100を薄膜化することができるとともに、出力回路10を当該太陽電池ユニット100が形成される基板上に直接形成することができる。したがって、この電源回路システムSは、太陽電池ユニット100に基づいて生成された電圧を出力する際に必要な回路も含めて電源回路システムSの薄膜化および当該回路全体のスペースの効率化を図ることができるので、汎用性が高く、様々な機器の電源回路システムSとして搭載することができる。
As described above, the power supply circuit system S of the present embodiment can share the
また、本実施形態の電源回路システムSは、太陽電池ユニット100が形成されたFPC200に、例えば、コンデンサ素子、コイル素子、スイッチ素子またはダイオード素子などの電子回路素子Eおよびレギュレータなどの集積回路チップIを実装することができるので、例えば、レギュレータ回路や昇圧回路などの太陽電池ユニット100によって生成された電圧を制御または調整する回路など種々の回路を出力回路10として形成することができる。したがって、この電源回路システムSは、太陽電池ユニット100において生成された電源電圧VEに基づいて駆動する外部電子回路に併せて当該電源電圧VEを適切に制御または調整することができる。
In addition, the power supply circuit system S of the present embodiment includes, for example, an electronic circuit element E such as a capacitor element, a coil element, a switch element, or a diode element, and an integrated circuit chip I such as a regulator, on the
また、本実施形態の電源回路システムSは、アライメントマークおよびスルーホールHによって製造過程において容易にかつ的確に太陽電池ユニット100をフレキシブルプリント基板上に積層することができるとともに、透明電極層120と出力回路10が形成される下部配線パターン230を容易にかつ的確に接続することができる。
In addition, the power supply circuit system S of the present embodiment can easily and accurately stack the
また、本実施形態の電源回路システムSは、スルーホールHおよびランドMを介して太陽電池ユニット100と下部配線パターン230を接続することができるので、太陽電池ユニット100に積層されて構成される出力回路10との接続を容易にし、回路全体としてのスペースを有効活用することができる。特に、この電源回路システムSは、配線パターン上に設けられるアライメントマークの無駄となるスペースをも有効活用することができるので、太陽電池ユニット100の光を受光する面積を削ることなく、最大限の面積を当該受光面に利用することができる。
Moreover, since the power supply circuit system S of this embodiment can connect the
また、本実施形態の電源回路システムSは、ITOなど透明電極層120の材質に伴う抵抗率が高い場合であっても、透明電極層120の平面上の各位置からの抵抗値を等価的に下げることができるので、太陽電池ユニット100から効率よく生成された電圧を出力させることができる。
Further, the power supply circuit system S of the present embodiment can equivalently determine the resistance value from each position on the plane of the
次に、図4〜図7の各図を用いて本実施形態の電源回路システムSにおける変形例について説明する。なお、図4〜図7は、本実施形態における電源回路システムSの構造を示す構造図のその他の例(I)〜(IV)である。 Next, a modified example of the power supply circuit system S according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 7 are other examples (I) to (IV) of the structure diagram showing the structure of the power supply circuit system S in the present embodiment.
本実施形態の電源回路システムSの第1変形例は、上述の実施形態において下部配線パターン230に電子回路素子Eおよび集積回路チップIが実装されている点に代えて、第1基板面(太陽電池ユニット100が積層された面)に形成された上部配線パターン220に、電子回路素子Eおよび集積回路チップIを実装する点に特徴があり、その他の構成は、上述の実施形態と同一である。
The first modification of the power supply circuit system S of the present embodiment is different from the above-described embodiment in that the electronic circuit element E and the integrated circuit chip I are mounted on the
この第1変形例においては、図4に示すように、上部配線パターン220には、電極部分に並設されるとともに、その上面に電子回路素子および集積回路チップIが実装される配線パターン部分222を有し、抵抗素子、スイッチ素子、コンデンサ素子またはコイル素子などの電子回路素子Eやそれらの電子回路素子Eが複数組み合わせて形成される集積回路チップIが当該配線パターン部分に実装される。そして、この配線パターン部分は、電子回路素子Eおよび集積回路チップIとともに、太陽電池ユニット100にて生成された電源電圧VEを制御または調整するための出力回路10を構成するようになっている。
In the first modification, as shown in FIG. 4, the
この構成により、第1変形例の電源回路システムSは、上部配線パターン220にコンデンサ素子、コイル素子、スイッチ素子またはダイオード素子などの電子回路素子Eまたは集積回路チップIを適宜実装することができるので、当該電源回路システムSの配設位置を考慮して出力回路10を形成することができる。
With this configuration, the power supply circuit system S of the first modified example can appropriately mount the electronic circuit element E or the integrated circuit chip I such as a capacitor element, a coil element, a switch element or a diode element on the
本実施形態の電源回路システムSの第2変形例は、上述の実施形態において太陽電池ユニット100における透明電極層120に代えて、導電性材料がメッシュ状に形成されたフィルムを電極層に用いる点に特徴があり、その他の構成は、上述の実施形態と同一である。
The second modification of the power supply circuit system S of the present embodiment uses a film in which a conductive material is formed in a mesh shape instead of the
この第2変形例の電極に用いられるメッシュ状の電極層(以下、「メッシュ電極層」という。)130は、図5に示すように、所定の透明なフィルムに銀などの導電性粒子が微細なメッシュ状にパターン印刷されて形成されており、折り曲げや任意のパターン形成を行うことができるようになっている。 As shown in FIG. 5, a mesh-like electrode layer (hereinafter referred to as “mesh electrode layer”) 130 used for the electrode of the second modification has fine conductive particles such as silver on a predetermined transparent film. It is formed by pattern printing in a simple mesh shape so that it can be bent and any pattern can be formed.
