(57)【要約】【課題】太陽電池の平面積を小さくすることが可能な塗布形成型の太陽電池を用いることにより、ＩＣタグを小型化する。また、各種回路の駆動停止に伴う無線信号の発信停止を抑制する。【解決手段】太陽電池１００は、蓄電用コンデンサ１０１を蓄電する。制御用ＩＣ１０５及び無線モジュール１０９は、蓄電用コンデンサ１０１より電力供給を受けて駆動する。制御用ＩＣ１０５は、蓄電用コンデンサ１０１の電圧に基づき、無線モジュール１０９への電力供給の間隔を変更する。太陽電池１００は、電子受容性無機物を主成分とし、塩基性染料を含有する材料からなるｎ型半導体層と、電子供与性有機物を主成分とし、電子受容性化合物を含有する材料からなるｐ型半導体層とを含んでいる。【選択図】図３
2008097269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部機器と無線信号による情報通信を行うＩＣタグであって、
基板上に塗布形成された太陽電池と、
前記太陽電池に逆流防止回路を介して接続された蓄電用コンデンサと、
前記蓄電用コンデンサより電力供給を受けて無線信号を発信する発信部と、
前記発信部への電力供給を所定間隔で行うように制御する電力供給制御部
とを備えており、
前記太陽電池が、
電子受容性無機物を主成分とし、塩基性染料を含有する材料からなるｎ型半導体層と、
電子供与性有機物を主成分とし、電子受容性化合物を含有する材料からなるｐ型半導体層とを含んでいることを特徴とするＩＣタグ。
【請求項２】
外部機器と無線信号による情報通信を行うＩＣタグであって、
基板上に塗布形成された太陽電池と、
前記太陽電池に逆流防止回路を介して接続された蓄電用コンデンサと、
前記蓄電用コンデンサより電力供給を受けて無線信号を発信する発信部と、
前記発信部への電力供給を所定間隔で行うように制御する電力供給制御部とを備えており、
前記電力供給制御部は、前記蓄電用コンデンサの電圧値に基づき、前記発信部への電力供給の間隔を変更することを特徴とするＩＣタグ。
【請求項３】
前記蓄電用コンデンサを、前記太陽電池の光入射面側と対向する面側に接して設けられた電気二重層コンデンサで構成したことを特徴とする請求項１または２に記載のＩＣタグ。
【請求項４】
前記電力供給制御部の動作に応答して生成される送信用デジタルデータの出力状況を外部に報知する報知部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＩＣタグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に電池を有するアクティブ型のＩＣタグに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、タグ状の媒体に電波を用いてデータの記録または読み出しを行い、アンテナを介して通信を行うＩＣタグがある。このＩＣタグには、ＩＣタグ内に一次電池を内蔵しており、ＩＣタグ自身が無線信号により一定時間（例えば、１秒）おきにデータを含む無線信号を発信するアクティブ型のＩＣタグがある。
【０００３】
このアクティブ型のＩＣタグは、一次電池の寿命が半年程度と短いため、電池交換のためのコスト及び人件費がかかることが問題であった。そこで、特許文献１に記載のＩＣタグでは、太陽電池及び電気二重層コンデンサから電源が構成されたものが提案されている。太陽電池は、光電効果を利用して光を電力に変換するものである。この電力は、太陽電池を形成する材料及び太陽電池の平面積から決定される。電気二重層コンデンサは、充放電を繰り返し行うことができる二次電池の機能を果たすコンデンサである。太陽電池の発電により、電気二重層コンデンサの充電が行われる。そして、太陽電池及び電気二重層コンデンサから構成される電源によって供給される電力により、ＩＣタグ内の各種回路を駆動し、データを含む無線信号を発信する。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０６０６１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載のＩＣタグにおいて、太陽電池が、ＩＣタグ内の各種回路を駆動できるだけの電力を電気二重層コンデンサに充電するためには、大きな電力を発電する必要があり、また充電に時間がかかる問題を含んでいた。ここで、大きな電力を発電するためには、太陽電池の平面積を大きくする必要があり、ＩＣタグの表面積が大きくなってしまう問題があった。
また、従来から用いられている結晶あるいはアモルファスシリコンを用いた太陽電池をＩＣタグに適用した場合、ＩＣタグのフレキシビリティが阻害されてしまうことになる問題があった。
【０００６】
また、日陰・雨天などの環境において光の照射が少ないと、太陽電池により蓄電用コンデンサに充電される電力よりも、ＩＣタグ内の各種回路の駆動により消費される電力の方が大きくなる場合がある。このとき、電気二重層コンデンサの電力は各種回路を駆動している間、少しずつ低下していく。そして、電気二重層コンデンサの電圧が各種回路の駆動電圧以下になると、各種回路への供給電圧不足に起因した各種回路の駆動停止に伴い、無線信号の発信が停止してしまうことになり、従来の太陽電池を電源としたＩＣタグにあっては使用者に不安感を持たせることになっていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、塗布形成される高効率の期待される太陽電池を用いることにより、小型のＩＣタグを提供することである。
【０００８】
また、本発明の別の目的は、各種回路の駆動停止に伴う無線信号の発信停止を抑制したＩＣタグを提供することである。
さらに、本発明の別の目的は、使用者に安心感を与える太陽電池を電源としたＩＣタグを提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
