(57)【要約】【課題】光発電能力を持ち、車外ならびに車内の光によって常時発電を行い、電力供給するとともに、透光性と意匠デザイン性を備え、安全性が高く簡単に脱着交換ができるようにした電力支援型の日除け装置を提供する。【解決手段】車外の文字情報を車内で読むことができる透光性をもつ太陽電池モジュールを組み込んだ光発電が可能な車輌用日除け装置であって、前記透光性をもつ太陽電池モジュールが色素増感型太陽電池であって、該色素増感型太陽電池がプラスチック基板上に形成された光電極及び対向電極により構成されたものである。また、透光性をもつ太陽電池モジュールが難燃性、帯電防止性を有する。さらに、フレキシブルで変形可能な平面状構造で、１ｍ２当たりの重量が２ｋｇ以下で、かつ脱着式で交換可能である。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
車外の文字情報を車内で読むことができる透光性をもつ太陽電池モジュールを組み込んだ、光発電が可能な車輌用日除け装置。
【請求項２】
前記透光性をもつ太陽電池モジュールが色素増感型太陽電池であって、該色素増感型太陽電池がプラスチック基板上に形成された光電極及び対向電極により構成されたものであることを特徴とする請求項１に記載した光発電が可能な車輌用日除け装置。
【請求項３】
前記透光性をもつ太陽電池モジュールが難燃性を有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載した光発電が可能な車輌用日除け装置。
【請求項４】
前記透光性をもつ太陽電池モジュールが帯電防止性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載した光発電が可能な車輌用日除け装置。
【請求項５】
前記光発電が可能な車輌用日除け装置がフレキシブルで変形可能な平面状構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載した光発電が可能な車輌用日除け装置。
【請求項６】
前記光発電が可能な車輌用日除け装置の１ｍ２当たりの重量が２ｋｇ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載した光発電が可能な車輌用日除け装置。
【請求項７】
前記光発電が可能な車輌用日除け装置が脱着式で交換可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載した光発電が可能な車輌用日除け装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は電車等の移動車輛の窓に用いる日除け装置ならびにブラインド装置に関し、光発電による電力供給の能力を備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電車の車輛の窓に設置される車輛用日除け装置は、乗客によって開け閉めが可能な軽量の材料で作られ、車外の景色を眺められるとともに適度な採光を行うために透光性をもった平面状シートとフレームによって構成されている（特許文献１）。シート部にはポリエステル繊維等の樹脂が一般に用いられ、日除けを必要としない場合にはこれを巻き取るもしくは変形して窓面の外部ボックスに収容する方式がとられている。特許文献１に記載された車輛用日除け装置は、日除けと遮光のみを目的として作られており、日除けによって乗客を快適にするとともに、太陽光の侵入による温度上昇等を低減し、空調による電力消費を節減する省エネの効果も目的としている。しかし、エネルギー源として使える太陽光を光発電などの方法で有効に利用する工夫はなされていない。
太陽光を光発電として活用する日除け装置としては、両面発電型の複数の太陽電池セルを、隙間を隔てて配置した屋上設置型日除け装置がある（特許文献２）。しかし、特許文献２に記載された日除け装置は、太陽電池セル自体が透光性を有さないために、太陽電池セル部分で光が遮蔽され、採光するために隙間を設置する必要がある。したがって、日除け装置の受光面全体として発電を行うことができていない。
一方、情報表示シートの一方の面に情報を表示し、他方の面で光を受光して発電する情報表示シートが、電車の表示として利用されている（特許文献３）。しかし、特許文献３に記載された情報表示シートでは、光発電は一方の面のみで行われており、走行中の電車が受ける多様な強度の光を発電に有効利用する目的に適応した太陽電池としては十分でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４８３３１号公報
