(57)【要約】【課題】照度が低下して太陽電池モジュールの出力電圧が低下した場合であっても、モバイル電子機器を操作しながら効率的に発電を行う。【解決手段】モバイル電子機器用ケース２００Ａは、表示面を有するモバイル電子機器３００を収納し、モバイル電子機器に電力を供給することが可能なモバイル電子機器用ケースであって、ＪＩＳ規格の標準状態でソーラーシミュレータを用いて測定した場合、照度と開放電圧との関係において、照度が１００ｍＷ／ｃｍ2から１ｍＷ／ｃｍ2に低下したとき、開放電圧の電圧降下幅が０．２Ｖ以下であり、照度が１ｍＷ／ｃｍ2時の開放電圧は０．５５Ｖ以上である特性が得られる太陽電池モジュール２２０を備え、モバイル電子機器が収納された状態で使用されるとき、太陽電池モジュールは、表示面と反対側の裏面側に位置し、かつ、外部に露出される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示面を有するモバイル電子機器を収納し、前記モバイル電子機器に電力を供給することが可能なモバイル電子機器用ケースであって、
ＡＭが１．５であり、太陽電池モジュール温度が２５℃であり、光入射方向がセルに直交する条件でソーラーシミュレータを用いて測定した場合、照度と開放電圧との関係において、前記照度が１００ｍＷ／ｃｍ2から１ｍＷ／ｃｍ2に低下したとき、前記開放電圧の電圧降下幅が０．２Ｖ以下であり、前記照度が１ｍＷ／ｃｍ2時の前記開放電圧は０．５５Ｖ以上である特性が得られる太陽電池モジュールを備え、
前記モバイル電子機器が収納された状態で使用されるとき、前記太陽電池モジュールは、前記表示面と反対側の裏面側に位置し、かつ、外部に露出される、モバイル電子機器用ケース。
【請求項２】
前記太陽電池モジュールは、複数のセルが互いに直列に接続され、かつ、１つの基板上に集積された構造を有する、請求項１に記載のモバイル電子機器用ケース。
【請求項３】
前記太陽電池モジュールからの電力を負荷に供給する給電ユニットをさらに備え、
前記給電ユニットは、昇圧回路または降圧回路を有する電圧安定回路を含む、請求項２に記載のモバイル電子機器用ケース。
【請求項４】
前記電圧安定回路は、前記太陽電池モジュールの最適動作点を追従する制御回路をさらに含む、請求項３に記載のモバイル電子機器用ケース。
【請求項５】
前記太陽電池モジュールは、色素増感太陽電池モジュールまたは蛍光集光板を用いた太陽電池モジュールである、請求項１から４のいずれかに記載のモバイル電子機器用ケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モバイル電子機器およびモバイル電子機器用ケースに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンなどに代表されるモバイル電子機器を充電する、太陽電池（以下、「太陽電池モジュール」と称する。）を備えた充電器（「ソーラー充電器」と称される場合もある。）が知られている。充電器は、典型的には太陽電池モジュールと、負荷または蓄電池に電力を供給する充電回路とを備えている。例えば特許文献１から３が、そのような充電器を開示している。
【０００３】
特許文献１は、モバイル電子機器を収納する本体ケースと、この本体ケースの裏面に外部に露出されるように取り付けられた太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールからの電力を充電する蓄電池とを備える充電器を開示している。その充電器によると、モバイル電子機器をその本体ケースに容易にセットでき、本体ケースにセットされた状態でモバイル電子機器を利用できる。また、その本体ケースを裏返した状態で、太陽電池モジュールが太陽光に照射されることにより、太陽電池モジュールが発電した電力を蓄電池に給電することができる。
【０００４】
特許文献２は、筐体に設けられた太陽電池モジュールおよび蓄電池を備える折り畳み可能なモバイル電子機器を開示している。その太陽電池モジュールは、モバイル電子機器が折り畳まれた状態で、太陽光に照射されるように筐体に配置されている。そのモバイル電子機器は、紫外線の照度を検出する紫外線センサを備えている。特許文献２のモバイル電子機器では、紫外線センサが検出した照度の大きさに応じて、太陽電池モジュールからの電力を蓄電池に給電するか否かが制御される。そのモバイル電子機器によると、太陽光の照度が低いとき、太陽電池モジュールが低い変換効率で発電することを抑制できる。
【０００５】
特許文献３は、色素増感太陽電池モジュールと、モバイル電子機器に外部接続することが可能なアダプタとを備える充電器を開示している。その充電器によると、室内照明灯または屋外の日光の下で、外部接続されるモバイル電子機器を高い変換効率で充電できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−６０７１７号公報
【特許文献２】特開２０１２−３４４４８号公報
【特許文献３】特開２００９−１５３３７２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“色素増感太陽電池の屋外発電特性”フジクラ技法  第１２０号、著者  Ｋ．  Ｏｋａｄａ，  Ｈ．  Ｍａｔｓｕｉ，  ａｎｄ  Ｎ．  Ｔａｎａｂｅ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、充電器またはモバイル電子機器を使用する状況に応じて、太陽電池モジュールに照射される光量は変化するので、太陽電池モジュールの出力電圧が変動する。例えば、曇天時と晴天時との間では、照射される光量は大きく異なり、その出力電圧が大きく変動する。また、充電器またはモバイル電子機器が太陽光に対し傾斜すると、太陽電池モジュールの受光面における照度が変化し、その出力電圧は大きく変動し得る。
【０００９】
従来、太陽電池モジュールの分野においては、限られた設置面積で如何に高い発電量を得られるかが重視されてきた。このため、太陽電池モジュールの変換効率については、これまで多くの議論がなされている。例えば、非特許文献１は、従来のシリコン太陽電池モジュールと比較しながら、色素増感太陽電池モジュールの屋外発電効率について論じている。これに対して、照度と太陽電池モジュールの出力電圧との関係については、これまで着目されていなかったと言える。
【００１０】
太陽電池モジュールの変換効率は、ソーラーシミュレータを用いてＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｃ  ８９１４）において規定されている標準状態（エアマス（ＡＭ）：１．５、疑似太陽光の照度：１００ｍＷ／ｃｍ2、太陽電池モジュール温度：２５℃、光入射方向：セルの受光面に直交する方向）で得られる電力に基づいて計算される。しかし、照度１００ｍＷ／ｃｍ2は日本では夏至の南中時に得られる光量に相当し、そのような照度値が得られる状況は非常にまれである。また、照度が低下すると、電力を負荷または蓄電池に供給する充電回路の変換効率が低下することは、あまり議論されていない。特に、照度の低下に伴い、太陽電池モジュールの出力電圧は低下し、その結果、充電回路の変換効率が低下するということについては着目されていなかったと言える。本願発明者は、照度変化に伴う出力電圧の変動が、充電回路の変換効率に影響を与え、特に、開放電圧の大幅な低下が充電回路の変換効率に大きな影響を与えるという課題を新たに見出した。
【００１１】