本発明のＩＣタグは、外部機器と無線信号による情報通信を行うＩＣタグであって、基板上に塗布形成された太陽電池と、前記太陽電池に逆流防止回路を介して接続された蓄電用コンデンサと、前記蓄電用コンデンサより電力供給を受けて無線信号を発信する発信部と、前記発信部への電力供給を所定間隔で行うように制御する電力供給制御部とを備えている。前記太陽電池が、電子受容性無機物を主成分とし、塩基性染料を含有する材料からなるｎ型半導体層と、電子供与性有機物を主成分とし、電子受容性化合物を含有する材料からなるｐ型半導体層とを含んでいる。
【００１０】
本発明者らは、塩基性染料を含有するｎ型無機半導体層と電子受容性化合物を含有するｐ型有機半導体層とを組み合わせることにより、太陽電池の光電変換特性を大幅に向上させられることを知見した。本発明はこの知見に基づくものであって、従来に比べて、単位面積当たりの光電変換効率が増加するので、太陽電池の平面積が小さい状態においても大きな電力を得ることが期待でき、また塗布形成が可能となるため、ＩＣタグを小型化することができると共に、太陽電池付ＩＣタグの作製工程を簡略化することが可能となる。
【００１１】
一方、本発明のＩＣタグは、外部機器と無線信号による情報通信を行うＩＣタグであって、基板上に塗布形成された太陽電池と、前記太陽電池に逆流防止回路を介して接続された蓄電用コンデンサと、前記蓄電用コンデンサより電力供給を受けて無線信号を発信する発信部と、前記発信部への電力供給を所定間隔で行うように制御する電力供給制御部とを備えている。前記電力供給制御部は、前記蓄電用コンデンサの電圧値に基づき、前記発信部への電力供給の間隔を変更する。
【００１２】
このＩＣタグによると、所定タイミングにおける蓄電用コンデンサに充電された電圧値に基づき、発信部への電力供給の間隔を変更することができる。そのため、例えば、日陰・雨天などの環境において光の照射が少ないときにおいても、発信部への電力供給の間隔を長くすることにより、発信部による電力消費を減らすことができ、蓄電用コンデンサの電圧低下を抑制することができる。これにより、ＩＣタグを構成する各種回路への供給電圧不足に起因した各種回路の駆動停止に伴う無線信号の発信停止を抑制することができる。
【００１３】
また、前記蓄電用コンデンサを電気二重層コンデンサで構成する場合、前記太陽電池の光入射面側と対向する面側に接して設けられていることが好ましい。これにより、シート状に形成可能な電気二重層コンデンサが光の入射を遮ることがないため、太陽電池が光の利用効率を損なうことがなく、またＩＣタグの体積を小さくすることができる。
【００１４】
加えて、前記電力供給制御部の動作に応答して生成される送信用デジタルデータの出力状況を外部に報知する報知部をさらに備えていることが好ましい。これにより、各種回路が駆動していることを視覚的に認識することができ、太陽電池が発電を行い、各種回路が電力供給されて動作していることを確認することができ、使用者に安心感を与えることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態によるＩＣタグの構成図である。
【００１６】
図１に示すように、ＩＣタグ１０００においては、ショットキーバリアダイオード１０２（逆流防止回路）を介して接続された太陽電池１００と蓄電用コンデンサ１０１とが、ＩＣタグ回路１０３に接続されており、さらに、ＩＣタグ回路１０３にアンテナ１０４が接続されている。
【００１７】
太陽電池１００について、図２を用いて説明する。図２は、太陽電池１００の概略構成図である。ここでは、光は紙面下方向から上方向に向けて入射しているものとする。
【００１８】
太陽電池１００は、光電効果を利用して光を電力に変換するものであり、透明絶縁性基板１１０と、表面電極となる透明電極１１２と、ｎ型半導体層１１３と、ｐ型半導体層１１４と、背面電極層１１５とから構成されており、ｎ型半導体層１１３は電子受容性無機物を主成分とし、塩基性染料を含有する材料からなり、ｐ型半導体層１１４は、電子供与性有機物を主成分とし、電子受容性化合物を含有する材料からなり、塗布形成が可能な構成となっている。なお、電極に取り付けられるリード（電線）や太陽電池１００への水分の浸入を防止する防護樹脂等は、図示を省略している。
【００１９】
透明絶縁性基板１１０は、可視光領域の波長を広く透過するものが好ましく、例えばガラス、プラスチックフィルム等を、シート状あるいはプレート状等、適宜の形で用いることができる。
【００２０】
より具体的に説明すると、透明電極１１２は、透明絶縁性基板１１０の上面に載置されており、透明絶縁性基板１１０と同様、可視光領域の波長を広く透過するものが好ましく、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＮＥＳＡ）及び酸化インジウム等が用いられる。
【００２１】
ｎ型半導体層１１３は、電子受容性無機物に所定量の塩基性染料とバインダー樹脂と溶剤とを添加したｎ型半導体塗布液を、透明電極１１２上に塗布して形成されている。
【００２２】
電子受容性無機物としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）等の金属酸化物半導体が挙げられるが、特に好ましくは、酸化亜鉛顔料が使用される。なお、この酸化亜鉛顔料は、粉末の平均粒径が数ｎｍ〜数十ｎｍ程度のものを使用することができる。しかしながら、光電変換効率の観点からすると、平均粒径が２０〜３０ｎｍであるものを用いることが望ましい。
【００２３】
塩基性染料としては、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ等のキサンテン染料、メチレンブルー、メチレンバイオレット等のチアジン染料等を挙げることができる。電子受容性無機物に酸化亜鉛顔料を用いる場合は、ローダミンＢが好適である。