この構成により、第2変形例の電源回路システムSは、例えば、ITOを用いた透明電極層120に比べ、コストを低減することができるとともに、有機材料との相性が良く、かつ、高い可撓性を有しているので、汎用性が高く、様々な機器の電源回路システムSとして搭載することができる。
With this configuration, the power supply circuit system S according to the second modified example can reduce cost, has good compatibility with organic materials, and has high flexibility compared to the
本実施形態の電源回路システムSの第3変形例は、上述の実施形態において下部配線パターン230に電子回路素子Eおよび集積回路チップIが実装されている点に代えて、薄膜トランジスタT10が実装されている点に特徴があり、その他の構成は、上述の実施形態と同一である。
In the third modification of the power supply circuit system S of the present embodiment, a thin film transistor T10 is mounted instead of the electronic circuit element E and the integrated circuit chip I mounted on the
この第3変形例においては、図6に示すように、下部パターンには、配線部分の他にベース210に張り合わされた薄膜トランジスタT10を有する出力回路10が形成されており、上部配線パターン220および下部配線パターン230によって太陽電池ユニット100と接続されるとともに、図示しない外部に接続された外部電子回路と接続されるようになっている。この構成により、第3変形例の電源回路システムSは、出力回路10に薄膜トランジスタT10をも用いることができる。
In the third modified example, as shown in FIG. 6, the lower pattern is formed with the output circuit 10 having the thin film transistor T10 attached to the base 210 in addition to the wiring portion. The
本実施形態の電源回路システムSの第4変形例は、上述の実施形態において下部配線パターン230に電子回路素子Eおよび集積回路チップIが実装されている点に代えて、上部配線パターン220に太陽電池ユニット100と同一の積層構造を有する薄膜ダイオードD10が形成されている点に特徴があり、その他の構成は、上述の実施形態と同一である。
The fourth modification of the power supply circuit system S of the present embodiment is different from the above-described embodiment in that the electronic circuit element E and the integrated circuit chip I are mounted on the
この第4変形例においては、図7に示すように、太陽電池ユニット100の形成工程と同一の工程によって、上部配線パターン220上に、光電変換層110および透明電極層120からなる薄膜ダイオードD10が形成される。また、この薄膜ダイオードD10は、太陽電池ユニット100とは積層構造上においては、すなわち、上部配線パターン220、光電変換層110および透明電極層120においては、太陽電池ユニット100を形成する上部配線パターン220、光電変換層110および透明電極層120とそれぞれ絶縁されているとともに、薄膜ダイオードD10が形成された一部に下部配線パターン230に接続するための複数のコンタクトホール(スルーホール)20A、20Bが形成されている。そして、この薄膜ダイオードD10は、図7に示されるような方向の電流特性を有している。また、上部配線パターン220の一部は、ダイオードD10の一の電極として機能するようになっており、ダイオードD10の特徴的な機能を発揮させるための一部として用いられる。
In the fourth modification example, as shown in FIG. 7, the thin film diode D <b> 10 including the
なお、薄膜ダイオードD10を的確に動作させるために、薄膜ダイオードD10の透明電極層120の上に、アルミニウム、銀ペーストまたは感光性レジストなど光遮蔽層を設けてもよい。また、太陽電池ユニット100は、スルーホールHの他に下部電極パターンに接続するためのコンタクトホール20Cを有している
In order to operate the thin film diode D10 accurately, a light shielding layer such as aluminum, silver paste or photosensitive resist may be provided on the
この構成により、第4変形例の電源回路システムSにおいて、出力回路10に薄膜ダイオードD10を備えた場合に当該電源回路システムSを簡易に製造することができるとともに、上部配線パターン220が、ダイオードD10の一部の電極を構成し、電流を遮断するダイオードD10の特徴的な機能を発揮させるための部分として用いられるので、出力回路10においてもスペースの効率化を図ることができる。
With this configuration, in the power supply circuit system S of the fourth modified example, when the output circuit 10 includes the thin film diode D10, the power supply circuit system S can be easily manufactured, and the
次に、図8を用いて本実施形態の電源回路システムSの製造方法における変形例について説明する。なお、図8は、本実施形態における電源回路システムSの製造方法のその他の例を説明するための図である。 Next, a modification of the method for manufacturing the power supply circuit system S of the present embodiment will be described with reference to FIG. In addition, FIG. 8 is a figure for demonstrating the other example of the manufacturing method of the power supply circuit system S in this embodiment.