【特許文献２】特開２００４−１８３４１５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３２２８７号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、車輛用日除け装置は、遮光以外の付加価値がなく、エネルギーとして入射する光が無駄になっていることが問題である。一方で、光発電の目的で用いる太陽電池は、受光部自体が透光性を備えていない。また、意匠性に乏しく、特に中間的な色調が演出できないことであり、機械的で冷たい印象を与えインテリアとして適さないことが問題である。電車等の移動車体の窓に取り付ける日除け用シートが、光発電能力を持ち、車外ならびに車内の光によって常時発電を行い、電力供給するとともに、受光部自体に透光性と意匠デザイン性を備え、安全性が高く簡単に脱着交換ができるようにした電力支援型の日除け装置を提供することである。  
【０００５】
本考案は、上記課題を解決し、車輛用日除け装置に日除けと同時に光発電の機能を設け、車輛内外の光によって常時発電を行って電力を供給するとともに、乗客が車外の景色や文字情報を見ることに支障をきたさないように受光部自体に透光性を持たせ、さらに車輛雰囲気と調和する意匠デザイン性を備え、かつ安全性が高く簡単に脱着交換ができるようにした電力支援型の日除け装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案の課題を解決するための手段は、車輛用日除けとして通常用いるフレキシブルで軽量なシートのなかに、同じくフレキシブルで軽量を特徴とするフィルム状の太陽電池を組み込むことであって、太陽電池が透光性をもち色彩を調整できる種類のものであることを特徴とする。ここで本考案に用いる太陽電池は色素増感型太陽電池と言われる有機系の太陽電池であり、シリコンに代表される従来の太陽電池とは異なり、色素が発電材料に用いられるために、色素が醸し出すカラフルな色調を調整することができ、これによって日除け装置をカラフルに作りこむことができる。また、色素増感太陽電池は、発電層である色素吸着半導体ナノ多孔膜が光学的に透明であることから、太陽電池をステンドガラスのように光透過性の構造体とすることができる。また、太陽電池が透光性をもつため、その両面において発電を行う機能があり、太陽電池が組み込まれる部分は、その両面が外部から見える状態とすることができる。具体的には、以下の考案特定事項により達成できる。
【０００７】
＜１＞車外の文字情報を車内で読むことができる透光性をもつ太陽電池モジュールを組み込んだ、光発電が可能な車輌用日除け装置である。透光性をもつ太陽電池モジュールを組み込むことで、車輛内外の光によって常時発電を行って電力を供給するとともに、乗客が支障なく車外の景色や文字情報を見ることができるからである。
【０００８】
＜２＞前記透光性をもつ太陽電池モジュールが色素増感型太陽電池であって、該色素増感型太陽電池がプラスチック基板上に形成された光電極及び対向電極により構成されたものであることを特徴とする前記＜１＞に記載した光発電が可能な車輌用日除け装置である。色素増感型太陽電池は、色素が発電材料に用いられるために、色素が醸し出すカラフルな色調を調整することができ、これによって日除け装置をカラフルに作りこむことができる。また、色素増感太陽電池は、発電層である色素吸着半導体ナノ多孔膜が光学的に透明であることから、太陽電池をステンドガラスのように光透過性の構造体とすることができ、両面で発電できるからである。
【０００９】
＜３＞前記透光性をもつ太陽電池モジュールが難燃性を有することを特徴とする前記＜１＞または＜２＞のいずれかに記載した光発電が可能な車輌用日除け装置である。難燃性を有することで安全性が確保できるからである。
【００１０】
＜４＞前記透光性をもつ太陽電池モジュールが帯電防止性を有することを特徴とする前記＜１＞乃至＜３＞のいずれかに記載した光発電が可能な車輌用日除け装置である。静電気によるスパークの発生などを抑止するとともに、太陽電池の発電効率に影響する付着塵挨の拭き取り除去を容易にすることができるからである。  
【００１１】
＜５＞前記光発電が可能な車輌用日除け装置がフレキシブルで変形可能な平面状構造であることを特徴とする前記＜１＞乃至＜４＞のいずれかに記載した光発電が可能な車輌用日除け装置である。日除けを必要としない場合にはこれを巻き取るもしくは変形して窓面の外部ボックスに収容する方式がとられているからである。