【００２４】
バインダー樹脂としては、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、セルロース系樹脂等の広範囲な絶縁性樹脂から選択することができる。これらのバインダー樹脂は、単独または２種以上を混合して使用してもよい。なお、本実施形態においては、ポリビニルブチラール樹脂を採用した。
【００２５】
溶剤としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール等のアルコール類、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルセロソルブ等の環状または鎖状のエーテル類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類等を、単独または２種以上混合して用いることができる。
【００２６】
ここで、電子受容性無機物と塩基性染料との好ましい配合比（重量）は、８０：１〜１０：１、更に好ましくは、６０：１〜２０：１の範囲である。また、電子受容性無機物とバインダー樹脂との好ましい配合比（重量）は４０：１〜１：１、更に好ましくは２０：１〜５：１の範囲である。
【００２７】
なお、半導体塗布液を構成する材料は、分子レベルで全体に均一に分散・溶解させる必要がある。従って、材料を混合した後は、ホモジナイザー、超音波、ボールミル、サンドミル、アトライター等を用いた従来公知の方法により、微粒子状に分散させることが重要である。
【００２８】
ｐ型半導体層１１４は、電子供与性有機物に所定量の電子受容性化合物とバインダー樹脂と溶剤とを添加したｐ型半導体塗布液を、ｎ型半導体層１１３上に塗布して形成されている。
【００２９】
電子供与性有機物としては、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、インジゴあるいはチオインジゴ系顔料（染料）等が挙げられるが、特に好ましくは、フタロシアニン系顔料が使用される。なお、ここで用いるフタロシアニン系顔料とは、例えば、無金属フタロシアニン及び金属フタロシアニン、並びにこれらの環の一部を適当な置換基によって置換したものである。また、金属フタロシアニンの中心金属としては、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、スズ（Ｓｎ）等が挙げられる。なお、フタロシアニン系顔料としては、粉末の平均粒径が数μｍ〜数十μｍ程度のものが好ましく、光電変換効率の観点からすると、平均粒径が０．１〜１０μｍであるものを用いることが望ましい。
【００３０】
電子受容性化合物としては、ｐ−ベンゾキノン、クロラニル、アントラキノン等のキノン系化合物、２，４，７−トリニトロフルオレノン、２，４，７，９−テトラニトロフルオレノン等のフルオレノン化合物、キサントン系化合物、ベンゾフェノン化合物、シアノビニル系化合物等を挙げることができる。電子供与性有機物にフタロシアニン系顔料を用いる場合は、２，４，７−トリニトロフルオレノンが好適である。
【００３１】
バインダー樹脂としては、ｎ型半導体層１１３に用いたバインダー樹脂と同様に、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、セルロース系樹脂等の広範囲な絶縁性樹脂から選択することができる。これらのバインダー樹脂は、単独または２種以上を混合して使用してもよい。なお、本実施形態においては、ポリビニルブチラール樹脂を採用した。
【００３２】
溶剤としては、ｎ型半導体層１１３に用いた溶剤と同様に、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール等のアルコール類、メチルエチルケトン、シクロヘキサン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルセロソルブ等の環状または鎖状のエーテル類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類等を、単独または２種以上混合して用いることができる。
【００３３】
ここで、電子供与性有機物と電子受容性化合物との好ましい配合比（重量）は２０：１〜２：１、更に好ましくは１０：１〜１０：３の範囲である。また、電子供与性有機物とバインダー樹脂との好ましい配合比（重量）は１０：１〜１：１、更に好ましくは６：１〜２：１の範囲である。
【００３４】
このように、電子受容性無機物と塩基性染料とバインダー樹脂とからなるｎ型半導体層１１３と、電子供与性有機物と電子受容性化合物とバインダー樹脂とからなるｐ型半導体層１１４とにより、ヘテロｐｎ接合型半導体膜が形成されている。なお、この太陽電池１００が光起電力を有する理由は、ｎ型半導体層１１３とｐ型半導体層１１４との界面で、両層のフェルミレベルの違いによって生じる界面近傍の内部電界に起因していると考えられる。すなわち、この内部電界が働く領域に光が吸収されることによりキャリアが発生し、内部電界によって電子と正孔に分離され、最終的に外部に電流として取り出されるものと思われる。また、ｎ型半導体に塩基性染料を添加すること、及び、ｐ型半導体に電子受容性化合物を添加することによる光電変換効率の向上のメカニズムとしては、各層での電子的相互作用による電子濃度や正孔濃度の増大、あるいは、キャリアの解離効率の促進または再結合が抑制されることにより、キャリアの生成・移動が有利に行なわれている等が考えられる。
【００３５】
背面電極層１１５は、樹脂中に導電性物質を分散させた導電性ペーストを、ｐ型半導体層１１４上に塗布して形成されている。導電性ペーストとしては、導電性のカーボンブラックを樹脂中に分散させたカーボンペーストや金属微粒子を樹脂中に分散させた金属ペースト等が用いられる。この背面電極層１１５の膜厚は、１〜５０μｍ程度が好ましい。