本実施形態の変形例の製造方法においては、既に所定の上部配線パターン220および下部配線パターン230と当該下部配線パターン230上に電子回路素子Eおよび集積回路チップIとを有するFPC200に対して太陽電池ユニット100を形成する方法である。また、本製造方法においては、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット100を形成する場合の製造方法を用いて説明する。
In the manufacturing method of the modified example of the present embodiment, a solar cell is already formed on the
まず、図8(a)に示すように、アライメントマークを構成するランドMを有する上部配線パターン220と出力回路10用の配線パターンが形成され、回路素子および集積回路チップIが既に実装されたた下部配線パターン230とが形成されたFPC200に対して、図8(b)に示すように、電子回路および集積回路チップIが治具Jに当接しないように当該治具JをFPC200に嵌める。
First, as shown in FIG. 8A, the
次いで、図8(c)に示すように、スルーホールHとなるスルーホール用孔OとランドM(アライメントマーク)を合わせ、当該スルーホール用孔Oを形成しつつ上部配線パターン220上に光電変換層110が形成される。例えば、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット100の場合には、印刷、スクリーン印刷、インクジェット方式によって光電変換層110を上部配線パターン220に直接パターニングする方法、スピンコートなどで塗布後に感光性レジスト膜を設け、露光および現像することによって、光電変換層110が上部配線パターン220に形成される。なお、バルクへテロ型有機薄膜太陽電池ユニット、ショットキー型有機薄膜太陽電池ユニットまたは色素増感型太陽電池ユニットの場合でもバイレイヤー型太陽電池ユニットと同様に光電変換層110が形成される。
Next, as shown in FIG. 8C, the through-hole hole O to be the through-hole H and the land M (alignment mark) are aligned, and photoelectric conversion is performed on the
次いで、図8(d)に示すように、ランドM(アライメントマーク)に合わせつつ、スルーホール用孔Oを維持し、光電変換層110上に正孔取出し層113が形成される。例えば、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット100の場合には、光電変換層と同様に、印刷、スクリーン印刷、インクジェット方式によって光電変換層110を上部配線パターン220に直接パターニングする方法、スピンコートなどで塗布後に感光性レジスト膜を設け、露光および現像することによって、光電変換層110が上部配線パターン220に形成される。
Next, as illustrated in FIG. 8D, the hole extraction layer 113 is formed on the
次いで、図8(e)に示すように、正孔取出し層113上に透明電極が形成されて太陽電池ユニット100を備える電源回路システムSが生成される。なお、例えば、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池ユニット100の場合には、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のPVD法や、CVD法等の乾式塗工法、およびITO微粒子を含有する塗工液等が塗布されて形成される。
Next, as illustrated in FIG. 8E, a power supply circuit system S including the
最後に、図8(f)に示すように、治具JをFPC200から取り外し、FPC200上に太陽電池ユニット100が形成された電源回路システムSが生成される。
Finally, as shown in FIG. 8F, the jig J is removed from the
[第2実施形態]
次に、図9および図10の各図を用いて本発明に係る電源回路システムSの第2実施形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the power supply circuit system S according to the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
本実施形態の電源回路システムSは、第1実施形態の出力回路10に、回路パターンによって形成されたコンデンサ素子C10、C20と集積回路チップIとしてレギュレータRとを用いた点(後述の図9および図10を参照)に特徴があり、その他の構成は、第1実施形態と同様であり、同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。 The power supply circuit system S of this embodiment uses capacitor elements C10 and C20 formed by a circuit pattern and a regulator R as an integrated circuit chip I in the output circuit 10 of the first embodiment (see FIG. 9 and FIG. The other components are the same as those in the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
まず、図9および図10を用いて本実施形態の電源回路システムSの構造およびその等価回路について説明する。なお、図9は、本実施形態における電源回路システムSの構造を示す構造図であり、図10は、本実施形態における電源回路システムSの等価回路である。 First, the structure of the power supply circuit system S of this embodiment and its equivalent circuit will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a structural diagram showing the structure of the power supply circuit system S in the present embodiment, and FIG. 10 is an equivalent circuit of the power supply circuit system S in the present embodiment.
