电源装置制造方法及图纸

本发明专利技术具有输出特性不同的多个电池的输出由公共的端子输出、并且极力抑制电池间的连接而导致的能量效率降低的构造的电源装置。输出电压和输出电流都不同的多个电池（１０ａ－１０ｃ）的输出被调节为相互同一的输出电压后，满足并联关系，从端子（４、５）输出。因各电池的输出为并联输出，所以不象串联那样，出现输出电流小的电池限制整个电源的输出电流的问题。再者，因为是在调节为同一的输出电压后进行连接，所以不产生逆流等的问题。在应用于串联式太阳能电池时，各个串联光电转换元件分配光吸收波长特性，以便最大效率利用太阳光，即使在太阳光的波长分布大大偏离标准分布时，也不降低光电能转换效率。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由太阳能电池(光电转换装置)和化学电池等电池构成的电源装置。
技术介绍
作为代替化石燃料的能源，利用太阳光的太阳能电池倍受注目，进行了各种研究。太阳能电池是一种将光能转换为电能的光电转换装置。在现在最为普及的利用半导体的pn结或不同材料的异质连接的太阳能电池中，吸收例如入射到pn结的光子中的带有比半导体的带隙能量大的能量的光子，价带的电子被激发到导带上，同时在价带中产生空穴。这样的半导体内产生的电子-空穴对，利用形成在pn结的内部电场，电子往n型半导体层的方向移动，空穴往p型半导体层的方向移动，产生电动势。另一方面，作为利用新原理的太阳能电池，人们公知的有应用了光诱导电子移动的湿式太阳能电池。图9A是湿式太阳能电池一例的概要截面图。该湿式太阳能电池主要由玻璃等的透明基板11、ITO(Indium Tin Oxide)等的透明电极12、二氧化钛TiO2等的半导体层14、对置电极17、保持在半导体层14和对置电极17之间的电解质层16、基板19等构成。在半导体层14的电解质层16侧表面上，还吸附有由钌络合物构成的光敏色素等的、在可见光区域附近具有吸收光谱的光吸收物质15。图9A的装置若有光入射，则对置电极17为正极、透明电极12为负极的电池工作。其原理如下所述。光吸收物质15吸收入射到半导体层14的光子的话，光吸收物质15中的电子由基态被激发到激发态。因在光吸收物质15和半导体层14之间形成羧基等的电结合，所以激发态的电子迅速移动到半导体层14的导带上，通过半导体层14到达透明电极12。另一方面，光吸收物质15失去电子而产生的阳离子，从电解质层16的阴离子得到电子，进行电中和。失去电子的阴离子通过扩散到达对置电极17，从对置电极17得到电子。无论上述哪一种太阳能电池，其最为重要的特性之一是将光能转换为电能的能量的转换效率。在提高该转换效率方面，存在较大的问题。1个光子带有的能量，和光的振动频率成正比，和光的波长成反比。因太阳光等的普通光含有各种波长的光，所以普通光是带有各种能量的光子的集合。与此不同的是，物质中的电子只能得到量子力学决定的、其物质固有的几个能量状态。由此，处于基态的电子和处于激发态的电子的能量差，即，电子从基态激发到激发态所需的能量也作为该物质固有的值是固定的(以下将该能量称为“激发能量Ex”，将带有与此相同能量的光子的波长记为λx)。在利用pn结的太阳能电池中，价带(基态)和导带(激发态)的能量差，即，带隙能量是激发能量Ex。在湿式太阳能电池中，光吸收物质的基态和激发态的能量差为激发能量Ex。图8是表示在均匀含有可见光附近的全部波长的光的光入射到太阳能电池时，光能转换为电能的比例的曲线示意图。波长比λx长的、光子的能量未满激发能量Ex的光，因不能激发电子，所以不被吸收，该能量不转换为电能。即，波长比λx长的光能不能利用而浪费掉(图8的斜线部分(I))。相反，波长比λx短、光子能量大于激发能量Ex的光即使被吸收，但电子获得的能量也不超过Ex。即，即使利用带有超过Ex的强能量的光进行激发，但超过Ex的能量也转换为热能而浪费掉(图8的斜线部分(II))。若将Ex减小的话，则斜线部分(I)的浪费变小，而斜线部分(II)的浪费增大。若将EX增大，则斜线部分(II)的浪费变小，而斜线部分(I)的浪费增大。这样，斜线部分(I)和(II)所示的不能利用的能量处于一方减小，则另一方增大的相悖的关系。图9B是表示图9A的湿式太阳能电池的太阳光的能量转换为电能的比例的示意曲线图。从太阳照射到地球上的光具有图9B所示的波长分布。在仅用单一的光吸收物质的太阳能电池中，因为上述的相悖的关系，即使按照未满激发能量的浪费能量和超过激发能量的浪费能量的总和为最小来选择激发能量Ex，能量转换效率的最大值也不能超过约33％。