【００３６】
ここで、具体的に太陽電池１００を製造する方法について説明する。透明絶縁性基板１１０上に透明電極１１２を載置した後、前述のｎ型半導体塗布液とｐ型半導体塗布液を用いて、例えば、ディップコート法、エアナイフコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、スピンコート法等により、ｎ型半導体層１１３、ｐ型半導体層１１４の順に積層する。膜厚は、それぞれ一般的には０．０１〜３．０μｍ程度が好ましく、更に好ましくは、０．１〜２．０μｍである。そして、積層されたｎ型半導体層１１３及びｐ型半導体層１１４を十分に乾燥させた後、ｐ型半導体層１１４の上に、背面電極１１５を形成する。
【００３７】
以上の製造方法により、従来の製造方法で必須であった蒸着等の真空プロセスや高温プロセス、あるいは安全上問題のあるガスや脱酸素環境を用いることなく、透明絶縁性基板１１０及び透明電極１１２を除くｎ型半導体層１１３、ｐ型半導体層１１４及び背面電極１１５を、通常の大気圧（常温）環境下で形成することが可能となる。また、この製造方法によると、従来の太陽電池で用いられているようなバッチ式生産設備だけでなく、長尺・大面積の太陽電池を製造することのできる連続生産設備の構築も容易となり、さらにＩＣタグと組み合わせて一連の工程での作製が可能となる。
【００３８】
なお、背面電極１５の構成は、半導体層とオーミックに接合させることのできるその他の導電性膜でもよい。例えば、蒸着法あるいはスパッタリング法により、Ａｕ、Ａｇ等の仕事関数の大きい金属による被膜を形成してもよい。
【００３９】
次に、前述した太陽電池１００の効果を確認すべく、前述した構成を採用した具体例と、塩基性染料を添加しないｎ型半導体層及び電子受容性化合物を添加しないｐ型半導体層を有する比較例を用いて、実際に光電変換効率を測定した実験結果について述べる。
【００４０】
［具体例１］
試験に用いた太陽電池１００は、上述したシングル構成のヘテロｐｎ接合型半導体層を有している。まず、半導体塗布液の調整を行う。
【００４１】
バインダー樹脂としてのポリビニルブチラール樹脂（積水化学社製：エスレックＢＭ−１）１重量部に対して、酸化亜鉛粉末（テイカ社製：ＭＺ−５００，平均粒径２０〜３０ｎｍ）を１２重量部、ローダミンＢ（東京化成工業社製）を０．３重量部と、溶剤としてのイソプロピルアルコールを２０重量部とを、１ｍｍφのジルコニウムボールとともに容器に入れ、遊星型ボールミルを用いて１時間攪拌し、スラリー状のｎ型半導体分散液を得た。
【００４２】
また、バインダー樹脂としてのポリビニルブチラール樹脂（積水化学社製：エスレックＢＸ−１）１重量部に対して、無金属フタロシアニン粉末（東京化成工業社製，平均粒径２〜１０μｍ）を４重量部、２，４，７−トリニトロフルオレノン（東京化成工業社製）を１重量部と、溶剤としてのジメチルセロソルブを２０重量部とを、１ｍｍφのジルコニウムボールとともに容器に入れ、遊星型ボールミルを用いて２時間攪拌し、スラリー状のｐ型半導体分散液を得た。
【００４３】
太陽電池１００の作製するに当たっては、まず、ガラスからなる透明絶縁性基板１１０の上にインジウム・スズの酸化物からなる透明電極１１２を設けたＩＴＯガラスを水平に載置し、このＩＴＯガラス上に、上述したｎ型半導体塗布液をローラーコート法により塗布して、膜厚１．０μｍのｎ型半導体層１１３を形成した。このｎ型半導体層１１３を室温下で十分に乾燥させた後、このｎ型半導体層の上に、上述したｐ型半導体塗布液を同じくローラーコート法により塗布して、膜厚１．０μｍのｐ型半導体層１１４を形成した。
【００４４】
得られたｐｎ接合半導体層を十分乾燥させた後、この半導体層の上に、導電性カーボンペースト（ライオン株式会社製：Ｗ−３１０Ａ）６重量部と、ポリビニルアセタール樹脂（積水化学社製：エスレックＫＷ−１）４重量部とを混合攪拌した導電性ペースト液をローラーコート法により塗布し、膜厚１０μｍの背面電極層１１５を形成することにより、具体例１の太陽電池１００を得た。
【００４５】
［具体例２］
無金属フタロシアニン粉末に代わり、ｐ型半導体層を構成する電子供与性有機物としてオキシチタニウムフタロシアニン結晶（山陽色素社製）を用いた他は、具体例１と同様にして、具体例２の太陽電池を作製した。
【００４６】
［具体例３］
無金属フタロシアニン粉末に代わり、ｐ型半導体層を構成する電子供与性有機物として銅フタロシアニン結晶（アクロス社製）を用いた他は、具体例１と同様にして、具体例３の太陽電池を作製した。
【００４７】
［比較例１］
ローダミンＢを含有しないｎ型半導体塗布液および２，４，７−トリニトロフルオレノンを含有しないｐ型半導体塗布液を作製し、その他の条件を具体例１と同様にして、比較例１の太陽電池を作製した。
【００４８】
これら得られた太陽電池の光電変換特性の測定は、太陽電池の各電極にリード線を取り付け、ソーラーシミュレータ（山下電装株式会社製：ＹＳＳ−Ｅ４０）を用いて、太陽電池の透明電極側から１００ｍＷ／ｃｍ２（ＡＭ−１．５）の擬似太陽光を照射しながら、太陽電池評価装置（英弘精機株式会社製：ＭＰ−１６０）により太陽電池の特性の測定を行った。
以下の「表１」に、実験より得られた各太陽電池の光電変換特性を示す。
【００４９】
【表１】
2008097269.tif 000003
【００５０】
この表からローダミンＢ（塩基性染料）および２，４，７−トリニトロフルオレノン（電子供与性化合物）を添加した具体例１〜３は、これらを添加しない従来構成の比較例１に比べ、光電変換特性が大幅に向上していることが見てとれる。
【００５１】
また特に、具体例１の太陽電池１００は、開放電圧Ｖｏｃ＝０．６４Ｖ，短絡電流Ｉｓｃ＝０．２５ｍＡ／ｃｍ２，曲線因子ＦＦ（フィルファクター）＝０．３４となり、変換効率０．０５％が得られた。これらの値は、従来の太陽電池に比べ大きなものである。