【００１２】
＜６＞前記光発電が可能な車輌用日除け装置の１ｍ２当たりの重量が２ｋｇ以下であることを特徴とする前記＜１＞乃至＜５＞のいずれかに記載した光発電が可能な車輌用日除け装置である。車輛への設置には軽量であることが必要だからである。
【００１３】
＜７＞前記光発電が可能な車輌用日除け装置が脱着式で交換可能であることを特徴とする前記＜１＞乃至＜６＞のいずれかに記載した光発電が可能な車輌用日除け装置である。着脱交換することで性能を平板型ＬＥＤ照明装置とすることで、電源を外付けすることができ、電源単独の保護が可能となり、輻射熱による電源の破損を防ぐことができるからである。
【考案の効果】
【００１４】
本考案の光発電可能な日除け装置を電車等の車輛の窓等へ用いることにより、日射量の変動する状況下でも光発電によって常時電力を供給して、車輛内で必要な電力を補助できる。また、軽量で操作がしやすく、色彩の演出による意匠的なデザイン設計も可能である。このため、エネルギー供給能力とインテリアとしての意匠性を兼ね備えたにすぐれた日除けとして利用することができる。さらには、本考案の光発電可能な日除け装置は、不燃性と静電防止等の対策がされており、安全に使用することができる。また、色素増感型太陽電池の特長である低コストを反映して、装置を低コストで製造できる。さらには、太陽電池モジュール部分が脱着式のために、交換取り付けによって常に高い性能を維持できる。なお、本考案の光発電可能な日除け装置は、電車の車輛のみならず、バス、船舶、ロープウエイを含めたあらゆる種類の移動車体に取り付けて、電力供給と省エネに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本考案の光発電可能な車輛用日除け装置の１例を示す説明図である。
【図２】本考案の光発電可能な車輛用日除け装置の他の１例を示す説明図である
【図３】本考案の光発電可能な車輛用日除け装置の別の１例を示す説明図である
【考案を実施するための形態】
【００１６】
１．色素増感型太陽電池
本考案で光発電に用いる色素増感太陽電池は、有機色素分子の吸着する半導体ナノ多孔膜が被覆された光電極（負極もしくはアノード）、触媒材料の薄膜が被覆された対向電極（正極もしくはカソード）、これらの電極に挟まれた電荷輸送層の３つの要素によって基本的に構成される平面状の素子であり、光発電を行う色素吸着半導体ナノ多孔膜が、電極基板に挟まれた素子の内部（電極基板の内側）に配置されることから、少なくとも一方の電極が透明であり、光の入射を許す構造となっている。色素増感太陽電池は、従来型のシリコン系太陽電池等に代わる次世代の有機系太陽電池としては、現在最も性能が高く、太陽光のエネルギー変換効率は12％以上に届いており、薄膜アモスファスシリコンと競うレベルに来ている。色素増感太陽電池の基本発明には、光発電を行う電極に多孔質の半導体を用いることが示されている（特許第２６６４１９４号公報参照）。この発明に続いて1990年代から性能改良に関する特許出願は多数公開されている。実用に向けた改良としてたとえば電池のイオン電解質に難燃性のイオン液体を使うこと（特許第４１８５４９０号公報参照）、液体の封止を改良し耐久性を高める技術（特許第４５０４４５６号公報参照）などが示されている。またこの電池を連結した大面積のモジュールに組み立てるための発明も多数公開されている（特許第４５７６５４４号公報参照）。さらに、電極にプラスチックフィルム基板を使って太陽電池をフレキシブル化するための低温成膜の発明もなされている（特許第４４７６２７８号公報参照）。
【００１７】
色素増感太陽電池は従来のシリコン系あるいは化合物半導体系のCISやCdTeなどの固体太陽電池とは原理と特徴が大きく異なる。また、その用途についても、従来太陽電池とは異なった分野での応用が進んでいる。色素増感太陽電池の特徴の第一は、光を吸収し発電する材料が色素であり、色素を合成し種類を変えることで感光特性（吸収波長、透過波長）を様々に変じることが可能な点である。第二は、塗布や印刷という平易な方法で発電層を作製し素子を組み立てることのできる低コスト適応性である。第三は、発電層がナノ構造体として光を透過できる性質をもつため素子に透光性をもたせることのできることである。第四は、発電性能にかかわる特長であり、低照度(低光量)の光に対しても変換効率が低下せずとくに出力電圧が安定に保たれること、そして、この性質に支えられて素子に斜めから入射する光や非直射の拡散光に対しても高い変換効率が保たれることである。第五には、素子をプラスチック基板等を用いて薄くフレキシブルなフィルム状に作りこむことができることが挙げられる。この第五の特徴には、特殊な製造技術が要求されるが、本考案者らはとくに太陽電池フィルム化の技術について鋭意検討を行ってきた。