为了克服这样的相悖的关系，实现更高的能量转换效率，人们提出了串联式的太阳能电池，它是将带有不同的光吸收波长特性(即，不同的Ex)的多个光电转换元件层叠在透光方向上层叠的电池(日本特许公开公报平11-273753号、日本特许公开公报2000-90989号、日本特许公开公报2000-100483号等，以下将串联式太阳能电池中层叠的各光电转换元件称为串联式光电转换元件)。在串联式太阳能电池中，用前级的串联光电转换元件不能吸收的波长的光，能够用后级的串联光电转换元件吸收，能够提高光的吸收效率，进一步提高能量转换效率。图10A是利用湿式太阳能电池的串联式太阳能电池10的一例的截面示意图。从离入射光近的一侧开始，以10a、10b和10c的顺序依次将3个串联式光电转换元件层叠。各串联式光电转换元件具有和图9A所示的单层的湿式太阳电池近似一样的构成。例如，串联光电转换元件10a由玻璃基板11、透明电极12a、半导体层14a、光吸收物质15a、电解质层16a、对置电极17a和隔层20(相当于基板19)构成。但是，为了让没被光吸收物质15a吸收的光透过到下一个串联式光电转换元件，对置电极17a和隔层20是由光容易透过的材质和构造构成。为了以高的转换效率将宽波长范围的光进行光电转换，各串联式光电转换元件的光吸收物质15a-15c的吸收波长最好是相互不同，离光的入射方向越远的层的光吸收物质，其吸收越长波长的光。例如，作为光吸收物质15a，可用蒽醌类黄色素，作为光吸收物质15b，可用蒽醌类洋红色素，作为光吸收物质15c，可用蒽醌类蓝绿色色素等。为了使光吸收物质的电子所吸收的激发能量尽量不浪费，作为半导体层的导带电子的能量加以保存，作为电池电动势输出，半导体层14a-14c也最好配合光吸收物质15a-15c进行优化。即，相对于各光吸收物质15a-15c，分别组合带有尽量接近其激发能量的带隙能量的半导体。例如，对于吸收波长短的光的、激发能量大的光吸收物质，组合氧化锆ZrO2以代替二氧化钛TiO2；对于吸收波长长的光、激发能量小的光吸收物质，可组合氧化锡SnO2。图10B是表示这样构造的串联式太阳能电池的太阳光的能量转换为电能的比例的曲线示意图。和图9B相比，发现利用串联式太阳能电池可以利用单层的太阳能电池丢弃的太阳光的长波长的成分，同时，还提高了短波长成分的能量转换效率。在串联式太阳能电池中，大多是分割各元件吸收的波长范围，将层叠的各串联式光电转换元件的电输出串联，使各元件的输出电流相互相同。利用该方式，即使对成为标准的太阳光的波长分布进行设定，使从各个元件输出的输出电流相同，但是，在夏季和冬季、白天和早晚等，太阳光的波长分布较大偏离标准的分布的情况下，从层叠的各个元件中输出的输出电流产生大偏差。若将该状态的各个元件串联的话，因光量不足，而输出电流小的元件会使整个电池的内阻增大，出现限制输出电流的问题。而当将各个串联式光电转换元件并联时，因各个元件的输出电压不同，输出最大电压的元件的电能在除此以外的元件中产生逆流，出现称为一部分丧失的问题。其他的问题是使各个串联式光电转换元件输出的输出电流等同的波长分割模式，与最大效率利用太阳光的波长分割模式通常不一致。利用上述方式，称为串联的输出的方式限制了每个串联光电转换元件所分配的光吸收波长特性，妨碍最大效率利用太阳光。本专利技术是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
电源装置，其特征在于，具有输出特性不同的多个电池相互并行配置，将上述多个电池的各输出调节到相互同一的电压，而这些输出由公共的端子输出的构造。

【技术特征摘要】
JP 2002-5-14 138211/20021.电源装置，其特征在于，具有输出特性不同的多个电池相互并行配置，将上述多个电池的各输出调节到相互同一的电压，而这些输出由公共的端子输出的构造。2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，上述多个电池分别通过电压调整电路相互并联。3.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，从上述多个电池的各输出被暂时存储在电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：榎本正，本多俊夫，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]