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TWI500203B - Photovoltaic power generation system and power storage device - Google Patents

Photovoltaic power generation system and power storage device Download PDF

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TWI500203B
TWI500203B TW102113847A TW102113847A TWI500203B TW I500203 B TWI500203 B TW I500203B TW 102113847 A TW102113847 A TW 102113847A TW 102113847 A TW102113847 A TW 102113847A TW I500203 B TWI500203 B TW I500203B
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power storage
power
electrode portion
module
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Application number
TW102113847A
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TW201351754A (zh
Inventor
Keiji Suzuki
Koji Suzuki
Tomomichi Naka
Katsuaki Aoki
Akito Sasaki
Original Assignee
Toshiba Kk
Toshiba Materials Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toshiba Kk, Toshiba Materials Co Ltd filed Critical Toshiba Kk
Publication of TW201351754A publication Critical patent/TW201351754A/zh
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Description

光發電系統及蓄電裝置
下述實施形態係大致關於光發電系統及蓄電裝置。
太陽能電池因依據所接收之光之強度而發生輸出變動，故作為單電源之用途係有限制。因而，有人提出具有蓄電性之太陽能電池。
若為具有蓄電性之太陽能電池，則可在停止對太陽能電池照射光之後於一定時間內供給所蓄積之電力。
然而，若為只具有蓄電性之太陽能電池，則與不具備蓄電性之太陽能電池相比，有I-V特性(電流-電壓特性)惡化之虞。又，有在停止對太陽能電池照射光時輸出電壓產生急速下降之虞。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特表2009-135025號公報
本發明所欲解決之問題係提供一種I-V特性優秀，且可抑制停止光照射時輸出電壓下降之光發電系統及蓄電裝置。
實施形態之光發電系統具備：發電模組，其具有至少一個將光能轉換成電力之發電部；及蓄電模組，其具有複數個將藉由上述發電部轉換之電力蓄電之蓄電裝置。上述發電模組與上述蓄電模組係並聯 連接。上述蓄電模組中，複數個上述蓄電裝置係串聯連接。且，上述蓄電裝置之數量多於上述發電部之數量。
1‧‧‧光發電系統
2‧‧‧發電模組
3‧‧‧蓄電模組
4‧‧‧發電部
11‧‧‧蓄電裝置
11a‧‧‧蓄電裝置
12‧‧‧電極部
13‧‧‧電極部
14‧‧‧密封部
15‧‧‧蓄電部
16‧‧‧電解液
17‧‧‧保護部
18‧‧‧還原部
23‧‧‧電極部
23a‧‧‧基板
23b‧‧‧導電部
25‧‧‧蓄電部
25a‧‧‧增感色素
100‧‧‧負荷
201‧‧‧光發電系統
203‧‧‧蓄電模組
L‧‧‧光
圖1係用以例示本實施形態之光發電系統1之模式圖。
圖2係用以例示本實施形態之蓄電裝置11之模式剖視圖。
圖3係用以例示比較例之光發電系統201之模式圖。