【００５２】
図１に戻って、蓄電用コンデンサ１０１の容量は大きい方が好ましいが、ＩＣタグへの搭載を考慮し、通常は数μ〜数十μＦ容量のタンタルコンデンサを用いる。ショットキーバリアダイオード１０２は、蓄電用コンデンサ１０１側から太陽電池１００側へ電流が流れないようにする逆流防止ダイオードである。例えば、光の照射が少なく、太陽電池１００が光電効果により電力を発生していないときに、蓄電用コンデンサ１０１に電力が蓄電されている場合に、蓄電用コンデンサ１０１の電圧が太陽電池１００の電圧よりも高くなる。このとき、蓄電用コンデンサ１０１側から太陽電池１００側へ電流が流れて、蓄電用コンデンサ１０１の電圧が低下してしまう。そこで、ショットキーバリアダイオード１０２を接続することにより、蓄電用コンデンサ１０１側から太陽電池１００側へ電流が流れなくなり、蓄電用コンデンサ１０１の電圧が低下するのを防止することができる。
【００５３】
ＩＣタグ回路１０３は、蓄電用コンデンサ１０１から電力供給されて駆動する各種回路を備えている。ＩＣタグ回路１０３の詳細な内部構成について、図３を用いて説明する。ＩＣタグ回路１０３は、制御用ＩＣ１０５（電力供給制御部を含む）とトランジスタ１０６と電圧検知回路１０７と基準電圧発生回路１０８と無線モジュール１０９（発信部）と発光ダイオード１１６（報知部）とから構成されている。
【００５４】
制御用ＩＣ１０５は、中央演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）、無線モジュール１０９への電力供給の間隔を制御するためのプログラム、送信するデジタルデータを生成するプログラムや無線信号のデータが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵで処理されるデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えている。制御用ＩＣ１０５は、蓄電用コンデンサ１０１から電力供給されて駆動する。そして、電圧検知回路１０７から出力される信号に従って、蓄電用コンデンサ１０１に充電された電圧値を一定の判定タイミングで判定する。その判定タイミングに従って、トランジスタ１０６をＯＮ、ＯＦＦ制御する信号を送信し、消費電力の大きい無線モジュール１０９への電源電圧の供給を制御する。また、無線モジュール１０９にデジタルデータを送信する。
【００５５】
トランジスタ１０６は、制御用ＩＣ１０５からＬＯＷ信号を受信したときにＯＮし、ＨＩＧＨ信号を受信したときにＯＦＦするように構成されたスイッチング素子である。トランジスタ１０６は、ＯＮであるときに、蓄電用コンデンサ１０１から無線モジュール１０９に電力供給する。
【００５６】
電圧検知回路１０７は、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値を基準電圧と比較するものである。蓄電用コンデンサ１０１の電圧値が基準電圧以上の場合は、ＨＩＧＨ信号を出力し、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値が基準電圧よりも小さい場合は、ＬＯＷ信号を出力する。この電圧検知回路１０７から出力される信号がＨＩＧＨ信号の場合に、制御用ＩＣ１０５はトランジスタ１０６にＬＯＷ信号を送信し、トランジスタ１０６はＯＮする。
【００５７】
基準電圧発生回路１０８は、蓄電用コンデンサ１０１から電力供給されて、電圧検知回路１０７によって蓄電用コンデンサ１０１の電圧値に対応した電圧値と比較するための比較基準となる基準電圧を発生するものである。これらの電圧検知回路１０７及び基準電圧発生回路１０８は、それ自体従来公知の回路で構成することができる。例えば、基準電圧発生回路１０８は、定電流源及びダイオードの直列回路により蓄電用コンデンサ１０１の電源供給を受けて、ダイオードの順方向電圧により基準電圧を発生する。基準電圧は、ＩＣタグ回路１０３の各種回路の駆動電圧以上の電圧に対応した値とする。電圧検知回路１０７は、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値を分割する抵抗回路と、この分割して得られた電圧と上記のダイオードの順方向電圧（基準電圧）とを比較するコンパレータとから構成される。これにより、電圧検知回路１０７によって、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値がＩＣタグ回路１０３の各種回路の駆動電圧以上であるか否かを判定することができる。
【００５８】
無線モジュール１０９は、トランジスタ１０６がＯＮであるときに蓄電用コンデンサ１０１から電力供給されて駆動する。そして、制御用ＩＣ１０５から出力されたデジタルデータを受信して、アンテナ１０４からこのデータを含む無線信号を発信するものである。
【００５９】
発光ダイオード１１６は、制御用ＩＣ１０５の７番ピンに抵抗を介して接続され、この７番ピンから送出されるデジタルデータのＨＩＧＨ／ＬＯＷ信号に合わせて点滅する。これにより、ＩＣタグ回路１０３が駆動していることを視覚的に認識することができ、太陽電池１００が発電を行い、ＩＣタグ回路１０３の各種回路に電力供給されてＩＣタグが正常に動作していることを確認することができる。
【００６０】