図１は、太陽電池モジュールの出力電圧（開放電圧）の照度依存性を示す。図１の横軸は対数軸であり、照度（ｍＷ／ｃｍ2）を示し、縦軸は開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）を示している。図中には、ソーラーシミュレータを用いてＪＩＳ規格において規定されている標準状態で測定して得られた各種の太陽電池モジュールの結果を示している。多結晶シリコン太陽電池モジュール（以下、「ｐ−Ｓｉモジュール」と称する。）の測定結果を「◆」でプロットし、色素増感太陽電池モジュール（以下、「ＤＳＣモジュール」と称する。）の測定結果を「■」でプロットし、低照度対応色素増感太陽電池モジュール（以下、「低照度対応ＤＳＣモジュール」と称する。）の測定結果を「▲」でプロットしている。低照度対応ＤＳＣモジュールの詳細については後述する。なお、参考として、特許文献３に開示されたＤＳＣモジュールの出力電圧を「●」でプロットしている。
【００１２】
この結果から、太陽電池モジュールは、その種類を問わず照度が低下するにつれて、開放電圧は低下するという特性を有していることが分かる。また、照度が低下した場合、ｐ−Ｓｉモジュールと比べ、ＤＳＣモジュールおよび低照度対応ＤＳＣモジュールの開放電圧はより高いことが分かる。このように、照度の低下に伴い、太陽電池モジュールの出力電圧は大きく変動する。その結果、充電器を用いてモバイル電子機器に内蔵された蓄電池を直接充電しようとした場合、出力電圧がモバイル電子機器の待機電力またはモバイル電子機器側の充電トリガー（例えば、動作電圧）等を下回ると、実質的にその蓄電池を充電できないという課題が生じ得る。また、モバイル電子機器を実質的に動作できないという課題が生じ得る。
【００１３】
照度の低下に伴い、充電器内の回路の変換効率も悪化する。後述するように、充電器には、太陽電池モジュールの出力を制御する制御回路（ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）回路）が設けられている。出力電圧の低下によって、その電圧が制御回路の定格入力電圧を下回ると、制御回路を駆動できなくなったり、正しく動作させることができなくなったりするおそれがある。また、低照度の場合、入力電圧に対する出力の変化が微小となり、制御回路の演算精度が低下する。制御回路自身の消費電力も無視できない。
【００１４】
モバイル電子機器を充電する充電器として、機器本体または機器本体を収納するケースに太陽電池モジュールが設けられた商品が販売されている。また、それらの太陽電池モジュールとして、結晶シリコン太陽電池モジュールが多く用いられている。しかしながら、図１に示されるように、照度が低いとき、結晶シリコン太陽電池モジュールの開放電圧は低下する。これは、入射光強度が低下すると、開放電圧が大幅に低下することを意味する。従って、例えば曇天時における結晶シリコン太陽電池モジュールの発電効率は、他の太陽電池モジュールと比べて低いと言える。
【００１５】
図２は、モバイル電子機器がユーザによって使用されている状態を説明する図である。ユーザがモバイル電子機器の表示面を見て、機器本体を操作することを想定すると、図２に示されるように、その場合には機器本体は鉛直方向に対して通常は傾斜すると考えられる。その傾斜角度は、例えば鉛直方向に対して略３０°から９０°である。そのとき、機器の裏面にある太陽電池モジュールの受光面も、鉛直方向に対して略３０°から９０°傾斜し、その受光面おける太陽光の照度は低下する。なお、図２に示される斜線の領域は、直射光が機器本体に遮られて届かない領域を示している。
【００１６】
図２に示すように、モバイル電子機器が傾斜した状態では、太陽光の散乱光および反射光によって太陽電池モジュールの受光面は照射され得る。ただし、太陽光の散乱光および反射光の照度は、直射光のそれと比べて低い。例えば、モバイル電子機器が傾斜した状態で、地面で反射した反射光が太陽電池モジュールの受光面に斜めに入射することを想定する。その場合の入射光の照度はさらに低くなる。その結果、太陽電池モジュールの受光面が傾斜することにより、その出力電圧は著しく低下し得る。このように、図２に示す状態では、照度が低くなるので、従来の太陽電池モジュール（例えば、ｐ−Ｓｉモジュール）および充電回路を備えた充電器はそもそも発電せず、電力を得ることはできない。従って、従来の充電器では、モバイル電子機器を操作しながら効率的に発電を行うことはできない。
【００１７】
本発明の目的は、照度が低下して太陽電池モジュールの出力電圧が低下した場合であっても、モバイル電子機器を操作しながら効率的に発電を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の実施形態によるモバイル電子機器用ケースは、表示面を有するモバイル電子機器を収納し、前記モバイル電子機器に電力を供給することが可能なモバイル電子機器用ケースであって、ＡＭが１．５であり、太陽電池モジュール温度が２５℃であり、光入射方向がセルに直交する条件でソーラーシミュレータを用いて測定した場合、照度と開放電圧との関係において、前記照度が１００ｍＷ／ｃｍ2から１ｍＷ／ｃｍ2に低下したとき、前記開放電圧の電圧降下幅が０．２Ｖ以下であり、前記照度が１ｍＷ／ｃｍ2時の前記開放電圧は０．５５Ｖ以上である特性が得られる太陽電池モジュールを備え、前記モバイル電子機器が収納された状態で使用されるとき、前記太陽電池モジュールは、前記表示面と反対側の裏面側に位置し、かつ、外部に露出される。充電回路の変換効率などの観点から、開放電圧の電圧降下幅は０．１５Ｖ以下であることが好ましい。
【００１９】
ある実施形態において、前記太陽電池モジュールは、複数のセルが互いに直列に接続され、かつ、１つの基板上に集積された構造を有する。
【００２０】
ある実施形態において、前記モバイル電子機器用ケースは、前記太陽電池モジュールからの電力を負荷に供給する給電ユニットをさらに備え、前記給電ユニットは、昇圧回路または降圧回路を有する電圧安定回路を含む。
【００２１】
ある実施形態において、前記電圧安定回路は、前記太陽電池モジュールの最適動作点を追従する制御回路をさらに含む。
【００２２】
ある実施形態において、前記太陽電池モジュールは、色素増感太陽電池モジュールまたは蛍光集光板を用いた太陽電池モジュールである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、照度が低下して太陽電池モジュールの出力電圧が低下した場合であっても、モバイル電子機器を操作しながら効率的な発電が可能になるモバイル電子機器およびモバイル電子機器用ケースが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】太陽電池の出力電圧の照度依存性を示すグラフである。
【図２】モバイル電子機器がユーザによって使用されている状態を説明する図である。
【図３】第１の実施形態による、モバイル電子機器３００を収納した状態でのモバイル電子機器用ケース２００Ａの正面図である。
【図４】第１の実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ａの背面図である。
【図５】第１の実施形態による低照度対応ＤＳＣモジュール４００に用いられるＤＳＣ１００の断面構造を示す模式図である。
【図６】第１の実施形態による複数のＤＳＣ１００ａを有する低照度対応ＤＳＣモジュール４００の断面構造を示す模式図である。
【図７】第１の実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ａの回路構成を示す模式図である。
【図８Ａ】第１の実施形態による給電ユニット２３０Ａの回路構成を示す模式図である。
【図８Ｂ】第１の実施形態による給電ユニット２３０Ａの回路構成を示す模式図である。