本実施形態の電源回路システムSは、図9に示すように、電源電圧VEを生成する太陽電池ユニット100と、上部配線パターン220と、レギュレータR、第1コンデンサC10および第2コンデンサC20が形成されている下部配線パターン230とからなるFPC200と、から構成される。特に、本実施形態の上部配線パターン220、下部配線パターン230、レギュレータR、第1コンデンサC10および第2コンデンサC10は、太陽電池ユニット100において生成された電源電圧VEを安定化させるためのレギュレータ回路を構成する。
Power circuit system S of this embodiment, as shown in FIG. 9, the
下部配線パターン230には、その一部のパターンによって形成される第1コンデンサC10および第2コンデンサC20と、レギュレータRを備える集積回路チップIと、が形成される。特に、第1コンデンサC10と第2コンデンサC20は、該当する下部配線パターン230の一部と、ベース210を介して対向して形成される上部配線パターン220の一部と、によって形成される。すなわち、第1コンデンサC10と第2コンデンサC20は、所定の位置に形成された下部配線パターン230からなる平面状の電極と、当該下部配線パターン230の位置に対応する位置に形成された上部配線パターン220からなる平面状の電極と、によって形成される。
In the
このように、本実施形態では、上部配線パターン220及び下部配線パターン230が、コンデンサ素子の電極を構成し、キャパシタンスの特徴的な機能を発揮させるための一部として用いられている。なお、上部配線パターン220には、下部配線パターン230のパターン効率のために、グランド接地に関する接続パターンが形成されている。
Thus, in this embodiment, the
本実施形態の電源回路システムSは、図10に示すような等価回路を形成するようになっており、レギュレータ回路を構成する。具体的には、この電源回路システムSにおいて、第1コンデンサC10が太陽電池ユニット100に並列に接続されるとともに、レギュレータRの一端に接続されている。特に、第1コンデンサC10は、レギュレータRに入力される、太陽電池ユニット100において生成された電源電圧VEを平滑化するようになっている。また、第2コンデンサC20は、レギュレータの他端及び出力端子30の間とグランドに接続され、レギュレータRから出力された電圧を平滑化して出力電圧VOとして出力端子30、すなわち、図示しない外部電子回路に出力するようになっている。
The power supply circuit system S of the present embodiment forms an equivalent circuit as shown in FIG. 10, and constitutes a regulator circuit. Specifically, in the power supply circuit system S, the first capacitor C10 is connected in parallel to the
以上のように、本実施形態の電源回路システムSは、第1実施形態の効果に加えて、FPC200に形成されたパターンの積層構造によってコンデンサ素子を形成することができるので、下部配線パターン230のみに実装されるリード型またはチップ型のコンデンサ素子などの厚さを有する素子を用いることなく、薄型化が可能となるとともに、出力回路10においてもスペースの効率化を図ることができる。
As described above, in addition to the effects of the first embodiment, the power supply circuit system S of the present embodiment can form the capacitor element by the laminated structure of the patterns formed on the
また、この電源回路システムSは、コンデンサ素子をFPC200に実装するための配線を不要にして回路全体のスペース効率を向上させることができるとともに、太陽電池ユニット100に併せて電子回路素子Eが形成される回路パターンの面積をも確保することができるので、大きな静電容量を有するコンデンサ素子を実装することできるとともに、回路特性をも向上させることができる。
Further, the power supply circuit system S can improve the space efficiency of the entire circuit by eliminating the wiring for mounting the capacitor element on the
なお、本実施形態の電源回路システムSにおいて、第1コンデンサC10および第2コンデンサC20に代えて平面コイルであるコイル素子をそれぞれ上部配線パターン220および下部配線パターン230の同一の位置に配設させて相互インダクタンスを発生させることができる。
In the power supply circuit system S of the present embodiment, a coil element that is a planar coil is disposed at the same position on the
[第3実施形態]
次に、図11〜図13の各図を用いて本発明に係る電源回路システムSの第3実施形態について説明する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the power supply circuit system S according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態の電源回路システムSは、第2実施形態において出力回路10がレギュレータ回路を構成する点に代えて昇圧回路を構成する点(後述する図11および図12を参照)に特徴があり、その他の構成は、第1実施形態と同様であり、同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。特に、本実施形態においては、下部配線パターン230部に、平面コイルL、トランジスタT20を制御するレギュレータRと、ダイオードD20およびトランジスタT20と、が実装される点に特徴がある。
The power supply circuit system S of the present embodiment is characterized in that instead of the output circuit 10 configuring a regulator circuit in the second embodiment, a booster circuit is configured (see FIGS. 11 and 12 described later). Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. In particular, the present embodiment is characterized in that the
まず、図11および図12を用いて本実施形態の電源回路システムSの構造およびその等価回路について説明する。なお、図11は、本実施形態における電源回路システムSの構造を示す構造図であり、図12は、本実施形態における電源回路システムSの等価回路である。 First, the structure of the power supply circuit system S of this embodiment and its equivalent circuit will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 is a structural diagram showing the structure of the power supply circuit system S in the present embodiment, and FIG. 12 is an equivalent circuit of the power supply circuit system S in the present embodiment.