圖4係用以例示比較例之光發電系統201之I-V特性之模式圖形。
圖5係用以說明I-V特性惡化之主要原因之模式圖形。
圖6係用以例示比較例之光發電系統201之輸出電壓之變動之模式圖形。
圖7係用以例示本實施形態之光發電系統1之I-V特性之模式圖形。
圖8係用以說明I-V特性改善之主要原因之模式圖形。
圖9係用以例示本實施形態之光發電系統1之輸出電壓之變動之模式圖形。
圖10係用以例示可進行蓄電與發電之蓄電裝置11a之模式剖視圖。
以下，一面參照圖式，一面對實施形態加以例示。另，各圖式中，相同構成要件上標註同一符號而適當省略詳細說明。
圖1係用以例示本實施形態之光發電系統1之模式圖。
圖2係用以例示本實施形態之蓄電裝置11之模式剖視圖。
如圖1所示，本實施形態之光發電系統1中設置有至少具有1個發電部4之發電模組2、及具有複數個蓄電裝置11之蓄電模組3。
發電部4利用光電效應，將太陽光等之光L之能量轉換成電力。
發電部4係例如可為太陽能電池(亦稱為光電池等)等。
將發電部4作為太陽能電池之情形時，對太陽能電池之種類無特別限定。
另，將發電部4作為太陽能電池之情形係將於一片透明基板(玻璃板等)上形成之太陽能電池面板算作一個發電部。
例如，發電部4可為矽系太陽能電池、化合物系太陽能電池、及有機系太陽能電池等。
作為矽系太陽能電池，例如可例示使用結晶矽或非晶矽者。
作為使用結晶矽者，可例示使用單晶矽者(單晶矽型)、使用多晶矽者(多晶矽型)、及使用細微之結晶之矽者(微晶矽型)等。
此外，亦可為將結晶矽與非晶矽積層者(混合型)，或將吸收波長域不同之矽層積層者(多接合型)。
作為化合物系之太陽能電池，例如可例示使用InGaAs(銦、鎵、砷)、GaAs(鎵、砷)、及被稱為黃銅礦系之I-III-VI族化合物等者。
作為有機系之太陽能電池，例如可例示使用有機色素獲得光電之太陽能電池(色素增感太陽能電池)、及使用有機薄膜半導體獲得光電之太陽能電池(有機薄膜太陽能電池)等。
另，發電部4並非限定為所例示者，只要為能利用光電效應，而將太陽光等之光L之能量轉換成電力者即可。
其次，一面參照圖2一面對蓄電裝置11進行例示。
蓄電裝置11對藉由發電部4轉換之電力進行蓄電。
如圖2所示，於蓄電裝置11內設置有電極部12(相當於第1電極部之一例)、電極部13(相當於第2電極部之一例)、密封部14、蓄電部15、電解液16、保護部17、及還原部18。
電極部12係呈板狀，由具有導電性之材料形成。
電極部12可例如由鋁、銅、不鏽鋼等金屬形成。
電極部13係呈板狀，與電極部12對向而設置。
電極部13係由具有導電性之材料形成。
電極部13可例如由鋁、銅、不鏽鋼等金屬形成。
該情形時，可由相同材料形成電極部12與電極部13，又可由不同材料形成電極部12與電極部13。
又，電極部12及電極部13之材料若為具有導電性者，則亦可為具有透光性者。
電極部12及電極部13亦可為例如在具有透光性之板狀體上形成有包含ITO、IZO(Indium Zinc Oxide：氧化銦鋅)、FTO(Fluorine-doped Tin Oxide：氟摻雜氧化錫)、SnO2 、InO3 等之膜者。
另，亦可使電極部12及電極部13之任一者具有透光性，而另一者不具有透光性。
另，設置蓄電部15之側之電極部13為負極側之電極。又，與作為負極側之電極之電極部13對向之電極部12為正極側之電極。
密封部14係設置於電極部12與電極部13之間，將電極部12之周緣部與電極部13之周緣部密封。
即，密封部14係以沿著電極部12與電極部13之周緣而包圍蓄電裝置11之內部之方式設置，且藉由接合電極部12側與電極部13側而將蓄電裝置11之內部密閉。
密封部14可為包含玻璃材料者。
密封部14例如可使用將粉末玻璃、丙烯酸樹脂等黏合劑、及有機溶媒等混合成膏狀之玻璃料而形成。
作為粉末玻璃之材料，例如可例示釩酸鹽系玻璃或氧化鉍系玻璃等。
該情形時，密封部14係可將成膏狀之玻璃料塗佈至密封對象部分，並將其焙燒而形成。且，可藉由加熱密封部14使密封部14熔融而進行密封。例如，可對所形成之密封部14照射雷射光，使密封部14之 被照射雷射光之部分熔融，藉此進行密封。
另，密封部14並非限定為包含玻璃材料者。
例如，密封部14亦可為包含樹脂材料，且接著於電極部12與電極部13之間者。
蓄電部15係設置於密封部14之內側且電極部13之與電極部12對向之側之面。
蓄電部15經由保護部17而設置於電極部13上。