【図９】第２の実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ｂの回路構成を示す模式図である。
【図１０】第２の実施形態による抵抗ユニット２５０の回路構成を示す模式図である。
【図１１】第３の実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ｃの回路構成を示す模式図である。
【図１２】第４の実施形態による蛍光板集光型太陽電池モジュール５００の構造を示す模式図である。
【図１３】第４の実施形態による蛍光板集光型太陽電池モジュール５００の出力電圧の照度依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態によるモバイル電子機器用ケースは、表示面を有するモバイル電子機器を収納し、モバイル電子機器に電力を供給することが可能なモバイル電子機器用ケースであって、ＡＭが１．５であり、太陽電池モジュール温度が２５℃であり、光入射方向がセルの受光面に直交する条件でソーラーシミュレータを用いて測定した場合、照度と開放電圧との関係において、照度が１００ｍＷ／ｃｍ2から１ｍＷ／ｃｍ2に低下したとき、開放電圧の電圧降下幅が０．２Ｖ以下であり、照度が１ｍＷ／ｃｍ2時の開放電圧は０．５５Ｖ以上である特性が得られる太陽電池モジュールを備える。モバイル電子機器が収納された状態で使用されるとき、太陽電池モジュールは、表示面と反対側の裏面側に位置し、かつ、外部に露出される。このモバイル電子機器用ケースによれば、モバイル電子機器を操作しながら効率的な発電を実現できる。モバイル電子機器とは、例えば、電子書籍端末、携帯電話、スマートフォン、タブレットＰＣである。
【００２６】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態によるモバイル電子機器用ケースを説明する。以下の説明において、同一または類似する構成要素については同一の参照符号を付している。なお、本発明の実施形態によるモバイル電子機器用ケースは、以下で例示するものに限られない。例えば、一の実施形態と、他の実施形態とを組み合わせることも可能である。
【００２７】
（第１の実施形態）
図３から図７を参照しながら、本実施形態による充電器１００Ａの回路構成および機能を説明する。
【００２８】
図３は、モバイル電子機器３００を収納した状態でのモバイル電子機器用ケース２００Ａの正面図であり、図４はモバイル電子機器用ケース２００Ａの背面図である。本実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ａは、ホルダー部２１０と、太陽電池モジュール２２０と、給電ユニット２３０Ａとを備えている。モバイル電子機器用ケース２００Ａは、モバイル電子機器３００を収納し、モバイル電子機器３００に電力を供給することができる。モバイル電子機器用ケース２００Ａは充電器としても機能する。
【００２９】
図３および図４に示すように、モバイル電子機器３００は、モバイル電子機器用ケース２００Ａにコネクタ（不図示）を介して電気的に直接接続され且つ一体化される。その状態において、太陽電池モジュール２２０で発電された電力をモバイル電子機器３００に供給することができる。具体的には、太陽電池モジュール２２０の出力がモバイル電子機器３００の蓄電素子の入力に接続されるように構成されている。ここで、蓄電素子は、いわゆる蓄電池（２次電池）だけでなく、大容量キャパシターを含む。モバイル電子機器用ケース２００Ａがモバイル電子機器３００と一体的に用いられるとき、モバイル電子機器３００は、蓄電素子を有していなくてもよい。
【００３０】
ホルダー部２１０は、表示面３００Ａを有するモバイル電子機器３００を収納するスペースを有し、モバイル電子機器３００を保持することができる。モバイル電子機器３００はホルダー部２１０に容易に着脱可能である。また、モバイル電子機器３００を取り外した状態においても、モバイル電子機器用ケース２００Ａは充電器として機能し得る。
【００３１】
太陽電池モジュール２２０は、モバイル電子機器用ケース２００Ａの裏面に配置されている。具体的には、太陽電池モジュール２２０は、モバイル電子機器３００がホルダー部２１０に収納された状態で使用されるとき、表示面３００Ａと反対側の裏面側に位置し、かつ、外部に露出される。この構成によれば、太陽電池モジュール２２０を、モバイル電子機器用ケース２００Ａの裏面全体に配置することにより、太陽電池モジュール２２０の受光面の面積を大きくすることができる。その結果、例えば電卓に搭載された太陽電池モジュールなどと比べ、発電量を大幅に増やすことができる。
【００３２】
本実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ａは図３および図４に示す形態に限られない。例えば、モバイル電子機器３００を未使用時には、太陽電池モジュール２２０が設けられたケース面は、表示面３００Ａを保護するカバーとして機能しても構わない。
【００３３】
太陽電池モジュール２２０として、低照度対応太陽電池モジュールを用いることができる。本願明細書では、低照度対応太陽電池モジュールは、照度が低下しても開放電圧の降下幅が小さい太陽電池モジュールを意味する。以下、低照度対応太陽電池モジュールの特性を具体的に説明する。
【００３４】
再び図１を参照する。照度が比較的低いとき、従来の結晶シリコン太陽電池モジュールにおいては、照度と開放電圧との関係において、照度が１００ｍＷ／ｃｍ2から０．１ｍＷ／ｃｍ2に変化した場合、最大出力電圧（開放電圧）は、単位セルあたり０．６０Ｖから０．３０Ｖに変動する。つまり、単位セルあたりの変動幅ΔＶは０．３０Ｖであることが分かる。一方で、照度が同様に変化した場合、ＤＳＣモジュールの最大出力電圧は、単位セルあたり０．７５Ｖから０．５０Ｖに変動する。つまり、単位セルあたりの変動幅ΔＶは０．２５Ｖであることが分かる。この結果から、低照度対応太陽電池モジュールとして、単位セルあたりの変動幅ΔＶがより小さいＤＳＣモジュールを用いることが好ましいことが分かる。
【００３５】
また、低照度対応太陽電池モジュールは、照度が比較的高いとき、照度と開放電圧との関係において、照度が１００ｍＷ／ｃｍ2から１ｍＷ／ｃｍ2に低下したとき、開放電圧の電圧降下幅が０．２０Ｖ以下である特性を有している。また、充電回路の変換効率などの観点から、その電圧降下幅は０．１５Ｖ以下であることが好ましい。さらに、照度が１ｍＷ／ｃｍ2時における低照度対応太陽電池モジュールの開放電圧は、０．５５Ｖ以上であり、ｐ−ｓｉモジュールのそれと比べてより高い。これらの特性により、照度が比較的高いとき（例えば、屋外において直射光が当たるとき）でも、効率よく発電を行うことができる。
【００３６】
本願発明においては、太陽電池モジュール２２０として、低照度対応ＤＳＣモジュール４００（図６を参照）を用いることができる。低照度対応ＤＳＣモジュール４００の出力電圧（開放電圧）の照度依存性は、図１に示されるとおりである。具体的には、ＪＩＳ  Ｃ  ８９１４の規格で規定された測定条件で、照度と開放電圧との関係において、照度が１００ｍＷ／ｃｍ2から１ｍＷ／ｃｍ2に変化した場合、最大出力電圧（開放電圧）は、単位セルあたり０．７３Ｖから０．６３Ｖに変動する。つまり、単位セルあたりの変動幅ΔＶは０．１０Ｖに改善される。この変動幅は、従来のＤＳＣモジュールのそれと比べさらに小さい。また、照度が１ｍＷ／ｃｍ2時の開放電圧は、０．６０Ｖ以上であり、図１に示される４つのモジュールの中で一番高い。この結果から、低照度対応太陽電池モジュールとして、単位セルあたりの変動幅ΔＶがもっとも小さい低照度対応ＤＳＣモジュール４００を用いることが特に好ましいと言える。
