(57)【要約】      （修正有）【課題】電気的に直列接続の配置の自由度を高めることで、繊維状光発電素子を配置した布帛の柔軟性の低下を抑制するとともに、接続部の形成を容易にすることが可能な電気的に直列接続構造及び該繊維状光発電素子を備える布型太陽電池を提供する。【解決手段】繊維状光発電素子１は導電性芯材１−１と電極リード線１−２を備え、電気的に直列に接続する他方の繊維状光発電素子１の電極リード線１−２と前記導電性芯材１−１とが、樹脂フィルム２上に配置された導電性接着剤３とともに接着され、電気的に接続していることを特徴とする繊維状光発電素子の直列接続構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状光発電素子は導電性芯材と電極リード線を備え、
電気的に直列に接続する他方の繊維状光発電素子の電極リード線と前記導電性芯材とが、
樹脂フィルム上に配置された導電性接着剤とともに接着され、
電気的に接続していることを特徴とする繊維状光発電素子の直列接続構造。
【請求項２】
樹脂フィルム上に導電材のパターンが形成され、
繊維状光発電素子は導電性芯材と電極リード線を備え、
電気的に直列に接続する他方の繊維状光発電素子の電極リード線と前記導電性芯材とが、
前記導電材上に配置された導電性接着剤とともに接着され、
電気的に接続していることを特徴とする繊維状光発電素子の直列接続構造。
【請求項３】
前記他方の繊維状光発電素子の電極リード線と前記導電性芯材とが導電性接着剤とともに接着された前記樹脂フィルムの面と同じ側から、さらに保護フィルムを積層する請求項１又は２に記載の繊維状光発電素子の直列接続構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を織物の少なくとも一部に備えた布型太陽電池。
【請求項５】
前記織物に、プラス電極用及びマイナス電極用の導電糸をそれぞれ備えた請求項４に記載の布型太陽電池。
【請求項６】
前記織物の前記繊維状光発電素子を備えた部分又は領域に、保護層を積層した請求項４又は５に記載の布型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維状光発電素子の直列接続構造と該直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を備える布型太陽電池に関し、さらに詳しくは、例えば上着、ズボン、シャツやスカートなどの衣料品や、ベルト、帽子、手袋、ストール、鞄、横断幕、幟、ロールスクリーン、シェード、カーテン、テント等の一部に用いられる布型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、複数のパネル状の太陽電池素子からなり、各太陽電池素子はインナーリード線を用い電気的に接続されている。例えばインナーリード線としてハンダがコーティングされており、このハンダにより太陽電池素子上の電極と電気的に接続する技術が公知である。
【０００３】
また、太陽電池モジュール内部で発電された電力をモジュールから取り出すリード線の接続方法が公知である。例えば、発電された電力を外部に取り出す内部リード線が、端子台において外部へ取り出すためのケーブルと電気的に接続する。端子台には挿入溝と挿入型圧着端子を備え、内部リード線を挿入溝と挿入型圧着端子とで挟み込むことで内部リード線を挿入溝内に固定し、挿入型圧着端子と電気的に接続する方法が記載されている（特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、例えば電極線の太さが０．１５ｍｍ未満であるような繊維状光発電素子同士の電極を接続するのには、ハンダによる接続ではハンダが１６０℃以上の高温になることから繊維状光発電素子への悪影響のおそれがある。
【０００５】
また、出願人は繊維状光発電素子が導電性芯材と電極リード線を備え、電気的に直列に接続する他方の繊維状光発電素子の電極リード線と前記導電性芯材とが接続部を形成し、前記接続部が電気的に接続する直列接続構造を、さらに接続部をハウジング内に配置する構造を開示している（特許文献２）。
【０００６】
しかしながら、接続部の形成及び接続部をハウジング内に配置する構造をさらに簡素化したいというニーズがあった。また、繊維状光発電素子を配置した布帛は、全体としては柔軟性があるもののハウジング部での柔軟性が低下するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１２８１８１号公報