【００１８】
色素増感太陽電池の多くはガラス基板を電極に用いて作製される。これは、表面に色素を吸着させて光発電を行う半導体ナノ多孔膜に一般に用いられる半導体材料が二酸化チタン（TiO2)であり、このTiO2多孔膜を作製するために、TiO2分散ペーストを塗布したのち450℃以上の焼成工程を必要とするためである。さらに、セルの構造上必要な透明電極の導電膜として一般に用いられる酸化スズ膜も、400℃近い高温工程によってガラス上に被覆される。色素増感太陽電池の製造にはこのように高温に耐える基板としてガラスが一般に用いられているのが現状である。色素増感太陽電池にもっとも一般に用いられる透明導電ガラスは、フッ素ドープ酸化スズ（FTO）を被覆したガラスである。
【００１９】
色素増感太陽電池の２枚の電極基板に透明導電ガラスを用いることで、太陽電池を透光性のある構造体とすることができる。これは、光発電材料である色素吸着半導体ナノ多孔膜が物理的に光透過性を持つことと、対向電極に被覆する触媒材料も薄膜化によって光透過性をすることが可能なためである。透光性のある太陽電池は、平面状構造体の両面からの光入射によって発電を行うことが可能になり、シリコン太陽電池のように片面利用の太陽電池に比較して実質の発電量が増加する。また、透光性の太陽電池は、窓などを含めた透光性を必要とする場所への設置を可能とするメリットがある。
【００２０】
しかしながらガラス基板を用いて作られる太陽電池は、重量物となり、また曲面や柔軟に変形する構造物に取り付けることが困難なことが欠点である。この改良のために色素増感太陽電池を薄くフレキシブルな構造とする開発も行われてきた。その方法の1つは、ガラス基板に代えて金属箔シートを電極基板に用いて折り曲げが可能な構造とすることである（特許文献６参照）。この場合、セルに光を侵入させるために電極の片方には導電プラスチック基板を用いて発電が可能な構造とする。しかしながら、この方法で作る太陽電池は、金属箔シートが不透明であることから、太陽電池全体を透光性の構造体とすることはできない。従ってフレキシブルでかつ透光性の構造体とするには、プラスチック基板を使った太陽電池作製が必要となる。
【００２１】
したがって、本考案で用いる太陽電池は、フィルム状の薄い導電性プラスチック基板を使って作製されるものであり、プラスチック基板の耐熱温度に耐える低温条件（一般に150℃以下）で半導体多孔膜を被覆して作製される。この目的から、太陽電池作製には特殊な低温成膜の工程が用いられる。
【００２２】
太陽電池の半導体ナノ多孔膜には、TiO2、ZnO、SnO2などのｎ型の酸化物半導体が好ましく用いられる。このなかでも化学的安定性の点でTiO2が最も好ましい。これらの半導体は結晶性のナノ粒子が連結した多孔膜であり、粒子の平均サイズは、10 nmから100 nmの範囲であり、太陽電池の変換効率を高める目的でとくに10 nmから30 nmの範囲であることが好ましい。半導体膜の平均厚さは3μmから15μmの範囲が好ましく、膜の密着強度の点で、とくに3μmから10μmの範囲が好ましい。
【００２３】
本考案の太陽電池において、半導体ナノ多孔膜に被覆される色素すなわち増感色素は、可視光から赤外光にかけて吸収特性を持ち、半導体に電子注入の可能な光励起エネルギー準位を持つものが選ばれる。この増感色素は、有機分子であってもよいし無機材料であっても良い。有機分子である場合は、半導体に化学吸着できる分子構造を持つことが必要である。また、無機材料である場合は、それがナノサイズの超微粒子もしくは顔料であり、半導体表面に物理的もしくは化学的に結合する状態を作ることが必要である。このような無機粒子には、CdSやCdSeに代表される化合物半導体の超微粒子もしくは量子ドットも好ましく用いられる。有機分子を増感色素に用いる場合、好ましい種類の色素には、低分子の種類としては、Ruビピリジル錯体、各種金属を含むポルフィリン誘導体ならびにフタロシアニン誘導体などに代表される有機金属化合物、シアニン類、メロシアニン類、クマリン類、インドリン類、キサンテン類、カルバゾール類、トリフェニルアミン類などに代表される金属を含まない有機色素分子など、また、高分子の種類としては、ポリチオフェン類などに代表される感光性もしくは導電性の高分子が用いられる。