【００３７】
太陽電池モジュール２２０は、複数のセルが互いに直列に接続され、かつ、１つの基板上に集積された構造を有していてもよい。例えば、図４には複数のストライプ状のセルが集積された様子（ストライプ集積型の太陽電池モジュール）を示している。ストライプ集積型の太陽電池モジュールは、ＤＳＣモジュールに多く見られ、本実施形態による低照度対応ＤＳＣモジュール４００にもその構造を採用することができる。
【００３８】
以下、図５および図６を参照しながら、低照度対応ＤＳＣモジュール４００のデバイス構造の一例を説明する。
【００３９】
図５は、本実施形態による低照度対応ＤＳＣモジュール４００に用いられるＤＳＣ１００の模式的な断面構造を示し、図６は、複数のＤＳＣ１００を有する低照度対応ＤＳＣモジュール４００の模式的な断面構造を示す。
【００４０】
図５に示すように、ＤＳＣ１００は、透明基板１２と、透明基板１２上に形成された光アノード１５と、光アノード１５の上に形成された多孔質絶縁層２２と、多孔質絶縁層２２上に形成された対極３４と、基板３２と、光アノード１５と基板３２との間に充填された電解質媒体４２とを有している。電解質媒体４２は、典型的には、電解液（電解質溶液）である。電解液は、メディエータ（酸化還元対）として少なくともＩ-とＩ3-とを含む。電解質媒体４２は、光アノード１５と対極３４との間に設けられた多孔質絶縁層２２内に侵入し、多孔質絶縁層２２に保持された電解質媒体４２は、キャリア輸送層として機能する。対極３４を基板３２に形成し、ＤＳＣの使用環境において光アノード１５と対極３４が物理的に接触しない構造とすれば、多孔質絶縁層２２を省略することができる。
【００４１】
ただし、図５に示すように透明基板１２上に光アノード１５から対極３４までを形成する構造（すなわち、モノリシック型集積構造）を採用すると、基板３２として、例えば、比較的薄い安価なガラス板を用いることができる。この様な基板３２（基板１２よりも薄い）は、カバー部材と呼ばれることもある。モノリシック型集積構造を採用すると、比較的高価なＦＴＯ層付きガラス基板は１枚（透明基板１２および透明導電層１４として）だけでよいので、ＤＳＣモジュールの価格を低減できるという利点が得られる。
【００４２】
透明基板１２および基板３２は、ガラス基板やプラスチック基板など、公知の透明な基板を用いることができる。少なくとも透明基板１２は、ＤＳＣ１００の光増感剤を励起する波長の光を十分に透過するように選択される。基板３２は、透明であっても、透明でなくてもよい。ただし、基板３２側からも光が入射する環境下で使用される場合には、光増感剤へ到達する光量を増加させるために、基板３２も透明な方が好ましい。
【００４３】
ＤＳＣ１００の光アノード１５は、基板１２の電解質媒体４２側に設けられた透明導電層１４と、透明導電層１４の電解質媒体４２側に形成された金属酸化物層１６と、金属酸化物層１６の電解質媒体４２側に設けられた多孔質半導体層１８と、多孔質半導体層１８に担持された増感色素（不図示）とを有している。なお、増感色素を担持した多孔質半導体層を光電変換層１８ということがある。透明導電層１４は、例えば、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）などの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）から形成される。
【００４４】
対極３４は、キャリア輸送層４２中の正孔を還元する働きを有する触媒層２４と接触し電子を収集し、取出し電極（対向する光電変換層１８とは電気的に絶縁された透明導電層１４；不図示）と、または、隣接するＤＳＣセルの透明導電層１４もしくは金属酸化物層１６と接続される。対極３４の材料としては、一般に太陽電池に使用される、例えば、ＦＴＯ、インジウム錫複合酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物、チタン、タングステン、金、銀、銅、ニッケル等の金属材料等の導電性を有する材料が挙げられる。なお、図６に例示するＤＣＳモジュール４００のようなモノリシック型集積構造を有するＤＳＣモジュールにおいては、対極３４の膜強度の観点から、チタンを用いることが好ましい。
【００４５】
ここで、金属酸化物層１６の電気抵抗は、多孔質半導体層１８の電気抵抗よりも小さく、かつ、透明導電層１４の電気抵抗よりも大きい。金属酸化物層１６は、このような電気抵抗を有しているので、電解質媒体４２中のＩ3-が直接に透明導電層１４に接触することに起因するリーク電流の発生を抑制するとともに、出力電流が必要以上に低下することを抑制することができる。その結果、ＤＳＣ１００は、低照度においても比較的高い開放電圧を維持することが可能となり、比較的広い照度範囲で電力を出力することができる。金属酸化物層１６は、非多孔質層であることが好ましい。金属酸化物層１６の厚さは例えば１０ｎｍを超えない。金属酸化物層１６は例えば熱酸化膜である。金属酸化物層１６は、例えば、酸化チタン層、酸化ジルコニウム層または酸化アルミニウム層である。これらの中で、酸化チタン層が好ましい。熱酸化によって形成された酸化チタン層はピンホールが無く、リーク電流の発生を効果的に抑制することができる。また、金属酸化物層１６の厚さが１０ｎｍを超えないと、十分な出力電力を得ることができる。金属酸化物層１６の厚さは例えば１ｎｍ以上であることが好ましい。
【００４６】
金属酸化物層１６は、例えば、透明導電層１４に蒸着法やスパッタ法など薄膜堆積法で形成したチタン層を、酸素を含む環境下で加熱処理（焼成）することによって形成することが好ましい。例えば、シンクロン製スパッタ装置（ＣＳＳ−２ＭＴ−１２００Ｒ）を用いて、ＦＴＯ層を有する基板表面に、厚さが２ｎｍのチタン層を形成する（例えば、ターゲット電力１１００Ｗ、Ａｒ流量１２０ｓｃｃｍ、搬送速度１００ｍｍ／ｓ）。その後、空気中で、例えば、５００℃で、１ｈ保持し、チタン層を熱酸化することによって、厚さが２ｎｍの酸化チタン層を得ることができる。チタン層の酸化による厚さの増加は数％に過ぎない。
【００４７】
金属酸化物層１６は、この他、透明導電層１４の表面を、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）の水溶液や四塩化チタンを含むガスなどで表面処理を施した後に、焼成することによって得ることもできる。例えば、０．０５Ｍの四塩化チタン水溶液を、ＦＴＯ層を有する基板表面に滴下し、７０℃で約２０分間加熱処理する。その後、水洗処理、自然乾燥後、空気中で、例えば、５００℃を１ｈ保持し、チタン層を熱酸化することによって、厚さが２ｎｍの酸化チタン層を得ることができる。なお、滴下法以外にも、スピンコート法、ディップ法などの公知の方法で、ＦＴＯ層を有する基板表面に四塩化チタン水溶液を付与することができる。
【００４８】
電解質媒体４２は、Ｉ-とＩ3-とを含む電解液（水溶液）で、Ｉ3-の濃度は０．０２Ｍ超０．０５Ｍ以下であることが好ましい。Ｉ3-の濃度を上記の範囲にすることで、電圧の低下が抑えられ、低照度から高照度に至るまで効率良く発電することが可能になる。溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネートなどのカーボネート系溶媒、アセトニトリルなどのニトリル系溶媒、エタノール等のアルコール系溶媒などが挙げられる。これらの中でも、カーボネート系溶媒やニトリル系溶媒が好ましく、これらの溶媒は２種類以上を混合して用いることもできる。なお、発電特性の観点からニトリル系溶媒が特に好ましく、ＤＳＣを設置する温度環境などに応じて溶媒粘度や電解質の溶解度などの観点から総合的に溶媒を選定する。