【特許文献２】特開２０１７−０４５９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、電気的に直列接続の配置の自由度を高めることで、繊維状光発電素子を配置した布帛の柔軟性の低下を抑制するとともに、接続部の形成を容易にすることが可能な直列接続構造及び該繊維状光発電素子を備える布型太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
【００１０】
［１］繊維状光発電素子は導電性芯材と電極リード線を備え、
電気的に直列に接続する他方の繊維状光発電素子の電極リード線と前記導電性芯材とが、
樹脂フィルム上に配置された導電性接着剤とともに接着され、
電気的に接続していることを特徴とする繊維状光発電素子の直列接続構造。
【００１１】
［２］樹脂フィルム上に導電材のパターンが形成され、
繊維状光発電素子は導電性芯材と電極リード線を備え、
電気的に直列に接続する他方の繊維状光発電素子の電極リード線と前記導電性芯材とが、
前記導電材上に配置された導電性接着剤とともに接着され、
電気的に接続していることを特徴とする繊維状光発電素子の直列接続構造。
【００１２】
［３］前記他方の繊維状光発電素子の電極リード線と前記導電性芯材とが導電性接着剤とともに接着された前記樹脂フィルムの面と同じ側から、さらに保護フィルムを積層する前項１又は２に記載の繊維状光発電素子の直列接続構造。
【００１３】
［４］前項１〜３のいずれか１項に記載の直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を織物の少なくとも一部に備えた布型太陽電池。
【００１４】
［５］前記織物に、プラス電極用及びマイナス電極用の導電糸をそれぞれ備えた前項４に記載の布型太陽電池。
【００１５】
［６］前記織物の前記繊維状光発電素子を備えた部分又は領域に、保護層を積層した前項４又は５に記載の布型太陽電池。
【発明の効果】
【００１６】
［１］の発明では、電気的に直列に接続する他方の繊維状光発電素子の電極リード線と導電性芯材とが、樹脂フィルム上に配置された導電性接着剤とともに接着され、電気的に接続している繊維状光発電素子の直列接続構造は、複数の繊維状光発電素子を電気的に直列接続することができるので、より高い電圧を得ることができる。また、樹脂フィルム上に配置された導電性接着剤とともに接着されるため、容易にしかも確実に電気的に接続することができる。
【００１７】
［２］の発明では、樹脂フィルム上に導電材のパターンが形成され、電気的に直列に接続する他方の繊維状光発電素子の電極リード線と導電性芯材とが、前記導電材上に配置された導電性接着剤とともに接着され、電気的に接続している繊維状光発電素子の直列接続構造は、複数の繊維状光発電素子を電気的に直列接続することができるので、より高い電圧を得ることができる。また、樹脂フィルム上に形成された導電材のパターンの上に配置された導電性接着剤とともに接着されるため、容易にしかも確実に電気的に接続することができるばかりでなく、前記パターンを一列、千鳥等パターン配置することができ自由度が高まるので、繊維状光発電素子の配列や電圧設計が容易になる。
【００１８】
［３］の発明では、前記他方の繊維状光発電素子の電極リード線と前記導電性芯材とが導電性接着剤とともに接着された前記樹脂フィルムの面と同じ側から、さらに保護フィルムを積層することで接着部を保護することができ、耐久性が向上するばかりでなく、取扱いも容易になる。
【００１９】
［４］の発明では、電気的に直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を織物の少なくとも一部に備えた布型太陽電池を提供できる。少なくとも織物の一部に繊維状光発電素子を備えることで、例えば上着、ズボン、シャツやスカートなどの衣料品や、ベルト、帽子、手袋、ストール、鞄、横断幕、幟、ロールスクリーン、シェード、カーテン、テント等の一部に好適に適用することができる。
【００２０】
［５］の発明では、織物にプラス電極用及びマイナス電極用の導電糸をそれぞれ備えたことから、電流を容易に取り出せる。
【００２１】
［６］の発明では、繊維状光発電素子を備えた部分又は領域に、保護層を積層したことから、耐久性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一の発明及び第二の発明に係る繊維状光発電素子の直列接続構造の一実施形態を示す説明図である。
【図２】第一の発明に係る繊維状光発電素子の直列接続構造の一実施形態の側面図である。
【図３】第二の発明に係る繊維状光発電素子の直列接続構造の一実施形態の側面図である。
【図４】（ａ）は第一の発明に係る樹脂フィルムを示す説明図で、（ｂ）は第二の発明に係る樹脂フィルム上に形成された導電材のパターンを示す説明図である。