本実施形態の電源回路システムSは、図11に示すように、電源電圧VEを生成する太陽電池ユニット100と、平面コイルLおよび第2コンデンサC20が形成されるとともにレギュレータR、ダイオードD20およびトランジスタT20が実装されている下部配線パターン230とそれらを接続する上部配線パターン220とからなるFPC200と、から構成される。
Power circuit system S of this embodiment, as shown in FIG. 11, a
下部配線パターン230には、形成された回路パターンに沿って、第2コンデンサC20と平面コイルLが形成されているとともに、ダイオードD20およびトランジスタT20が実装されている。また、この下部配線パターン230には、太陽電池ユニット100によって生成された電源電圧VEを安定化するとともにトランジスタT20のスイッチングを制御するレギュレータRが集積回路チップIとして実装されている。
In the
このように、本実施形態では、第2実施形態と同様に、上部配線パターン220及び下部配線パターン230が、コンデンサ素子の電極を構成し、キャパシタンスの特徴的な機能を発揮させるための一部として用いられている。さらに、下部配線パターン230が、平面コイルLを構成し、インダクタンスの特徴的な機能を発揮させる部分として機能している。
As described above, in the present embodiment, as in the second embodiment, the
なお、本実施形態の第2コンデンサC20は、上述の実施形態と同様に、該当する下部配線パターン230の一部と、ベース210を介して対向して形成される上部配線パターン220の一部と、によって形成される。また、本実施形態の上部配線パターン220には、第2実施形態と同様に、太陽電池ユニット100の裏面電極としての機能する部分の他にグランド接地に関する接続パターンが形成されている。
Note that the second capacitor C20 of this embodiment includes a part of the corresponding
本実施形態の電源回路システムSは、図12に示すような昇圧回路としての等価回路を形成するようになっている。レギュレータRは、電圧が入力されるLBI(Low Battery Input)端子と、電圧を出力するVOUT端子と、トランジスタT20の駆動を制御するEXT(Exit)端子と、安定化される電圧を制御するために接地されるVFB(Feedback Voltage)端子と、接地されるグランド端子とを有している。 The power supply circuit system S of this embodiment forms an equivalent circuit as a booster circuit as shown in FIG. The regulator R controls an LBI (Low Battery Input) terminal to which a voltage is input, a VOUT terminal that outputs a voltage, an EXT (Exit) terminal that controls driving of the transistor T20, and a voltage to be stabilized. A VFB (Feedback Voltage) terminal to be grounded and a ground terminal to be grounded.
平面コイルLは、電源電圧VE(太陽電池ユニット100)とダイオードD20およびトランジスタT20のドレインとの間に接続され、所定のタイミングにて電源電圧VEに基づく電圧を蓄積し、当該蓄積した電圧を第2コンデンサC20に蓄積された電圧とともに出力端子30から外部に接続された外部電子回路に出力するようになっている。 The planar coil L is connected between the power supply voltage V E (solar cell unit 100), the diode D20, and the drain of the transistor T20, and accumulates a voltage based on the power supply voltage V E at a predetermined timing. Are output from the output terminal 30 to an external electronic circuit connected to the outside together with the voltage stored in the second capacitor C20.
ダイオードD20は、平面コイルLと出力端子30およびレギュレータRのVOUT端子との間に接続され、平面コイルLから出力端子30に電流を流すが、レギュレータRのVOUT端子または出力端子30から平面コイルLへの電流の流れを禁止する。 The diode D20 is connected between the planar coil L and the output terminal 30 and the VOUT terminal of the regulator R, and allows a current to flow from the planar coil L to the output terminal 30, but is planar from the VOUT terminal or the output terminal 30 of the regulator R. The current flow to the coil L is prohibited.
第2コンデンサC20は、所定のタイミングにて電源電圧VEに基づいて所定の電圧を蓄積するとともに、その蓄積した電圧を平面コイルLに蓄積された電圧とともに出力端子30から図示しない外部電子回路に出力するための機能を有している。 The second capacitor C20 serves to accumulate a predetermined voltage based on the power supply voltage V E at a predetermined timing, the external electronic circuit (not shown) with the stored voltage to the accumulated planar coil voltage L from the output terminal 30 It has a function to output.
トランジスタT20は、スイッチングトランジスタとして動作して、レギュレータRのEXT端子の出力に基づいて平面コイルLに蓄積された電圧を出力端子30から外部電子回路に出力するようになっている。具体的には、このトランジスタT20は、第2コンデンサC20に電圧が蓄積されている際におよび外部に電圧を出力する際に、レギュレータRの制御に基づいてスイッチング駆動せずにドレイン−ソース間を絶縁するとともに、平面コイルLに電圧を蓄積する際にレギュレータRの制御に基づいて駆動してドレイン−ソース間を通電するようになっている。 The transistor T20 operates as a switching transistor and outputs the voltage accumulated in the planar coil L based on the output of the EXT terminal of the regulator R from the output terminal 30 to the external electronic circuit. Specifically, the transistor T20 is connected between the drain and the source without switching driving based on the control of the regulator R when the voltage is accumulated in the second capacitor C20 and when the voltage is output to the outside. In addition to being insulated, when the voltage is accumulated in the planar coil L, it is driven based on the control of the regulator R and the drain-source is energized.
以上のように、本実施形態の電源回路システムSは、第2実施形態と同様の効果に加えて、出力回路10として昇圧回路を形成することができるので、太陽電池ユニット100において外部電子回路の駆動に必要な電圧より小さな電圧しか発生できない場合であっても、当該外部電子回路の駆動用として用いることができる。 As described above, the power supply circuit system S of the present embodiment can form a booster circuit as the output circuit 10 in addition to the same effects as those of the second embodiment. Even when only a voltage smaller than the voltage required for driving can be generated, it can be used for driving the external electronic circuit.