【００２４】
本考案の太陽電池を構成する電荷輸送層には、液体のイオン電解液、固体もしくは擬固体のイオン電解質、固体の電荷輸送層など各種の電荷輸送の可能な薄膜材料が用いられる。液体のイオン電解液は、酸化還元化合物を含む電解液であり、酸化還元化合物にはヨウ素／ヨウ素イオン、コバルトの２価／３価の錯体などが一般的に用いられる。固体／擬固体のイオン電解質には、高分子材料もしくは無機粒子の分散によってゲル化された高粘度の電解質、イミダゾリウム化合物に代表されるイオン液体ならびに前記高分子材料もしくは無機粒子とのイオン液体との複合材料などを用いることができる。また、固体の電荷輸送層としては、半導体粒子を含む固体もしくは擬固体の正孔輸送材料、ポリチオフェン系高分子やペンタセン類、ペリレン類、SpiroMeOTADなどのスピロビフルオレン類に代表される低分子の正孔輸送材料が好ましく用いられる。ここで半導体粒子としてはｐ型の化合物半導体が有効であり、好ましいものは一価の銅を含む化合物半導体であり、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＩｎＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＳ、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＡｌＳｅ２などが挙げられる。
【００２５】
本考案の太陽電池を構成する電極基板には、透光性があり、電気伝導性があり、かつ軽量で薄く柔軟性（フレキシブル性）のある基板が用いられる。このような基板として好ましいのはプラスチックを基材もしくは支持体として作られる透明導電性フィルムである。ここで導電性をもつ透明導電膜はこのプラスチックフィルムの表面もしくは構造中に設置されている。導電材料には、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウムなどの金属類、炭素材料、インジウム−スズ複合酸化物（ITO）、酸化スズ、ドープ型酸化チタンなどの導電性金属酸化物、またはPEDOTに代表されるポリチオフェン系高分子などの導電性高分子が用いられる。この中で高い光学的透明性と導電性を兼ね備えた材料として、導電性金属酸化物が好ましく、インジウム−スズ複合酸化物（ITO）が特に好ましい。透明導電層は、その表面抵抗が低いことが必要であり、表面抵抗値は５０Ω／□以下、好ましくは１０Ω／□以下である。
【００２６】
この導電層には集電のために金属製の補助リードを任意のパターンによって配置させることができる。このような補助リードは、通常、銅、銀、アルミニウム、白金、金、チタン、ニッケルなどの低抵抗の金属材料によって形成される。透明導電性プラスチック支持体において、その面内に前記の集電用リード線がパターニングされる場合は、リード線を含めた支持体表面の抵抗が５Ω／□以下であり、連続した構造体を形成する導電性プラスチック支持体の面積が３０ｃｍ２以上であるのが好ましく、１００ｃｍ２以上の大面積であることが最も好ましい。
【００２７】
透明導電性プラスチックフィルム基板の厚みは、フレキシブル性と機械的安定性をもち合わせる点から１００μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、１３０μｍ以上２５０μｍ以下であることが特に好ましい。また、透明導電性プラスチックフィルムの透過率は波長５００ｎｍにおいて６０％以上あること、特に７０％以上が好ましい。
【００２８】
透明導電性プラスチックフィルム基板の材料には、無着色で透明性が高く、耐熱性が高く、耐薬品性ならびにガス遮断性に優れ、かつ低コストの材料が好ましく選ばれる。この観点から、好ましいプラスチック材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡｒ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエステルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、透明ポリイミド（ＰＩ）などが用いられる。コストの点で特に好ましいものは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）である。
【００２９】