【図５】第三の発明に係る繊維状光発電素子を備える布型太陽電池の一実施形態を示す説明図である。
【図６】第三の発明に係る繊維状光発電素子を備える布型太陽電池の他の実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第一の発明及び第二の発明に係る繊維状光発電素子の直列接続構造の一実施形態の説明を図１に示す。第一の発明、第二の発明に係る繊維状光発電素子の直列接続構造の一実施形態の側面図を順に図２、図３に示す。
【００２４】
第一の発明及び第二の発明の繊維状光発電素子１の直列接続構造は、図１に示すように導電性芯材１−１と電極リード線１−２を備え、電気的に直列に接続する他方の繊維状光発電素子１の電極リード線１−２と前記導電性芯材１−１とが、樹脂フィルム２の上に配置された導電性接着剤３とともに接着され、電気的に接続していることを特徴とする。
【００２５】
第一の発明では、図２に示すように樹脂フィルム２の上に配置された導電性接着剤３とともに接着されるが、第二の発明では、図３に示すように樹脂フィルム上に導電材のパターンが形成され、繊維状光発電素子１は導電性芯材１−１と電極リード線１−２を備え、電気的に直列に接続する他方の繊維状光発電素子１の電極リード線１−２と前記導電性芯材１−１とが、導電材４の上に配置された導電性接着剤３とともに接着され、電気的に接続していることを特徴とする。
【００２６】
本発明の繊維状光発電素子１の直列接続構造において繊維状光発電素子１としては、特に限定されないが、シリコン系、無機系化合物、有機系化合物の光発電素子を挙げることができる。例えば、シリコン系光発電素子としては、単結晶シリコン光発電素子、多結晶シリコン光発電素子、アモルファスシリコン光発電素子を挙げることができる。無機系化合物光発電素子としては、ＣＩＳ系（銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、セレン（Ｓｅ）などからなる化合物半導体でつくられる）光発電素子、ＧａＡｓ系光発電素子、ＣｄＴｅ系光発電素子を挙げることができる。有機系化合物光発電素子としては、色素増感光発電素子、有機薄膜光発電素子を挙げることができる。なかでも、繊維状基材の表面に略同芯円状に順に発電層、封止層が積層され、発電層と封止層との間に電極又は電極リード線を備えてなる光発電素子は、多方向からの光によって発電することが可能な素子であり、優れた発電性能を発揮する。また、繊維状光発電素子１の直列接続構造で、繰り返して電気的に直列接続した繊維状光発電素子１は、太陽電池としてより高い電圧を得ることができる。
【００２７】
本発明において導電性芯材１−１は、導電性を有していれば特に限定はされないが、ステンレス線、チタン線、アルミニウム線、銅線、銀線等を挙げることができる。上述の高い汎用性の観点から繊維状光発電素子１の直径を１００μｍ〜３００μｍとするなら、導電性芯材１−１の直径としては４０μｍ〜２００μｍが好ましい。光発電素子の性能に導電性芯材１−１の寸法精度や表面の粗さが影響を及ぼすので、寸法精度と表面平滑さの点でステンレス線、チタン線、が好ましい。導電性芯材１−１の材質をステンレス、チタンとすることで発電効率に優れた繊維状光発電素子１とすることができる。また、導電性芯材１−１は、繊維状光発電素子１の陰極として作用する。
【００２８】
本発明において電極リード線１−２は、導体であれば特に限定はされないが、金線、銀線、銅線、ステンレス線等を挙げることができる。上述の高い汎用性の観点から繊維状光発電素子１の直径が１００μｍ〜３００μｍとするなら、電極リード線１−２の直径としては２０μｍ〜１００μｍが好ましい。なかでも、素材表面の酸化による劣化がなく柔軟であるので金線が好ましい。また、電極リード線１−２は、繊維状光発電素子１の陽極として作用する。
【００２９】
本発明において導電性接着剤３としては、電気伝導度の高い金属粉末を接着剤に混入したものが用いられる。金属粉末は、例えば、金、銀、銅、白金、ニッケル等が挙げられる。また、接着剤樹脂としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂を例示できる。
【００３０】
第一の発明では、電気的に直列に接続する他方の繊維状光発電素子１の電極リード線１−２と導電性芯材１−１とを、樹脂フィルム２の上に配置された導電性接着剤３とともに接着する際、電気的に接続し接着されていれば、特に限定されずどのような接続であってもよいが、例えば電極リード線１−２を導電性芯材１−１に巻き付けて形成してもよい。
【００３１】