なお、図13に示すように、本実施形態の電源回路システムSの下部配線パターン230において、第2コンデンサC20と出力端子30の間にスイッチSWが形成されてもよい。この場合に、この電源回路システムSは、図11に示すように、出力端子30側の一端と第2コンデンサC20の一端との間にスイッチSWを直列に形成し、昇圧回路として的確に動作するようにしてもよい。
As shown in FIG. 13, in the
すなわち、スイッチSWは、平面コイルLに電圧が蓄積される際におよび第2コンデンサC20に電圧が蓄積される際にオフとなるとともに、平面コイルLおよび第2コンデンサC20に蓄積された電圧を外部電子回路に出力する際にオンとなり、太陽電池ユニット100において生成された電源電圧VEよりも高い電圧を的確に出力することができるようになっている。なお、図13は、本実施形態における電源回路システムSの等価回路の変形例である。
That is, the switch SW is turned off when the voltage is accumulated in the planar coil L and when the voltage is accumulated in the second capacitor C20, and the voltage accumulated in the planar coil L and the second capacitor C20 is externally applied. It turned on when outputting to the electronic circuit, and is capable of outputting accurately a voltage higher than the power supply voltage V E generated in the
[第4実施形態]
次に、図14および図15の各図を用いて本発明に係る電源回路システムSの第4実施形態について説明する。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the power supply circuit system S according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態の電源回路システムSは、第3実施形態において、複数の太陽電池ユニット100を備え、かつ、それらを並列に接続する点(後述する図14を参照)に特徴があり、その他の点は、第3実施形態(第1および第2実施形態も含む。)と同様であり、同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
The power supply circuit system S of the present embodiment is characterized in that, in the third embodiment, a plurality of
まず、図14を用いて本実施形態の電源回路システムSの構造について説明する。なお、図14は、本実施形態における電源回路システムSの構造を示す構造図である。 First, the structure of the power supply circuit system S of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a structural diagram showing the structure of the power supply circuit system S in the present embodiment.
本実施形態の電源回路システムSは、図14に示すように、複数(8枚)の電源電圧VEを生成する太陽電池ユニット100と、第3実施形態と同様に昇圧回路を形成するとともに各太陽電池ユニット100を並列接続するための上部配線パターン220および下部配線パターン230からなるFPC200と、から構成される。
Power circuit system S of this embodiment, as shown in FIG. 14, a
本実施形態の各太陽電池ユニット100は、上部配線パターン220上に、並設されるとともに、各太陽電池ユニット100に形成されたスルーホールHを介して他の太陽電池ユニット100と並列接続されている。また、一の太陽電池ユニット100が、下部配線パターン230にて平面コイルLと接続されている。
Each
以上のように、本実施形態の電源回路システムSは、第1実施形態と同様の効果に加えて、太陽電池ユニット100から発生される電流を複数倍にすることができるとともに、安定的に発生した電源電圧VEを出力することができる。 As described above, the power supply circuit system S of the present embodiment can increase the current generated from the solar cell unit 100 a plurality of times and stably generate, in addition to the same effects as those of the first embodiment. can output the power supply voltage V E.
また、本実施携帯の電源回路システムSは、汚れや陰により太陽電池ユニット100の一部に光が当たらない場合であっても安定した一定の電圧を出力することができる。
In addition, the portable power circuit system S of the present embodiment can output a stable and constant voltage even when light does not strike a part of the
なお、本実施形態の電源回路システムSは、8枚の太陽電池ユニット100を有しているが、これ以下またはこれ以上の枚数の太陽電池ユニット100を有していてもよい。
In addition, although the power supply circuit system S of this embodiment has the eight
また、本実施形態の電源回路システムSにおいては、FPC200の下部配線パターン230に出力回路10と外部電子回路との接続を行うためのソケットに嵌め込むタイプの電極端子を設けてもよい。
In the power supply circuit system S of the present embodiment, an electrode terminal of a type that fits into a socket for connecting the output circuit 10 and an external electronic circuit may be provided in the
例えば、本実施形態のFPC200は、図15に示すように、ベース210に当該ベース210の一部から延伸されたコネクタ部分250を有し、当該コネクタ部分250に所定のピッチにて形成され、下部配線パターン230と一体的に形成される複数の電極端子251と、その裏面、すなわち、ベース210の上部配線パターン220側の面に形成される補強板252と、電極端子の先端以外の部分を保護する保護膜253と、から構成される。また、このコネクタ部分250は、外部電子回路300のFPCソケット310に接続され、調整された電源電圧VEを当該外部電子回路300に出力するようになっている。なお、図15は、本実施形態における電源回路システムSの構造図の変形例である。
For example, as shown in FIG. 15, the
[第5実施形態]
次に、図16を用いて本発明に係る電源回路システムSの第5実施形態について説明する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the power supply circuit system S according to the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態の電源回路システムSは、第4実施形態において複数の太陽電池ユニット100が並列に接続されている点に代えて、当該複数の太陽電池ユニット100が直列に接続されている点(後述する図16を参照)に特徴があり、その他の点は、第4実施形態(第1、第2および第3実施形態も含む。)と同様であり、同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
The power supply circuit system S of this embodiment replaces the point where the plurality of
図16を用いて本実施形態の電源回路システムSの構造について説明する。なお、図16は、本実施形態における電源回路システムSの構造を示す構造図である。 The structure of the power supply circuit system S of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a structural diagram showing the structure of the power supply circuit system S in the present embodiment.