【００４９】
次に、図６を参照して、本実施形態によるソーラー充電器に用いられる低照度対応ＤＳＣモジュール４００の構造を説明する。ＤＳＣ１００は、求められる出力電圧に応じて直列に接続され、モジュールとして用いられる。図６において、図５に示した構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素は、共通の参照符号を付して、その説明を省略することがある。
【００５０】
図６に例示する低照度対応ＤＳＣモジュール４００は、２以上の電気的に直列に接続されたＤＳＣ１００ａを含み、一体にパッケージ化されている。複数のＤＣＳ１００ａは透明基板１２を共有している。各ＤＳＣ１００ａの電解質媒体（キャリア輸送層）４２は、封止材４５によって互いに分離され、密閉されている。低照度対応ＤＳＣモジュール４００の全体も透明基板１２と基板３２とを互いに接着、固定する封止材によって、封止されている。
【００５１】
透明基板１２上には、ＤＳＣ１００ａごとに、透明導電層１４、金属酸化物層１６、および多孔質半導体層１８ａを含む光電変換層１８がこの順で形成されている。光電変換層１８は、多孔質絶縁層２２で覆われており、その上に触媒層２４を間に介して、対極３４が形成されている。対極３４は、隣接するＤＳＣ１００ａの金属酸化物層１６上まで延設されており、そのことによって隣接するＤＳＣ１００ａと電気的に直列に接続されている。なお、封止材４５が透明導電層１４と直接接触するように、金属酸化物層１６を形成してもよい。
【００５２】
低照度対応ＤＳＣモジュール４００内で直列に接続さるＤＳＣ１００ａの数は、要求される出力電圧に応じて適宜設定される。例えば、７つのＤＳＣセルを直列に接続したもので、約３．５Ｖの出力電圧が得られる。低照度対応ＤＳＣモジュール４００は、金属酸化物層１６の形成方法を除けば、公知の方法で製造され得る。例えば、国際公開公報第２０１４／０３８５７０号に記載の方法で製造することができる。
【００５３】
本実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ａが有するＤＳＣは、上述したＤＳＣ１００のように、多孔質半導体層１８ａの電気抵抗よりも小さく、かつ、透明導電層１４の電気抵抗よりも大きい電気抵抗を有する金属酸化物層１６を備えている。その結果、ＤＳＣ１００は、高照度から低照度までの広い照度範囲において、十分に高い出力電圧で、電力をモバイル電子機器に供給することができる。
【００５４】
再び図４を参照する。モバイル電子機器用ケース２００Ａの裏面には、給電ユニット２３０Ａが設けられている。モバイル電子機器３００は、給電ユニット２３０Ａを介して太陽電池モジュール２２０に電気的に接続され、給電ユニット２３０Ａは、太陽電池モジュール２２０からの電力をモバイル電子機器３００に給電する。なお、給電ユニット２３０Ａは、図４に示されるように、外部に露出されるように配置されていなくてもよく、外部から視認できないようにモバイル電子機器用ケース２００Ａの内部に配置されていても当然構わない。
【００５５】
次に、図７、図８Ａおよび図８Ｂを参照して、給電ユニット２３０Ａの構造および機能の詳細を説明する。
【００５６】
図７は、モバイル電子機器用ケース２００Ａ内の回路構成を模式的に示している。モバイル電子機器３００（つまり、負荷）は、給電ユニット２３０Ａを介して太陽電池モジュール２２０に電気的に接続される。図中では、太陽電池モジュール２２０を「ＰＶ」と表記している。図示するように、給電ユニット２３０Ａにはモバイル電子機器３００が直接接続される代わりに、モバイル電子機器用ケース２００Ａに設けられた蓄電池３１０が接続されていてもよい。この場合、蓄電池３１０を一旦充電してから、蓄電池３１０に蓄積された電力をモバイル電子機器３００に供給することもできる。蓄電池３１０としては、例えばリチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池およびニッケル・水素電池などを用いることができる。
【００５７】
図８Ａおよび図８Ｂは、給電ユニット２３０Ａの回路構成を模式的に示している。図示するように、給電ユニット２３０Ａは、ＭＰＰＴ回路２４１と、昇圧回路２４２または降圧回路２４３とを含む電圧安定回路２４０を有している。
【００５８】
ＭＰＰＴ回路２４１は、太陽電池モジュール２２０の最適動作点を追従する制御を行う。最適動作点は、太陽電池モジュール２２０の出力電力（電流と電圧の積）が最大になる動作点を指す。ＭＰＰＴ回路２４１を用いることで、照度や温度が変化しても、その状況下での最大動作点において太陽電池モジュール２２０を発電させることができ、そのときの最大電力を得ることができる。ＭＰＰＴ回路２４１として、公知のものを広く用いることができる。
【００５９】
昇圧回路２４２は、太陽電池モジュール２２０の出力電圧を昇圧する。具体的には、昇圧回路２４２は、蓄電池３１０または負荷３００に電力を給電するための十分な電圧が得られない場合、蓄電池３１０または負荷３００に電力を給電できる電圧レベルにまで太陽電池モジュール２２０の出力電圧を昇圧する。例えば、昇圧回路２４２として、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いることができる。
【００６０】
降圧回路２４３は、太陽電池モジュール２２０の出力電圧を降圧する。具体的には、降圧回路２４３は、蓄電池３１０または負荷３００に電力を給電するに際して、電圧が十分すぎる場合、蓄電池３１０または負荷３００の入力電圧に適した電圧レベルにまで太陽電池モジュール２２０の出力電圧を降圧する。例えば、降圧回路２４３として、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いることができる。昇圧回路２４２および降圧回路２４３のいずれを電圧安定回路２４０に搭載するかは、製品仕様等から適宜決定することができる。
【００６１】
このように、電圧安定回路２４０に負荷３００または蓄電池３１０を接続することにより、照度が低下して太陽電池モジュール２２０の出力電圧が大幅に変動したとしても、太陽電池モジュール２２０からの電力を負荷３００または蓄電池３１０に安定的に供給できる。または、安定的に負荷であるモバイル電子機器３００を動作させることができる。
【００６２】
本実施形態によると、太陽電池モジュール２２０の面積を大きくすることができる。その結果、太陽電池モジュール２２０の発電量を大幅に増やすことができる。また、低照度対応太陽電池モジュールを用いることにより、受光面が直射光に照射されず、照度が著しく低い環境下であっても、モバイル電子機器３００を使用しながら効果的な充電が可能になる。さらに、高照度時においても効率良く発電を行える。なお、急速に充電したい場合には、モバイル電子機器３００をモバイル電子機器用ケース２００Ａから取り外した状態で、太陽電池モジュール３００の受光面が屋外を向くようにモバイル電子機器用ケース２００Ａを例えば窓辺などに置いておけばよい。
【００６３】
例えば、太陽電池モジュール２２０の面積を小さくしてケースを保持するユーザの手に引っかからないように、太陽電池モジュール２２０を、表示面１００Ａが設けられた領域以外の領域に配置する場合、または、モバイル電子機器用ケース２００Ａの裏面の一部に配置する場合を想定する。その場合、太陽電池モジュール２２０は表面または裏面の一部に偏在しているので、重心も偏在し、モバイル電子機器３００を持ちながら操作しているユーザに負担をかける。しかしながら、本実施形態によると、表示面１００Ａよりも太陽電池モジュール２２０の面積を大きくすることができるので、その重心の偏在を解消することができる。