また  第二の発明では、樹脂フィルム上に導電材４のパターンが形成され、電気的に直列に接続する他方の繊維状光発電素子１の電極リード線１−２と導電性芯材１−１とを、導電材４の上に配置された導電性接着剤３とともに接着する際、電気的に接続し接着されていれば、特に限定されずどのような接続であってもよいが、例えば電極リード線１−２を導電性芯材１−１に巻き付けて形成してもよい。導電材４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、例えば金、銀、銅、アルミニウム、白金等を挙げることができる。
【００３２】
このようにして、例えば直径が０．１５ｍｍ未満の電極リード線１−２のように極めて細い電極であっても、ハンダを使用することなく接続することができるので繊維状光発電素子１を高温にさらしてしまうことがないので、繊維状光発電素子１を破損させるおそれがない。したがって、本発明では繊維状光発電素子１同士を電気的に直列に接続することができるので、光発電によってより高電圧が得られる。
【００３３】
図４（ａ）には、樹脂フィルム２を示す。これは、第一の発明における樹脂フィルム２であるし、また第二の発明での導電材４のパターンを形成する前の樹脂フィルム２でもある。また、図４（ｂ）には、導電材４のパターンを形成した樹脂フィルム２を示す。この例では導電材４が千鳥に配列したパターンであるが、特にこのパターンに限定されない。
【００３４】
このように導電材４のパターンを形成することで、導電材４のパターンの上に配置された導電性接着剤とともに接着することができるため、容易にしかも確実に電気的に接続することができるばかりでなく、前記パターンを一列、千鳥等パターン配置することができ自由度が高まるので、繊維状光発電素子の配列や電圧設計が容易になる。
【００３５】
樹脂フィルム２としては、特に限定されないが、例えばアクリル、塩化ビニル、ポリスチレンを挙げることができる。さらに可撓性を有するのが好ましく、この場合ポリプロピレン、ポリイミドを挙げることができる。また、熱接着可能な低融点の樹脂フィルムがなお一層好ましく、ポリエステル、ポリエチレンを挙げることができる。
【００３６】
他方の繊維状光発電素子１の電極リード線１−２と前記導電性芯材１−１とが導電性接着剤３とともに接着された樹脂フィルム２の面と同じ側から、さらに保護フィルムを積層するのが好ましい。保護フィルムとしては、樹脂フィルム２と同じであってもなくてもよい。こうして、保護すると同時に繊維状光発電素子１同士が、意図せず電気的に接続してしますおそれを抑制することができる。
【００３７】
さらに、第三の発明に係る繊維状光発電素子を備える布型太陽電池の一実施形態の説明図を図５に示す。図５に示すように電気的に直列接続構造で接続された繊維状光発電素子１を織物６の少なくとも一部に備える。個々の樹脂フィルム２が千鳥に配されている。こうすることで布型の柔軟性を活かしながらレイアウトを設計し配置することができる。また、第三の発明に係る繊維状光発電素子を備える布型太陽電池の他の実施形態の説明図を図６に示す。図６に示すように接続部近傍を覆うように樹脂フィルム２を配してもよい。こうして、電気的に直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を織物の少なくとも一部に備えた布型太陽電池を提供することができる。
【００３８】
なお、本願発明は電気的な接続として繊維状光発電素子の直列接続構造に係る発明であるが、電気的に並列に接続する並列接続構造を形成することで、織物の一部に並列接続構造を設けてもよい。さらに、直列接続構造を有する織物、並列接続構造を有する織物を別々に形成し、これらを組み合わせてもよい。これらを組み合わせることで並列接続構造のものを互いに直列に接続してもよいし、直列接続構造のものを互いに並列に接続してもよい。こうして電圧も電流も設計することができる。
【００３９】
布型太陽電池５を構成する織物６としては、特に限定されないが、例えば公知の織機にて、経糸として、総繊度３５０ｄｔｅｘポリエステル繊維を用い、緯糸として直径１９０μｍの繊維状光発電素子（直径１９０μｍ）と総繊度３５０ｄｔｅｘのポリエステル繊維を引き揃えて平織（緯糸の織込本数は５２本／ｃｍ）の織物６を製織することができる。
【００４０】
織物６には、プラス電極用及びマイナス電極用の導電糸７をそれぞれ備えるので、電極を接続することで電流を容易に取り出せるので好ましい。導電糸７は、織物６の経糸や緯糸として織り込むことで、確実に配置できるうえ、織り込まれた導電糸７のどこからでも電流を取り出せるので好ましい。
【００４１】
導電糸７としては、導電性があれば特に限定されないが、例えば金、銀、銅等の金属によるめっき繊維や、金、銀、銅、ニッケル、スズ、ステンレス等の金属線、金属めっき繊維によるカバリング糸等を挙げることができる。