本実施形態の電源回路システムSは、図16に示すように、複数(8枚)の電源電圧VEを生成する太陽電池ユニット100と、第3実施形態と同様に昇圧回路を形成するとともに各太陽電池ユニット100を直列接続するための上部配線パターン220および下部配線パターン230からなるFPC200と、から構成される。
Power circuit system S of this embodiment, as shown in FIG. 16, a
本実施形態の各太陽電池ユニット100は、上部配線パターン220上に、並設されるとともに、各太陽電池ユニット100に形成されたスルーホールHを介して隣接する太陽電池ユニット100と直列接続されている。また、一の太陽電池ユニット100が、下部配線パターン230にて出力回路10と接続されている。なお、本実施形態の出力回路10は、第4実施形態とは異なり、所定の電子回路素子Eなどが適宜実装されている。
Each
以上のように、本実施形態の電源回路システムSは、第1実施形態と同様の効果に加えて、太陽電池ユニット100から発生される電圧を複数倍にすることができる。
As described above, the power supply circuit system S of the present embodiment can multiply the voltage generated from the
なお、本実施形態の電源回路システムSは、8枚の太陽電池ユニット100を有しているが、これ以下またはこれ以上の枚数の太陽電池ユニット100を有していてもよい。
In addition, although the power supply circuit system S of this embodiment has the eight
C10 … 第1コンデンサ
C20 … 第2コンデンサ
D10、D20 … ダイオード
T10、T20 … トランジスタ
E … 電子回路素子
H … スルーホール
I … 集積回路チップ
J … 治具
L … 平面コイル
M … ランド
O … スルーホール用孔
R … レギュレータ
S … 電源回路システム
10 … 出力回路
20 … コンタクトホール
30 … 出力端子
100 … 太陽電池ユニット
110 … 光電変換層
111 … N型有機半導体層
112 … P型有機半導体層
113 … 正孔取出し層
115 … 混合層
117 … 酸化物半導体層
120 … 透明電極層
130 … メッシュ電極層
200 … FPC
210 … ベース
220 … 上部配線パターン
230 … 下部配線パターン
250 … コネクタ部分
251 … 電極端子
252 … 補強板
253 … 保護膜
300 … 外部電子回路
310 … ソケット
C10: first capacitor C20: second capacitor D10, D20: diode T10, T20 ... transistor E ... electronic circuit element H ... through hole I ... integrated circuit chip J ... jig L ... planar coil M ... land O ... for through hole Hole R ... Regulator S ... Power supply circuit system 10 ... Output circuit 20 ... Contact hole 30 ...
210 ...
Claims (14)
前記光電変換によって生成された電圧を出力するための出力回路と前記太陽電池ユニットを接続するための配線パターンが形成されるフレキシブルプリント基板と、
を備え、
前記配線パターンが、前記第1電極層として、前記フレキシブルプリント基板を構成する基材上に形成されていることを特徴とする太陽電池システム。 A first electrode layer, a photoelectric conversion layer that is stacked on the first electrode layer and performs photoelectric conversion for generating a voltage from received light, and is stacked on the photoelectric conversion layer, the photoelectric conversion layer A second electrode layer having a structure for receiving light in the solar cell unit,
An output circuit for outputting the voltage generated by the photoelectric conversion and a flexible printed circuit board on which a wiring pattern for connecting the solar cell unit is formed;
With
The said wiring pattern is formed on the base material which comprises the said flexible printed circuit board as a said 1st electrode layer, The solar cell system characterized by the above-mentioned.
前記配線パターンには、電子回路部品によって構成される出力回路が形成されている回路パターンが含まれることを特徴とする太陽電池システム。 The solar cell system according to claim 1,
The solar cell system, wherein the wiring pattern includes a circuit pattern in which an output circuit constituted by electronic circuit components is formed.
前記回路パターンが、前記電子回路部品の特徴的な機能を発揮させるための少なくとも一部として用いられることを特徴とする太陽電池システム。 The solar cell system according to claim 2, wherein
The solar cell system, wherein the circuit pattern is used as at least a part for exhibiting a characteristic function of the electronic circuit component.