本考案で用いる太陽電池の対極には、色素増感多孔性半導体フィルム電極と同様に、導電性のフィルム電極が基板として用いられる。基板は前記のような透明導電性プラスチックフィルムであることが好ましい。この対極の導電層には、白金、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、インジウムなどの金属、炭素又は導電性金属酸化物、ＩＴＯ、ＦＴＯなどの導電性金属酸化物を導電材料として用いることができる。この中でも白金、ＩＴＯ、ＦＴＯが透光性と耐腐食性に優れる点で好ましい。
【００３０】
本考案の車輌用日除け装置においては、以上のように2種のフィルム基板によって挟まれた構成をもつ軽量フレキシブルな色素増感太陽電池を構成単位としてこれを電気的に並列あるいは直列に連結して作られる大面積のモジュール（以下、太陽電池モジュール）が、日除け装置中に組み込まれた構造によって、光発電機能を発揮するものである。
【００３１】
本考案の日除け装置は、目的によって美的デザイン性をもたせるために、太陽電池を搭載した部分に透光性とともに多色性のあるカラフルな外観をもたせることができる。このようなデザイン性を付加する目的で、色素増感された多孔性半導体膜を担持する透明導電性プラスチック電極において、色素増感された多孔性半導体膜の表面を２か所以上にわたって異なった色彩、色調、色濃度をもって色素増感することによって色味を変えた外観とすることができる。
【００３２】
２．光発電可能な車輌用日除け装置
図１には、本考案の光発電可能な車輌用日除け装置の概略を示す。車輌用日除け装置は、1枚のシートとして平面状に連続した形をもち、昇降等によって窓面の外に収納して遮光の開閉を行うタイプのもの（図１）であってもよいし、あるいは、ブラインド装置のように複数の長尺板とスラットの傾斜角を変えることで遮光を変えるタイプのもの（図２）であってもよい。本考案の車輌用日除け装置に、前記の太陽電池が組み込まれる構成としては、日除け装置の平面状の本体の全面が前記の太陽電池モジュールの本体によって占められる構成（図１）、あるいは、日除け装置の平面状の本体の一部に前記の太陽電池モジュールが任意の形状もしくは意匠的デザインをもって組み込まれた構成（図３）であってもよい。このように、任意の形状もしくは意匠的デザインを持って複数の太陽電池もしくは複数の光発電領域が組み込まれる場合は、これらの複数の太陽電池もしくは複数の光発電領域は、色彩、色調、色濃度を自由自在に変化させることができる。また、乗客による車外の文字情報の識別がしやすくなるような設計、施工を図ることができる。ここで、図１、図２、図３の装置は、いずれも太陽電池モジュールが搭載される構造部が、日除け装置フレーム部分から脱着が可能である構造となっているか、あるいは、フレームを含む日除け装置全体が、窓から取り外し交換が可能な機械的ならびに電気的な構造となっていることが特長である。
【００３３】
本考案の太陽電池モジュールを組み込んだ車輌用日除け装置は、軽量でフレキシブルであることを特徴とし、とくに装置全体の重量が１ｍ２当たり２ｋｇを超えないことを特徴とする。また、安全対策として、本考案の日除け装置のプラスチック部分には難燃加工が施してあることが好ましく、フレームを含めたプラスチックもしくは樹脂材料の表面が不燃もしくは難燃化のための材料によって加工処理されていることが好ましい。さらに、プラスチック部分には帯電防止加工が施してあることが好ましい。帯電防止加工のためには、市販の多くの帯電防止剤もしくは導電材料を用いてこれをスプレー等によってプラスチック表面全体に塗装することができる。
【００３４】
本考案による実施例を述べる。
【実施例】
【００３５】
図１の構造すなわち窓の日除けシートの全面がフィルム状のフレキシブル太陽電池から構成される光発電可能な車輛用の日除けシートを製作し、その発電特性を模擬実験によって計測した。
１．フィルム状太陽電池サブモジュールの作製
結晶性二酸化チタンのナノ粒子を純水とアルコールに分散して調製した粘性の塗布ペーストを、ITO膜が被覆された透明導電性のポリエチレンナフタレート（ITO−ＰＥＮ）フィルム（厚み２００μｍ、表面抵抗１２Ω／□）のITO表面に、スクリーン印刷機を用いてパターン状に塗布し、乾燥処理することによって、二酸化チタンからなる半導体ナノ多孔膜（厚さ約７μｍ）がパターン状に被覆されたフィルム電極基板を製作した。次いで、この二酸化チタン多孔膜に、増感色素として緑色を呈する金属ポルフィリンを溶液吸着法によって吸着させた。このようにして得られた色素増感二酸化チタンフィルム電極は、鮮やかな緑色を呈し、ナノ多孔膜の特徴による透光性を示した。