ここで、アンテナ１０４から無線信号を発信するまでの流れについて説明する。まず、制御用ＩＣ１０５の１番ピンに蓄電用コンデンサ１０１から電力供給されて、制御用ＩＣ１０５が駆動する。制御用ＩＣ１０５は、制御用ＩＣ１０５の５番ピンに入力されている電圧検知回路１０７から出力される信号を、一定の判定タイミングで判定する。この判定された信号がＨＩＧＨ信号の場合には、制御用ＩＣ１０５は、制御用ＩＣ１０５の６番ピンからＬＯＷ信号をトランジスタ１０６に送信して、トランジスタ１０６をＯＮする。そして、トランジスタ１０６がＯＮすることにより、無線モジュール１０９の５番ピンに、蓄電用コンデンサ１０１から電力供給されて、無線モジュール１０９が駆動する。この無線モジュール１０９が駆動した直後に、制御用ＩＣ１０５の７番ピンからデジタルデータが出力され、無線モジュール１０９の３番ピンが受信する。そして、受信したデジタルデータに基づいて無線モジュール１０９の１番ピンからアンテナ１０４を介して、このデータを含む無線信号を発信する。なお、発光ダイオード１１６は、制御用ＩＣ１０５の７番ピンと無線モジュール１０９の３番ピンとの間に抵抗を介して接続されており、デジタルデータのＨＩＧＨ／ＬＯＷに合わせて点滅する。
【００６１】
次に、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値と無線信号の発信間隔との関係について、図４〜図６を用いて説明する。図４は、光が十分照射されているときのＩＣタグ回路１０３の各部における波形図である。図５は、図４の１点鎖線部の拡大図である。図６は、光があまり照射されていないときのＩＣタグ回路１０３の各部における波形図である。図４〜６において、（ａ）は蓄電用コンデンサ１０１の電圧判定タイミングの波形、（ｂ）は蓄電用コンデンサ１０１の電圧波形、（ｃ）は制御用ＩＣ１０５の６番ピンの出力波形、（ｄ）は制御用ＩＣ１０５の７番ピンの出力波形である。
【００６２】
ここでは、無線モジュール１０９が１ｓｅｃ間隔で無線信号を発信する場合を例に挙げて説明する。このとき、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値は、電圧検知回路１０７から出力される信号に従って、１ｓｅｃ間隔で、且つ通常の発信タイミングの約１００ｍｓｅｃ前の判定タイミングで判定される。例えば、ＩＣタグ回路１０３の各種回路は、定格３Ｖであり、約２．４〜３．６Ｖの電圧で駆動する。そして、太陽電池１００は光電効果により発電を行い、蓄電用コンデンサ１０１に最大２．８Ｖ蓄電できるものとする。基準電圧発生回路１０８は、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値が２．４Ｖ以上か否かを検知するように、基準電圧となるダイオードの順方向電圧が０．６Ｖ、抵抗分割比が３：１に設定しているものとする。なお、太陽電池１００は、光が照射している場合においては、発信状況にかかわらず、常時光電効果により発電を行い、蓄電用コンデンサ１０１を充電している。
【００６３】
まず、時刻Ｔ１（時刻Ｔ２より１００ｍｓｅｃ前）において、図４（ａ）に示すように、蓄電用コンデンサ１０１の電圧を電圧検知回路１０７から出力される信号に従って判定する。この判定タイミングがＨＩＧＨ信号であるので、時刻Ｔ２付近において、図４（ｃ）に示すように、制御用ＩＣ１０５の６番ピンからトランジスタ１０６をＯＮにするＬＯＷ信号を送信する。これにより、トランジスタ１０６がＯＮしている間、無線モジュール１０９は駆動する。このトランジスタ１０６がＯＮになるＬＯＷ信号を送信した直後に、図４（ｄ）に示すように、制御用ＩＣ１０５の７番ピンからデジタルデータが送信され、無線モジュール１０９は無線信号を発信する。そして、次の発信を行う時刻Ｔ３までの間、図４（ｂ）に示すように、太陽電池１００によって蓄電用コンデンサ１０１は充電され、電圧値が上昇する。
【００６４】
時刻Ｔ２付近について、図５を用いて詳細に説明する。図５は、時刻Ｔ２付近をさらに細かい時間軸で表しており、時刻Ｔ２付近とは時刻Ｔ２〜Ｔ５までの時間に相当する。時刻Ｔ２〜Ｔ５の１２．７ｍｓｅｃの間、図５（ｃ）に示すように、制御用ＩＣ１０５の６番ピンからトランジスタ１０６をＯＮにするＬＯＷ信号を送信する。これにより、トランジスタ１０６がＯＮしている間、無線モジュール１０９は駆動する。このトランジスタ１０６がＯＮになるＬＯＷ信号を送信すると、時刻Ｔ４〜Ｔ５の９．１ｍｓｅｃの間、図５（ｄ）に示すように、制御用ＩＣ１０５の７番ピンからデジタルデータが送信され、無線モジュール１０９は無線信号を発信する。このとき、制御用ＩＣ１０５の７番ピンから送信されるデジタルデータの電圧は、時刻Ｔ４においては、２．８Ｖである。しかし、時刻Ｔ５においては、２．３Ｖまで低下している。これは、無線モジュール１０９の駆動に伴う電力消費により、蓄電用コンデンサ１０１の電力が時間の経過とともに消費されているからである。蓄電用コンデンサ１０１の電圧値は、時刻Ｔ２〜Ｔ５の間で、図５（ｂ）に示すように、２．８Ｖから２．３Ｖまで低下している。
【００６５】
ここで、日陰・雨天などの環境によって、太陽電池１００に光の照射が少ないため、蓄電用コンデンサ１０１が十分に充電されない時について、図６を用いて説明する。時刻Ｔ７〜Ｔ８において、図６（ｃ）に示すように、蓄電用コンデンサ１０１の電圧は無線モジュール１０９を駆動するたびに少しずつ低下している。これは、太陽電池１００の発電により蓄電用コンデンサ１０１に充電される電力よりも、無線モジュール１０９の駆動による電力消費の方が大きいからである。この環境で常時１ｓｅｃ間隔で無線信号を発信し続けると、ＩＣタグ回路１０３の各種回路の供給電圧（蓄電用コンデンサ１０１の電圧）が、駆動電圧以下になる。そして、駆動電圧不足に起因して各種回路の駆動が停止してしまい、無線信号の発信が停止してしまう。
【００６６】