【００６４】
複数のセルを集積して太陽電池モジュール２２０を構成する場合、セルを直列に接続する方向次第で、太陽電池モジュール２２０の出力電流は大幅に低下する可能性がある。その理由は、複数のセルを直列に接続する構造上、複数のセルのうち少なくとも１つがユーザの手によって完全に覆われると、そのセルは発電せずそこから電流が流れなくなり、出力電流が大幅に低下してしまうからである。本実施形態によると、図４に示されるように、各セルを、その長手方向がモバイル電子機器用ケース２００Ａの長手方向に略平行になるように配置することができる。この配置により、各セルの長手方向はケースを保持する手の指の向きと略直交するので、セル全体が完全に覆われてしまうことを回避でき、電力低下を低減することができる。
【００６５】
本願発明者は、本実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ａを試作した。試作したケースのち、１つは太陽電池モジュールとしてｐ−Ｓｉモジュールを備え、１つはＤＳＣモジュールを備えている。ユーザがそのケースを手に取りモバイル電子機器３００を操作しながら充電する場面を想定し、電圧安定回路２４０がない状態でそれぞれ試作したケースごとに太陽電池モジュールの発電量を測定した。
【００６６】
０．２ｍＷ／ｃｍ2および２０ｍＷ／ｃｍ2の照度下で、１時間の発電量をそれぞれ測定した。ｐ−Ｓｉモジュールの場合、照度０．２ｍＷ／ｃｍ2での１時間の発電量は、０．００６ｍＷｈ／ｃｍ2であり、照度２０ｍＷ／ｃｍ2での１時間の発電量は、１．４００ｍＷｈ／ｃｍ2であった。一方で、ＤＳＣモジュールの場合、照度０．２ｍＷ／ｃｍ2での１時間の発電量は、０．２４０ｍＷｈ／ｃｍ2であり、照度２０ｍＷ／ｃｍ2での１時間の発電量は、２．０００ｍＷｈ／ｃｍ2であった。この測定結果から、ケースを手に取りモバイル電子機器３００を操作しながら充電する時の発電量は、いずれの照度においても、ＤＳＣモジュールの方が多いことが分かった。
【００６７】
また、本願発明者は、電圧安定回路２４０の効果を測定するために、電圧安定回路２４０があるケースと電圧安定回路２４０がないケースとを準備し、ユーザがケースを手に取りモバイル電子機器３００を操作しながら充電する場面を想定して、それぞれ試作したケースごとに太陽電池モジュールの発電量を測定した。なお、太陽電池モジュール２２０としては、いずれもｐ−Ｓｉモジュールを用いた。
【００６８】
今回も同様に０．２ｍＷ／ｃｍ2および２０ｍＷ／ｃｍ2の照度下で、１時間の発電量をそれぞれ測定した。電圧安定回路２４０がない場合、照度０．２ｍＷ／ｃｍ2での１時間の発電量は、０．００６ｍＷｈ／ｃｍ2であり、照度２０ｍＷ／ｃｍ2での１時間の発電量は、１．４００ｍＷｈ／ｃｍ2であった。一方で、電圧安定回路２４０がある場合、照度０．２ｍＷ／ｃｍ2での１時間の発電量は、０．００８ｍＷｈ／ｃｍ2であり、照度２０ｍＷ／ｃｍ2での１時間の発電量は、１．６００ｍＷｈ／ｃｍ2であった。この測定結果から、電圧安定回路２４０によって太陽電池モジュール２２０の発電量が増加することが分かった。
【００６９】
（第２の実施形態）
図９および図１０を参照しながら、本実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ｂの構造および機能を説明する。
【００７０】
第２の実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ｂは、給電ユニット２３０Ｂが抵抗ユニット２５０をさらに備えている点で、第１の実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ａとは異なる。以下、共通する部分の説明は省略し、差異点を中心に説明する。
【００７１】
図９は、モバイル電子機器用ケース２００Ｂ内の回路構成を模式的に示している。給電ユニット２３０Ｂは、電圧安定回路２４０と、抵抗ユニット２５０とを有している。抵抗ユニット２５０は、可変抵抗値を有している。抵抗ユニット２５０は、太陽電池モジュール２２０の出力インピーダンスを調整する機能を有している。抵抗ユニット２５０は、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、複数の抵抗素子の中から１つの抵抗素子を太陽電池モジュール２２０の出力電圧に応じて選択する。その結果、太陽電池モジュール２２０は、選択された１つの抵抗素子を介して電圧安定回路２４０に接続される。
【００７２】
図１０は、抵抗ユニット２５０の回路構成を模式的に示す。抵抗ユニット２５０は、コンパレータ（ＣＭＰ）２５１と、スイッチ２５２と、抵抗素子２５３Ａおよび２５３Ｂとを有している。抵抗ユニット２５０は、これらの素子を同一の基板に集積することにより、集積回路として実現され得る。
【００７３】
抵抗素子２５３Ａおよび２５３Ｂは、互いに異なる抵抗値を有している。具体的には、抵抗素子２５３Ａの抵抗値は、抵抗素子２５３Ｂの抵抗値よりも大きい。例えば、太陽電池モジュール２２０からの最大出力電力が１０Ｗ以下である場合、抵抗素子２５３Ａの抵抗値を３０ｋΩに設定し、抵抗素子２５３Ｂの抵抗値を０．１ｋΩに設定することができる。
【００７４】
コンパレータ２５１は、太陽電池モジュール２２０の出力電圧を受けて、その出力電圧と第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１との大小を比較する。ここで、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１は太陽電池モジュール２２０およびＭＰＰＴ回路２４１の特性などにより適宜決定され得る。例えば、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を０．８Ｖ程度に設定することができる。
【００７５】
スイッチ２５２は、例えばリレースイッチなどである。スイッチ２５２は、抵抗素子２５３Ａと抵抗素子２５３Ｂとを、コンパレータ２５１の比較結果に応じて切り替える。抵抗素子２５３Ａが選択されると、太陽電池モジュール２２０は、抵抗素子２５３Ａを介して電圧安定回路２４０に接続される。抵抗素子２５３Ｂが選択されると、太陽電池モジュール２２０は、抵抗素子２５３Ｂを介して電圧安定回路２４０に接続される。以下、スイッチの動作を詳細に説明する。
【００７６】
コンパレータ２５１は、太陽電池モジュール２２０の出力電圧と第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１との大小関係応じて、スイッチ２５２を制御する電流をオン・オフする。太陽電池モジュール２２０の出力電圧が第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１以上であるとき、コンパレータ２５１が制御電流をオンすることにより、スイッチ２５２は、抵抗素子２５３Ａを選択する。このように、晴天時など照度が比較的高いときは、抵抗ユニット２５０は抵抗素子２５３Ａに対応した抵抗値を有する。
【００７７】
太陽電池モジュール２２０の出力電圧が第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１未満であるとき、コンパレータ２５１が制御電流をオフすることにより、スイッチ２５２は、抵抗素子２５３Ｂを選択する。このように、曇天時など照度が比較的低いときは、抵抗ユニット２５０は抵抗素子２５３Ｂに対応した抵抗値を有する。
【００７８】