【００３６】
前記色素増感二酸化チタンフィルム電極に貼り合わせる対極として、ITO-ＰＥＮフィルムの片面のITO膜上に、触媒材料として、白金微粒子と樹脂の複合物からなる超薄膜（膜厚１５ｎｍ以下）を、スクリーン印刷機によってパターン状に被覆し、透光性に優れた対極フィルムを作製した。このように白金の超薄膜を被覆した対極フィルムは、色調をもたず無色に近く、光透過率は可視光領域でおよそ80％となった。
【００３７】
前記色素増感二酸化チタンフィルム電極の表面に、イオン液体の１種である1−ブチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイドから成る不燃性、不揮発性の電解液を、塗布操作が自動制御された塗布機によって所定量をパターン状に塗布し、電解液の塗布された色素増感二酸化チタンフィルム電極を準備した。さらに、色素増感二酸化チタンフィルム電極の外周等の必要な部分には、電極封止に必要な液体材料をパターン状に塗布した。この電極に対して、前記対極フィルムを重ね合せ、貼り合わせ装置を使って2枚の電極基板を密着し、光硬化装置を使って両電極を封止した。このようにして厚さが約0.5ｍｍのプラスチックフィルムからなる色素増感太陽電池のフレキシブルなモジュール（フィルム状太陽電池サブモジュール）を製作した。
【００３８】
２．光発電日除け装置（ソーラーシェード）の作製
前記フィルム状太陽電池サブモジュールは、フィルム面内に印刷された電気的回路パターンによって、貼り合わせを行った結果として個々の太陽電池が並列及び直列に連結される構造となっており、1枚のフィルム状太陽電池サブモジュールのサイズは約１５０ cm2である。このフィルム状太陽電池サブモジュールをさらにポリエステル樹脂からなるシートの上に配列して電気的連結し、保護用のラミネートをファブリクな装飾を持つポリエステル樹脂によって全面に施すことで、大きさが窓の日除けシートのサイズにほぼ等しい90 cm×90 cmの太陽電池モジュールが完成した。太陽電池モジュールの外枠（図１参照）にはポリエステルの集めの樹脂（厚さ４ｍｍ）に柔軟性のあるプラスチックシートを貼り合わせることで補強を行った。この補強材の中には、発電した電力を、窓の上部に設けた日除けの収納庫へ伝えるための正負の電線も内蔵されている。本実施例で作製した装置では、外部のフレーム（サンドイッチ型構造）を開くことによって、太陽電池モジュールの取り外しが可能であり、太陽電池モジュールを交換して、電気的接続を行うことが容易な構造となっている。
【００３９】
以上のように製作した全面が太陽電池の発電面で占められる日除け装置は、外観が鮮やかな緑色であり、光透過率は緑色の波長領域である波長500 nmから550 nmにかけて約３０％となった。厚さは約１．５ｍｍであり、また、重量は１ｍ２当たり１．６ｋｇとなり、片手で容易に持ち上げられる軽量なものとなった。この重量は、太陽電池モジュールの表面にラミネートするポリエステル樹脂の厚さを変えることによって１ｋｇまで減少させることも可能であることもわかった。また、光透過率は、色素増感二酸化チタンフィルム電極の作製において、二酸化チタンからなる半導体ナノ多孔膜の塗布厚さを薄くすることによって、色味を薄くし、ほぼ自在に高めることが可能であることも判明した。
【００４０】
３．安全性に向けた対策
製作した光発電日除け装置に対して、安全上2つの点で加工を施した。１つは、防炎対策であり、本実施例の色素増感太陽電池モジュールに使用した有機電解液には、不燃性の電解質であるイオン液体を使用しており、色素増感太陽電池用として従来一般に使われてきた揮発性有機電解液を本考案では使用していない。このほか、可燃性の材料としてはプラスチックフィルムならびに樹脂フレーム等が含まれる。そこで、プラスチックフィルムと樹脂フレームの表面には消火能力のある塗装として、不燃木材の塗装等に用いられている無機顔料を配合した無色透明の塗装を施した。これらの塗装材料は市販の製品を利用することができるが、とくに安全性の点で、有毒ガスの発生が無いノンハロゲン型の難燃薬剤が最も適している。
【００４１】
もう1つの加工は、帯電防止に関するものであり、静電気によるスパークの発生などを抑止するためのプラスチックと樹脂の表面の加工である。この加工法として、本考案では、プラスチックフィルムと樹脂フレームの表面の全体に、静電防止のための透明導電膜をスプレー吹付けによって成膜した。このような静電防止のための材料として、カーボン粒子を含有する樹脂膜が有効であり、このほかに市販される多くの静電防止用スプレーを利用することができる。さらに、本考案のモジュールで用いているイオン液体はそれ自体が電気伝導体として効果的な静電防止材料であり、すでに静電防止用としてエレクトロニクス産業で実用化している材料である。