そこで、時刻Ｔ９（時刻Ｔ１０より１００ｍｓｅｃ前）において、図６（ａ）に示すように、蓄電用コンデンサ１０１の電圧を電圧検知回路１０７から出力される信号に従って判定する。この判定タイミングがＬＯＷ信号であるので、本来発信タイミングとなる時刻Ｔ１０において、図６（ｃ）に示すように、制御用ＩＣ１０５の６番ピンからトランジスタ１０６をＯＮにするＬＯＷ信号を送信しない。すなわち、無線モジュール１０９の駆動を停止して、無線信号の発信を停止する。この無線モジュール１０９の駆動を停止している間は、消費電力の大きい無線モジュール１０９の駆動により電力消費されることはないため、次の発信を行うタイミングの時刻Ｔ１２付近までの間、図６（ｂ）に示すように、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値は上昇する。この蓄電用コンデンサ１０１の電圧値が上昇している間に、次の判定タイミングである時刻Ｔ１２の直前の時刻Ｔ１１において、図６（ａ）に示すように、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値を電圧検知回路１０７から出力される信号に従って判定する。この判定タイミングがＨＩＧＨ信号であるので、時刻Ｔ１２付近において、図６（ｃ）に示すように、制御用ＩＣ１０５の６番ピンからトランジスタ１０６をＯＮにするＬＯＷ信号を送信する。これにより、トランジスタ１０６がＯＮしている間、無線モジュール１０９は駆動する。このトランジスタ１０６がＯＮになるＬＯＷ信号を送信した直後に、図６（ｄ）に示すように、制御用ＩＣ１０５の７番ピンからデジタルデータが送信され、無線モジュール１０９は、無線信号を発信する。
【００６７】
このように、制御用ＩＣ１０５は、一定の判定タイミングで電圧検知回路１０７によって蓄電用コンデンサ１０１の電圧値と基準電圧とを比較している。その比較結果に基づいて、トランジスタ１０６をスイッチングすることにより、無線モジュール１０９への電力供給の間隔を変更している。図６に示すように、判定タイミングで蓄電用コンデンサ１０１の電圧値が基準電圧よりも小さい場合には、無線モジュール１０９への電力供給の間隔を次の判定タイミング以降となるように制御している。
【００６８】
次に制御用ＩＣ１０５の制御シーケンスについて、図７を用いて説明する。図７は、制御用ＩＣ１０５の制御シーケンスを表すフローチャートである。
【００６９】
まず、制御用ＩＣ１０５は、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値が基準電圧である２．４Ｖ以上のときには（Ｓ１：Ｙｅｓ）、ＬＯＷ信号を送信して、無線モジュール１０９に電力供給して駆動させる（Ｓ２）。そして、デジタルデータを無線モジュール１０９に送信する（Ｓ３）。そして、判定タイミングのときには（Ｓ４：Ｙｅｓ）、再び、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値が２．４Ｖ以上であるか判定する（Ｓ１）。日陰・雨天などの環境において光の照射が少ないため、蓄電用コンデンサ１０１の電圧が２．４Ｖよりも小さいときには（Ｓ１：Ｎｏ）、次の判定タイミングになるまで待機する（Ｓ４：Ｎｏ）。そして、次の判定タイミングになると（Ｓ４：Ｙｅｓ）、再び、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値が２．４Ｖ以上であるか判定する（Ｓ１）。
【００７０】
ここで、デジタルデータの生成（図７におけるステップＳ２、Ｓ３）の一例について、図８及び図９を用いて説明する。図８は、デジタルデータを送信する制御シーケンスを表すフローチャートである。図９は、デジタルデータの波形図である。
【００７１】
制御用ＩＣ１０５は、前述したように１ｓｅｃ周期でチェックされる無線モジュールへの電力供給のＯＮ状態に応答して（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、電波発信をＯＮにする（Ｓ１１）。そして、信号Ａである電波調整信号（Ｈｉｇｈ信号５００μｓｅｃ→Ｌｏｗ信号１．５ｍｓｅｃ）を発信する（Ｓ１２）。続いて、信号Ｂであるフレーム同期信号（Ｌｏｗ信号１００μｓｅｃ×２ｂｙｔｅ分→Ｈ、Ｌ１００μｓｅｃ周期反転信号×２ｂｙｔｅ分）及びデータスタートビット信号（Ｈｉｇｈ信号１００μｓｅｃ）を送信する（Ｓ１３、Ｓ１４）。その後、信号Ｃであるデバイスコード信号（１ｂｙｔｅ、１００μｓｅｃ間隔）及びＩＤコード信号（４ｂｙｔｅ、１００μｓｅｃ間隔）を送信する（Ｓ１５、Ｓ１６）。そして、信号Ｄであるセパレータ信号（Ｌ信号１００μｓｅｃ→H信号１００μｓｅｃ）を送信する（Ｓ１７）。最後に、チェックビット信号ＥであるＩＤコードＸＯＲ信号（４ｂｙｔｅ、１００μｓｅｃ間隔）を送信して（Ｓ１８）、電波発信をＯＦＦにする（Ｓ１９）。
【００７２】
上記の実施例において、蓄電用コンデンサ１０１として、数μ〜数十μＦ容量のタンタルコンデンサを用いた例について説明したが、容量の大きい例えば０．１Ｆ以上の容量の電気二重層コンデンサを用いてもよい。この場合電気二重層コンデンサ１０１をシート状とし、図１０に示すように太陽電池の背面電極層１１５上に載置して構成するのが好ましい。電気二重層コンデンサ１０１は、活性炭と電解液との界面に発生する電気二重層を原理に利用しており、充電放電が繰り返し可能な二次電池の機能をはたすコンデンサである。電気二重層コンデンサ１０１は、太陽電池１００が光電効果により発生した電力を蓄電することができる。このように、電気二重層コンデンサ１０１を、太陽電池１００の光入射面と対向する面側に載置することにより、光の入射を遮ることがない。そのため、ＩＣタグに搭載した太陽電池１００の光の利用効率を最大限に引き出すことが出来る。
【００７３】
以上のように、本実施形態によるＩＣタグによると、塩基性染料を含有するｎ型半導体層１１３と電子受容性化合物を含有するｐ型半導体層１１４とを組み合わせた塗布形成可能な太陽電池１００を用いることにより、太陽電池１００の光電変換特性を大幅に向上させられる。これにより、従来に比べて、単位面積当たりの光電変換効率が増加するので、太陽電池１００の平面積を小さくすることが可能となり、結果として、ＩＣタグを小型化することができると共に、太陽電池付ＩＣタグの作製工程を簡略化することが可能となる。
【００７４】