前記基材の前記太陽電池ユニットが配設される側である第1基板面に、前記回路パターンとして第1回路パターンが形成されているとともに、当該第1基板面と反対側の第2基板面に、前記回路パターンとして第2回路パターンが形成されおり、
前記第1回路パターンと前記第2回路パターンによって前記電子回路部品が構成されることを特徴とする太陽電池システム。 In the solar cell system according to claim 3,
A first circuit pattern is formed as the circuit pattern on the first substrate surface on which the solar cell unit of the base material is disposed, and a second substrate surface opposite to the first substrate surface. In addition, a second circuit pattern is formed as the circuit pattern,
The electronic circuit component is configured by the first circuit pattern and the second circuit pattern.
前記回路パターンには、前記出力回路を構成する電子回路部品が実装されていることを特徴とする太陽電池システム。 In the solar cell system according to any one of claims 2 to 4,
An electronic circuit component that constitutes the output circuit is mounted on the circuit pattern.
前記基材の前記太陽電池ユニットが配設される側である第1基板面に前記回路パターンが形成されていることを特徴とする太陽電池システム。 In the solar cell system according to claim 2 or 3,
The solar cell system, wherein the circuit pattern is formed on a first substrate surface on a side of the base material on which the solar cell unit is disposed.
前記回路パターン上に前記太陽電池ユニットと同一の積層構造を備え、当該回路パターンと当該回路パターン上に形成された前記光電変換層及び前記第2電極層とによって前記電子回路部品が形成されていることを特徴とする太陽電池システム。 The solar cell system according to claim 6, wherein
The electronic circuit component is formed on the circuit pattern by including the same laminated structure as the solar cell unit, and the photoelectric conversion layer and the second electrode layer formed on the circuit pattern and the circuit pattern. A solar cell system characterized by that.
前記基材の前記太陽電池ユニットが配設される側である第1基板面と反対側の第2基板面に、前記回路パターンが形成されていることを特徴とする太陽電池システム。 In the solar cell system according to claim 2 or 3,
The solar cell system, wherein the circuit pattern is formed on a second substrate surface opposite to the first substrate surface on which the solar cell unit is disposed on the base material.
前記フレキシブルプリント基板が、前記生成された電圧によって駆動する電子回路と接続するための電極端子を更に備えることを特徴とする太陽電池システム。 In the solar cell system according to any one of claims 1 to 8,
The solar cell system, wherein the flexible printed circuit board further includes an electrode terminal for connecting to an electronic circuit driven by the generated voltage.
前記太陽電池ユニットが、前記光電変換層と絶縁しつつ、前記第2電極層と前記出力回路を接続するためのスルーホールを有するとともに、
前記配線パターンが、前記スルーホールと接合されるランドを有することを特徴とする太陽電池システム。 In the solar cell system according to any one of claims 1 to 9,
While the solar cell unit has a through hole for connecting the second electrode layer and the output circuit while being insulated from the photoelectric conversion layer,
The solar cell system, wherein the wiring pattern has a land joined to the through hole.
前記ランドが、前記配線パターン上に前記太陽電池ユニットを配設する位置を位置決めする際に用いられるアライメントマークとして機能するための形状を有していることを特徴とする太陽電池システム。 The solar cell system according to claim 10, wherein
The solar cell system, wherein the land has a shape for functioning as an alignment mark used when positioning the solar cell unit on the wiring pattern.
前記スルーホールおよびランドが、前記太陽電池ユニットが前記フレキシブルプリント基板に装着された際の当該太陽電池ユニットの中央近傍に形成されていることを特徴とする太陽電池システム。 The solar cell system according to claim 10, wherein
The solar cell system, wherein the through hole and the land are formed in the vicinity of the center of the solar cell unit when the solar cell unit is mounted on the flexible printed board.
前記配線パターンには前記太陽電池ユニットを配設する位置を位置決めするアライメントマークが形成されていることを特徴とする太陽電池システム。 The solar cell system according to any one of claims 1 to 9,
An alignment mark for positioning a position where the solar cell unit is disposed is formed on the wiring pattern.
前記太陽電池ユニットと前記出力回路を接続するための配線パターンであって当該出力回路が形成される配線パターンを有する前記フレキシブルプリント基板を準備する準備工程と、
前記配線パターン上に、受光された光から電圧を生成させるための光電変換が行われる光電変換層を形成する光電変換層形成工程と、
前記光電変換層上に積層され、当該光電変換層に光を受光させるための構造を有する表面電極層を形成する表面電極層形成工程と、
を含み、
前記配線パターンが、前記太陽電池ユニットの裏面電極層として用いられることを特徴とする太陽電池システム。 A manufacturing method for manufacturing a solar cell system comprising a solar cell unit and a flexible printed circuit board on which an output circuit that performs output control of the voltage generated by the solar cell unit is formed,
A preparation step of preparing the flexible printed circuit board having a wiring pattern for connecting the solar cell unit and the output circuit and having the output circuit formed thereon;
A photoelectric conversion layer forming step for forming a photoelectric conversion layer on which photoelectric conversion for generating a voltage from received light is performed on the wiring pattern;
A surface electrode layer forming step of forming a surface electrode layer laminated on the photoelectric conversion layer and having a structure for allowing the photoelectric conversion layer to receive light;
Including
The solar cell system, wherein the wiring pattern is used as a back electrode layer of the solar cell unit.
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