晴天時など照度が比較的高いとき、太陽電池モジュール２２０は、抵抗素子２５３Ａを介して電圧安定回路２４０に接続され、曇天時など照度が比較的低いとき、抵抗素子２５３Ａよりも小さい抵抗値を有する抵抗素子２５３Ｂを介して電圧安定回路２４０に接続される。このように、抵抗ユニット２５０は、高照度のとき、高い抵抗値を有し、低照度のとき、低い抵抗値を有するように構成されている。
【００７９】
低照度のときは、太陽電池モジュール２２０からの出力電圧、電流および電力は小さい。そのため、仮に抵抗値が高く設定されると、電圧安定回路２４０への入力電圧は低くなり、ＭＰＰＴ回路２４１において検出され得る出力の変化が小さくなる。その結果、ＭＰＰＴ回路２４１の演算精度の低下を招く。本実施形態では、低照度のとき、抵抗値を小さく設定しているので、それを回避することができ、ＭＰＰＴ回路２４１に効率よく電力を供給できる。
【００８０】
また、高照度のとき、太陽電池モジュール２２０からの出力電圧、電流および電力は比較的大きい。そのため、仮に抵抗値が小さく設定されると、電圧安定回路２４０に電力を効率よく供給できない。また、ＭＰＰＴ回路２４１の入力電圧が最適動作点電圧からずれてしまう可能性がある。本実施形態では、高照度のとき、抵抗値を大きく設定しているので、それらを回避することができる。
【００８１】
なお、モバイル電子機器用ケース２００Ｂは、コンパレータ２５１に接続された照度センサ（不図示）をさらに備えていてもよい。照度センサとしては、公知のものを広く用いることができる。照度センサは、太陽電池モジュール２２０を照射する光の照度を検出する。照度センサは、その検出結果に応じた電流を発生し、コンパレータ２５１に出力する。コンパレータ２５１は、照度センサからの電流値と基準電流Ｉｒｅｆとの大小関係を判定する。例えば、基準電流Ｉｒｅｆに１ｍＡを設定することができる。
【００８２】
スイッチ２５２は、照度センサからの電流値が基準電流Ｉｒｅｆ以上であるとき、抵抗素子２５３Ａを選択し、照度センサの電流値が基準電流Ｉｒｅｆ未満であるとき、抵抗素子２５３Ｂを選択する。このように、抵抗ユニット２５０は、２つの抵抗素子の中から１つを照度センサからの照度信号に応じて選択することもできる。
【００８３】
本実施形態によると、低照度から高照度までの広範囲にわたり、太陽電池モジュール２２０からの電力を負荷３００または蓄電池３１０に効率よく供給できる。例えば。モバイル電子機器３００を操作しながら充電したり、屋外の木陰で充電したりすることができる。操作しながら充電するときの照度範囲は、約０．２ｍＷ／ｃｍ2から約０．５ｍＷ／ｃｍ2であり、木陰で充電するときの照度範囲は、約１０ｍＷ／ｃｍ2から約５０ｍＷ／ｃｍ2であると想定される。また、低照度においてもＭＰＰＴ回路２４１を介して電力を給電することにより、蓄電池３１０の充電効率を向上させることができる。さらに、給電ユニット２３０Ｂと低照度対応太陽電池モジュールとを組み合わせることにより、より広範囲にわたって効率よく発電することができる。
【００８４】
（第３の実施形態）
図１１を参照しながら、本実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ｃの構造および機能を説明する。
【００８５】
第３の実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ｃは、給電ユニット２３０Ｃが第１の給電パスと昇圧回路２４２が設けられた第２の給電パスとを切り替え可能な点で、第１の実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ａとは異なる。以下、共通する部分の説明は省略し、差異点を中心に説明する。
【００８６】
図１１は、モバイル電子機器用ケース２００Ｃ内の回路構成を模式的に示している。給電ユニット２３０Ｃは、コンパレータ２５１と、スイッチ２５２と、昇圧回路２４２とを含んでいる。
【００８７】
スイッチ２５２は、コンパレータ２５１の比較結果に応じて、何も配置されていない第１の給電パスと昇圧回路２４２が設けられた第２の給電パスとを切り替える。スイッチ２５２は、照度が基準値以上のときは、第１の給電パスを選択し、照度が基準値未満のときは、第２の給電パスを選択する。
【００８８】
本実施形態によると、一定以上の照度が得られ、出力電圧が十分に高いときは、昇圧回路２４２を介さずに負荷３００または蓄電池３１０に電力を直接供給できる。その結果、昇圧回路２４２における消費電力による電力ロスを抑制でき、太陽電池モジュール２２０からの電力を有効に活用することができる。
【００８９】
（第４の実施形態）
図１２および図１３を参照しながら、本実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ｄの構造および機能を説明する。
【００９０】
第４の実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ｄ（不図示）は、低照度対応太陽電池モジュールとして蛍光集光板を用いた太陽電池モジュール（以下、「蛍光板集光型太陽電池モジュール」と称する。）５００を備えている点で、第１から第３の実施形態によるモバイル電子機器用ケース２００Ａ、２００Ｂおよび２００Ｃとは異なる。以下、共通する部分の説明は省略し、差異点を中心に説明する。
【００９１】
図１２は、蛍光板集光型太陽電池モジュール５００の構造を模式的に示している。蛍光板の側面には、ＧａＡｓ太陽電池モジュールＡ〜Ｆが配置されている。蛍光板５０１に入射した光は、蛍光板５０１中の蛍光体に吸収されて発光する。その大部分の光は全反射の原理により、蛍光板５０１の内部に閉じ込められて、蛍光板５０１の側面にあるＧａＡｓ太陽電池モジュールＡ〜Ｆに集光される。この原理により、ＧａＡｓ太陽電池モジュールＡ〜Ｆの総面積と比較して面積が大きい蛍光板５０１で吸収された光を、面積が小さいＧａＡｓ太陽電池モジュールＡ〜Ｆのそれぞれに集光させることができる。その結果、ＧａＡｓ太陽電池モジュール単体において高効率な発電を実現できる。また、太陽光を蛍光板５０１に当てた場合、蛍光板５０１によって色変換された光はＧａＡｓ太陽電池モジュールＡ〜Ｆに集光される。そのため、例えば赤色蛍光板を使用した場合には６５０ｎｍ付近の光はＧａＡｓ太陽電池モジュールＡ〜Ｆに集光される。このように、太陽電池のエネルギーギャップに近い光を効率よく各ＧａＡｓ太陽電池モジュールに入射させることができる。
【００９２】
ＧａＡｓ太陽電池モジュール単体は、照度が低下しても出力電圧の降下幅が小さい特性を有している。蛍光板集光型太陽電池モジュール５００では、光を蛍光板５０１で集光することにより、そのモジュールに入射する光量は数倍になる。そのため、蛍光板集光型太陽電池モジュール５００の照度変化による電圧降下幅は特に小さい。
【００９３】
図１３は、蛍光板集光型太陽電池モジュール５００の出力電圧（開放電圧）の照度依存性を示している。ＪＩＳ  Ｃ  ８９１４の規格で規定された測定条件で、照度と開放電圧との関係において、照度が１００ｍＷ／ｃｍ2から１ｍＷ／ｃｍ2に変化した場合、最大出力電圧（開放電圧）は、単位セルあたり１．０２Ｖから０．８４Ｖに変動する。つまり、単位セルあたりの変動幅ΔＶは０．１８Ｖに改善される。
【００９４】
また、蛍光板集光型太陽電池モジュール５００は、照度が１００ｍＷ／ｃｍ2から１ｍＷ／ｃｍ2に低下したとき、開放電圧の電圧降下幅が０．２Ｖ以下である特性を有している。また、照度が１ｍＷ／ｃｍ2時の開放電圧は０．８Ｖ以上であり、非常に高い。従って、蛍光板集光型太陽電池モジュール５００も、低照度対応太陽電池モジュールの１つであると言える。