また、日陰・雨天などの環境において光の照射が少ないときにおいても、無線モジュール１０９への電力供給の間隔を長くすることにより、無線モジュール１０９による電力消費を減らすことができ、蓄電用コンデンサ１０１の電圧低下を抑制することができる。これにより、ＩＣタグ回路１０３の各種回路への供給電圧不足に起因した各種回路の駆動の停止に伴う無線信号の発信停止を抑制することができる。
【００７５】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、本実施形態においては、蓄電用コンデンサ１０１を直接ＩＣタグ回路１０３に接続して、蓄電用コンデンサ１０１の電圧でＩＣタグ回路１０３を駆動していたが、図１１に示すように、蓄電用コンデンサ１０１とＩＣタグ回路１０３との間にＤＣ／ＤＣコンバータ１１７を接続して、蓄電用コンデンサ１０１の電圧を昇圧してＩＣタグ回路１０３を駆動してもよい。
【００７６】
また、上述した実施形態においては、太陽電池１００の電力を蓄電用コンデンサ１０１に蓄電していたが、蓄電用コンデンサ１０１に限らず、二次電池のような電力を蓄電できる素子を用いてもよい。
【００７７】
さらに、図１０に上述した実施形態においては、電気二重層コンデンサ１０１は太陽電池１００上に載置されているが、図１２に示すように、光が紙面上方向から下方向に向けて入射している場合においては、電気二重層コンデンサ１０１は基板１１８上に載置され、電気二重層コンデンサ１０１上に太陽電池１００が形成されてもよい。また、基板１１８の太陽電池１００が形成されている面の反対側の面に載置されてもよい。
【００７８】
加えて、上述した実施形態においては、１層のみヘテロｐｎ接合されて太陽電池１００を構成したが、必要な電力に従って、図１３に示すように、ｎ型半導体層１１３とｐ型半導体層１１４とが多層に積層され、デュアルヘテロｐｎ接合してＩＣタグの駆動に必要な所望の電圧値を得るようにしてもよい。
【００７９】
また、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、透明電極１２２及び背面電極層１２５を分割し、それぞれ隣り合う透明電極１２２と背面電極層１２５とを接続電極１２６により接続して太陽電池セルを直列接続する構成として、ＩＣタグの駆動に適した所望の電圧値を得るようにしてもよい。
【００８０】
さらに、上述した実施形態においては、無線モジュール１０９への電力供給を停止した場合において、次の判定タイミングまで無線モジュール１０９への電力供給を停止していたが、次の判定タイミングを待たずに、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値が基準電圧以上になった場合は、無線モジュール１０９への電力供給を行ってもよい。すなわち、次の判定タイミングを待たずに、無線信号の発信を行ってもよい。
【００８１】
加えて、上述した実施形態においては、電圧検知回路１０７によって蓄電用コンデンサ１０１の電圧値と基準電圧とを比較した結果に基づいて、無線モジュール１０９へ電力供給を行うかどうか２値判定していたが、蓄電用コンデンサ１０１の電圧と基準電圧との差に基づいて、無線モジュール１０９へ電力供給を行う間隔を決定してもよい。例えば、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値が基準電圧よりも小さい場合に、その差に比例して、無線モジュール１０９へ電力供給を行う間隔を長くしてもよい。
【００８２】
また、上記した実施形態において、蓄電用コンデンサ１０１の電圧値に基づいて無線モジュール１０９への電力供給の間隔を変更する電力供給制御について、塗布形成される太陽電池を電源として用いた場合について説明したが、この電力制御は他の太陽電池、例えば結晶あるいはアモルファスシリコンを用いた太陽電池、色素増感型有機太陽電池等の起電力素子を電源に用いた場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施形態によるＩＣタグの構成図である。
【図２】太陽電池の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＩＣタグの詳細な構成図である。
【図４】光が十分照射されているときのＩＣタグ回路の各部における波形図である。
【図５】図４の１点鎖線部の拡大図である。
【図６】光があまり照射されていないときのＩＣタグ回路の各部における波形図である。
【図７】制御用ＩＣの制御シーケンスを表すフローチャートである。
【図８】デジタルデータを送信する制御シーケンスを表すフローチャートである。
【図９】デジタルデータの波形図である。
【図１０】太陽電池及び電気二重層コンデンサの概略構成図である。
【図１１】ＩＣタグの変形例である。
【図１２】電気二重層コンデンサの載置位置の変形例である。
【図１３】太陽電池をデュアルヘテロｐｎ接合により形成した変形例である。
【図１４】太陽電池を接続電極により直列形成した変形例である。
【符号の説明】
【００８４】
１００  太陽電池
１０１  蓄電用コンデンサ
１０２  ショットキーバリアダイオード
１０３  ＩＣタグ回路
１０４  アンテナ
１０５  制御用ＩＣ
１０６  トランジスタ
１０７  電圧検知回路
１０８  基準電圧発生回路
１０９  無線モジュール
１１０  電気絶縁性透明基板
１１３  ｎ型半導体層
１１４  ｐ型半導体層
１１６  発光ダイオード
１０００  ＩＣタグ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2008097269.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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