【００４２】
織物６の繊維状光発電素子１を備えた部分又は領域に、保護層を積層するのが繊維状光発電素子１を保護し、耐久性をより向上させることから好ましい。前記保護層としては、例えばポリエステル、エチレンビニルアルコール、無機ガラスを挙げることができる。なかでも、ポリエステル、エチレンビニルアルコールは熱接着により布型太陽電池５を構成する織物６と密着することから、織物６の可撓性を維持できる強固な保護層となるので好ましい。また、上述の保護層にシリカを蒸着したものは、酸素や水分の透過を防止または抑制することができるのでより好ましい。
【００４３】
こうした構成を備えた布型太陽電池は、例えば上着、ズボン、シャツやスカートなどの衣料品や、ベルト、帽子、手袋、ストール、鞄、横断幕、幟、ロールスクリーン、シェード、カーテン、テント等の一部として好適である。
【実施例】
【００４４】
次に、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例のものに特に限定されるものではない。なお、この発明の実施例の使用材料は次の通りである。
【００４５】
＜使用材料＞
繊維状光発電素子・・・有機系発電糸（直径２００μｍ）
導電性芯材・・・ステンレス線（直径１００μｍ）
電極リード線・・・金線（直径５０μｍ）
樹脂フィルム・・・ポリエチレン樹脂（厚さ１００μｍ）
導電性接着剤・・・導電性エポキシ樹脂（銀フィラー含有）
導電材・・・銅
織物・・・経糸：ポリエステル繊維（総繊度３５０ｄｔｅｘ）、緯糸：ポリエステル繊維（総繊度３５０ｄｔｅｘ）
導電糸・・・スズめっき銅線を弾性糸に巻付けた複合糸
プラス電極端子部・・・銅製（厚さ５００μｍ）
マイナス電極端子部・・・銅製（厚さ５００μｍ）
【００４６】
＜実施例１＞
ステンレス線を芯材とし、金線を電極リード線として備える有機系発電糸を用意した。この金線を別の有機系発電糸の芯材の端部に５回巻き付けた。続いてこの巻き付けた部分をポリエチレン樹脂製フィルム上の導電性接着剤とともに接着することで繊維状光発電素子の直列接続構造を得た。
【００４７】
織物の耳内に導電糸（マイナス電極用、プラス電極用）が経糸として組織されるように製織しながら、繊維状光発電素子を１０本に１本の割合で緯糸として製織した。次に、1番目の繊維状光発電素子のステンレス線を導電性接着剤で導電糸（マイナス極用）と接着した。続いて、１番目の繊維状光発電素子の金線を隣の繊維状光発電素子の端部に５回巻き付け、順に全ての繊維状光発電素子について同様に行った。次に、あらかじめ用意した帯状のポリエチレン樹脂製のフィルムに導電性接着剤を図４（ｂ）のように配し、上述の金線を巻き付けた部分を導電性接着剤で接着した。最後の繊維状光発電素子の金線を導電性接着剤で別の導電糸（プラス電極用）と接着した。マイナス電極端子部、プラス電極端子部をそれぞれの導電糸に設けた。こうして図５に示すような布型太陽電池を得た。
【００４８】
得られた布型太陽電池の上面に樹脂フィルムを積層したのち、布型太陽電池の表面にポリエチレン樹脂製のフィルムを温度１４０℃で熱接着し保護層とした。こうして用意した布型太陽電池をブルゾンの肩部に取付けた。
【００４９】
＜実施例２＞
実施例１において、織物を製織する際に、繊維状光発電素子を１５本に１本の割合で緯糸とし対外は実施例１と同様にして布型太陽電池を得た。
【００５０】
得られた布型太陽電池の上面に樹脂フィルムを積層したのち、布型太陽電池の表面にポリエチレン樹脂製のフィルムを温度１４０℃で熱接着し保護層とした。こうして用意した布型太陽電池をカーテンに取付けた。
【００５１】
このようにして得られた繊維状光発電素子の電気的な直列接続構造は配置の自由度もあり、また配置した繊維状光発電素子を備える布型太陽電池はいずれも柔軟性を有するものであった。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る繊維状光発電素子の直列接続構造及び該直列接続構造で接続された繊維状光発電素子を備える布型太陽電池は、特に限定されるものではないが、屋内ばかりでなく屋外の品、さらには身に着けるいわゆるウェアラアブル品や、携行品に用いられる。
【符号の説明】
【００５３】
１…繊維状光発電素子
１−１…導電性芯材
１−２…電極リード線
２…樹脂フィルム
３…導電性接着剤
４…導電材
５…布型太陽電池
６…織物
７…導電糸
８…プラス電極端子部
９…マイナス電極端子部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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