【００９５】
本実施形態によると、低照度から高照度までの広範囲にわたり、太陽電池モジュール２２０からの電力を負荷３００または蓄電池３１０に効率よく供給できる。例えば、モバイル電子機器３００を操作しながら充電したり、屋外の木陰で充電したりすることができる。照度がさらに高いときでも、効率的な発電が可能になる。
【００９６】
（第５の実施形態）
上述した第１から第４の実施形態では、充電器として、低照度対応太陽電池モジュールを備えたモバイル電子機器用ケースを説明した。しかしながら、本願発明はこれに限定されず、例えば、モバイル電子機器３００自体が低照度対応太陽電池モジュールを備えていてもよい。その場合、低照度対応太陽電池モジュールは、表示面とは反対側の機器筐体の裏面に配置され得る。この構成によると、受光面が直射光に照射されず、照度が著しく低い環境下であっても、モバイル電子機器３００を使用しながら効果的な充電が可能になる。さらに、高照度時においても効率良く発電を行える。
【００９７】
また、モバイル電子機器３００は、電圧安定回路２４０をさらに備えていていることが好ましい。これにより、照度が低下して太陽電池モジュール２２０の出力電圧が大幅に変動したとしても、太陽電池モジュール２２０からの電力を機器内部の蓄電池に安定的に供給できる。
【００９８】
本明細書は、以下の項目に記載のモバイル電子機器用ケースおよびモバイル電子機器を開示している。
【００９９】
〔項目１〕
表示面を有するモバイル電子機器を収納し、前記モバイル電子機器に電力を供給することが可能なモバイル電子機器用ケースであって、
ＡＭが１．５であり、太陽電池モジュール温度が２５℃であり、光入射方向がセルに直交する条件でソーラーシミュレータを用いて測定した場合、照度と開放電圧との関係において、前記照度が１００ｍＷ／ｃｍ2から１ｍＷ／ｃｍ2に低下したとき、前記開放電圧の電圧降下幅が０．２Ｖ以下であり、前記照度が１ｍＷ／ｃｍ2時の前記開放電圧は０．５５Ｖ以上である特性が得られる太陽電池モジュールを備え、
前記モバイル電子機器が収納された状態で使用されるとき、前記太陽電池モジュールは、前記表示面と反対側の裏面側に位置し、かつ、外部に露出される、モバイル電子機器用ケース。
項目１に記載のモバイル電子機器用ケースによると、照度が低下して太陽電池モジュールの出力電圧が低下した場合であっても、モバイル電子機器を操作しながら効率的な発電が可能になるモバイル電子機器用ケースを提供できる。
〔項目２〕
前記太陽電池モジュールは、複数のセルが互いに直列に接続され、かつ、１つの基板上に集積された構造を有する、項目１に記載のモバイル電子機器用ケース。
項目２に記載のモバイル電子機器用ケースによると、太陽電池モジュールの高密度化が図れる。
〔項目３〕
前記太陽電池モジュールからの電力を負荷に供給する給電ユニットをさらに備え、
前記給電ユニットは、昇圧回路または降圧回路を有する電圧安定回路を含む、項目２に記載のモバイル電子機器用ケース。
項目３に記載のモバイル電子機器用ケースによると、太陽電池モジュールから負荷まで電力を給電するときの電力損失を低減できる。
〔項目４〕
前記電圧安定回路は、前記太陽電池モジュールの最適動作点を追従する制御回路をさらに含む、項目３に記載のモバイル電子機器用ケース。
項目４に記載のモバイル電子機器用ケースによると、照度や温度が変化しても、その状況下での最大動作点において太陽電池モジュールを発電させることができ、そのときの最大電力を得ることができる。
〔項目５〕
前記給電ユニットは、前記太陽電池モジュールと前記電圧安定回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニットをさらに含む、項目３または４に記載のモバイル電子機器用ケース。
項目５に記載のモバイル電子機器用ケースによると、低照度から高照度までの広範囲にわたり、太陽電池モジュールからの電力を負荷に効率よく供給できる。
〔項目６〕
前記抵抗ユニットは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記複数の抵抗素子の中から１つの抵抗素子を前記太陽電池モジュールの出力電圧に応じて選択し、
前記太陽電池モジュールは、選択された抵抗素子を介して前記電圧安定回路に接続される、項目５に記載のモバイル電子機器用ケース。
項目６に記載のモバイル電子機器用ケースによると、照度に対応した適切な抵抗素子を選択することができるので、照度変化に伴う太陽電池モジュールの出力電圧に変動が生じた場合であっても、太陽電池モジュールからの電力を効率的に供給できる。
〔項目７〕
前記太陽電池モジュールは、色素増感太陽電池モジュールまたは蛍光集光板を用いた太陽電池モジュールである、項目１から６のいずれかに記載のモバイル電子機器用ケース。
項目７に記載のモバイル電子機器用ケースによると、照度が低下しても開放電圧の降下幅が小さい低照度対応太陽電池モジュールを備えるモバイル電子機器用ケースを提供できる。
〔項目８〕
前記太陽電池モジュールからの電力を蓄積し、前記給電ユニットに接続された蓄電池をさらに備える、項目３から７のいずれかに記載のモバイル電子機器用ケース。
項目８に記載のモバイル電子機器用ケースによると、太陽電池モジュールからの電力を効率的に蓄電する蓄電池を備えるモバイル電子機器用ケースを提供できる。
〔項目９〕
表示面を有する筐体と、
前記表示面と反対側の前記筐体の裏面に配置された太陽電池モジュールであって、ＡＭが１．５であり、太陽電池モジュール温度が２５℃であり、光入射方向がセルに直交する条件でソーラーシミュレータを用いて測定した場合、照度と開放電圧との関係において、前記照度が１００ｍＷ／ｃｍ2から１ｍＷ／ｃｍ2に低下したとき、前記開放電圧の電圧降下幅が０．２Ｖ以下であり、前記照度が１ｍＷ／ｃｍ2時の前記開放電圧は０．５５Ｖ以上である特性が得られる太陽電池モジュールと、
を備える、モバイル電子機器。
項目９に記載のモバイル電子機器によると、照度が低下して太陽電池モジュールの出力電圧が低下した場合であっても、モバイル電子機器を操作しながら効率的な発電が可能になるモバイル電子機器を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、太陽電池モジュールを備えた、モバイル電子機器用ケースおよびモバイル電子機器に用いることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１２、３２  基板
１４  透明導電層
３４  対極
１５  光アノード
１６  金属酸化物層
１８ａ  多孔質半導体層
１８  光電変換層
４２  電解質媒体
１００、１００ａ  ＤＳＣ
２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ  モバイル電子機器用ケース
２１０    ホルダー部
２２０    太陽電池モジュール
２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃ  給電ユニット
２４０  電圧安定回路
２４１  ＭＰＰＴ回路
２４２  昇圧回路
２４３  降圧回路
２５０  抵抗ユニット
２５１  コンパレータ
２５２  スイッチ
２５３Ａ、２５３Ｂ  抵抗素子
３００  モバイル電子機器（負荷）
３１０  蓄電池
３００Ａ  表示面
４００  ＤＳＣモジュール
５００  蛍光板集光型太陽電池モジュール
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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