【００４２】
４．光発電日除け装置の発電特性
電車内を想定した幅約２．５ｍで、両側に窓を有する構造の建屋を使って、垂直に設置された窓ガラスに、試作した光発電可能な日除け（ソーラーシェード）を設置して、発電能力を計測した。室内には、日除けを設置した窓に屋外から入射する光の他に、部屋の対面側の窓から入射する光も存在し、ソーラーシェードは、両面で光を受けて発電する状況となった。晴天下においては、ソーラーシェードの片面は太陽光の直射を受け、反対面は、室内の拡散光が照射するという光環境が生まれる。
【００４３】
この状態で、太陽電池モジュールによる発電量を計測した結果、晴天下では、窓1枚に施工したソーラーシェード当たり、電圧としてDC約２４Vが出力された。エネルギー変換効率は約２％に相当し、発電量として、１ｍ２当たり約２０Wの直流電力を取り出すことができた。一方、直射光の当たらない、日陰の状態における発電量を調べたところ（駅構内における停車状態を想定）、エネルギー変換効率は約３％まで増加し、発電量として１ｍ２当たり約４Wの直流電力を取り出すことができた。この結果から、色素増感太陽電池の特長である非直射光の環境においても十分高い効率で作動し、連続的に電力供給を行う能力を検証することができた。
【００４４】
車輛が走行状態にあることを想定し、窓に入射する太陽光直射光を、障害物で頻繁に遮断する動作を行った結果、出力の電流値は光強度の変動に対応して変動するが、電流変動の応答速度が1秒程度と遅いために、変動が小さく電流値の平坦化が起こる傾向が確かめられた。これは電解液を用いる応答の遅い色素増感太陽電池の特徴の1つが反映された結果である。また、この光遮断動作を行っている最中も、出力の電圧は比較的安定に保たれており、電圧安定性という色素増感太陽電池の特徴が十分に発揮された。
【００４５】
４．発電した電力の使用方法
以上のように、光発電で得られた電力は、パワーコンバータ―等の様々な手段を使って電流と電圧を所望するレベルに変換することができる。そこで、出力された電力を一時的に小型のキャパシタもしくはニッケル水素系蓄電池に蓄えたのち、１２Vの定電圧に変換して、光照射の少ない条件下でも連続的に出力できるシステムを設計した。このシステムを使って、ソーラーシェードを取り付けた窓枠の近くに、DCの出力アウトレットを取り付け、各種の小型家電機器とモバイルIT機器を駆動もしくは充電できる仕様を各種設計した。この出力アウトレットを使って、携帯電話ならびにスマートフォンの充電、各種無線機器の送信・受信の出力の確保、液晶ディスプレイパネルの駆動、電池用チャージャーの駆動などを実施できることを検証した。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
この考案は、光発電でき、意匠性と安全性に優れた車輛用日除け装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１  日除け装置のフレーム部分
２  日除け装置の太陽電池部分
３  日除け装置の昇降用取手部分
４  ブラインド型日除け装置の太陽電池を用いたスラッド部分
５  ブラインド型日除け装置のスラッドの傾斜角を変えるノブ部分
６  日除け装置において光発電を行わない本体のシート部分
【図１】
0003176574.tif 000003
【図２】
0003176574.tif 000004
【図３】
0003176574.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月18日(2012.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
列車等の移動車輌において、乗客用に設けられた窓に入射する太陽光を遮蔽もしくは調光する目的で窓に付設された窓枠内に出し入れが可能な平面状の車輌用日除け装置において、日除け装置が、樹脂を主体として作られた平面状シートであり、車外の文字情報を乗客が車内から読み取ることができるのに必要な十分な光透過性を持ち、日除け装置の同一平面内に薄型平面状の太陽電池モジュールが日除け装置に一体となって組み込まれたことを特徴とする光発電が可能な車輌用日除け装置。