蓄電部15係由具有蓄電性之材料形成。
蓄電部15可為例如由WO3 (氧化鎢)形成者。
蓄電部15可為具有多孔質構造者。
若使蓄電部15為具有多孔質構造者，則可增大其與電解液16之接觸面積。因此，可使對蓄電部15進行之蓄電較容易。
蓄電部15之厚度尺寸可為例如30μm左右。
例如，蓄電部15可為藉由使直徑尺寸為20nm左右之WO3 粒子積層成30μm左右之厚度而形成者。
又，雖然蓄電部15之厚度係若具有蓄電功能則無特別限定，但較好為1μm~100μm。
電解液16係設置於密封部14之內側。
即，電解液16係填充於以電極部12、電極部13、及密封部14所規劃之空間內。
電解液16可為例如包含碘之電解液。電解液16可為例如使碘化鋰與碘溶解於乙腈等之溶媒中者。
保護部17係呈膜狀，設置於蓄電部15與電極部13之間。
保護部17係以覆蓋由密封部14所規劃之電極部13之表面之方式設置。
保護部17係為抑制由電解液16腐蝕電極部13而設置。
因此，保護部17係由具有導電性、及對抗電解液16之耐化學性之材料形成。
保護部17可為例如由碳或白金等形成者。
保護部17之厚度尺寸可為例如100nm左右。
另，在將電極部13由對電解液16具有耐化學性之材料形成之情形時，未必需要設置保護部17。
還原部18係呈膜狀，且以覆蓋由密封部14所規劃之電極部12之表面之方式設置。
還原部18係為還原包含於電解液16之離子而設置。例如，還原部18將電解液16所含之I3 - 離子(三碘離子)還原成I- 離子(碘離子)。
因此，還原部18係由據判有導電性、對抗電解液16之耐化學性、及可還原電解液16所含之離子之材料形成。
還原部18可為例如由碳或白金等形成者。
還原部18之厚度尺寸可為例如80nm左右。
繼而，返回圖1，進而對光發電系統1之構成進行例示。
如圖1所示，在發電模組2內設置複數個發電部4之情形時，複數個發電部4係串聯連接。
又，設置於蓄電模組3之複數個蓄電裝置11係串聯連接。
又，發電模組2與蓄電模組3係並聯連接。
接著，在發電模組2與蓄電模組3並聯連接之光發電系統1中，可連接負荷100。
對發電模組2與蓄電模組3之配置無特別限定。
該情形時，太陽光等之光L只要至少照射至設置於發電模組2之發電部4即可。
因此，如圖1所示，可使發電模組2與蓄電模組3積層，且在被太陽光等之光L照射之側設置發電模組2。藉此，可縮小光發電系統1之 設置面積。
繼而，對光發電系統1之作用進行例示。
若將太陽光等之光L照射至設置於發電模組2之發電部4，則可藉由發電部4將太陽光等之光L之能量轉換成電力。
藉此所轉換之電力之一部分係供給至負荷100而消耗。
又，所轉換之電力之一部分係供給至設置於蓄電模組3之蓄電裝置11。
供給至蓄電裝置11之電力係電化學性地蓄電於蓄電部15。
在停止對發電模組2照射太陽光等之光L之情形時，不再進行利用發電部4進行之光L之能量轉換。
於是，電化學性地蓄電於蓄電部15之電力係供給至負荷100。
因此，即使停止對發電模組2照射太陽光等之光L之情形時，仍可於特定時間內對負荷100供給電力。
此處，在設置有發電模組與蓄電模組之光發電系統中，有I-V特性惡化之虞。此外，有在停止對發電模組照射太陽光等之光L時輸出電壓產生急劇下降之虞。
圖3係用以例示比較例之光發電系統201之模式圖。
如圖3所示，比較例之光發電系統201中設置有具有2個發電部4之發電模組2、及具有2個蓄電裝置11之蓄電模組203。
又，設置於發電模組2之2個發電部4係串聯連接。
又，設置於蓄電模組203之2個蓄電裝置11係串聯連接。
此外，發電模組2與蓄電模組203係並聯連接。
且，在將發電模組2與蓄電模組203並聯連接之光發電系統201中，可連接負荷100。
圖4係用以例示比較例之光發電系統201之I-V特性之模式圖形。
圖4中之A係表示僅為串聯連接有2個發電部4之發電模組2之I-V 特性。
又，圖4中之B係表示將發電模組2與蓄電模組203並聯連接之光發電系統201之I-V特性。
另，A與B係表示將太陽光等之光L照射於發電部4時之I-V特性。
由圖4可知，與僅發電模組2之I-V特性即A相比，比較例之光發電系統201之I-V特性即B較差。
該情形時，I-V特性惡化之主要原因可如以下般加以說明。
圖5係用以說明I-V特性惡化之主要原因之模式圖形。
圖5中之A係表示僅為串聯連接有2個發電部4之發電模組2之I-V特性。
又，圖5中之C1係表示1個蓄電裝置11之I-V特性。
又，圖5中之C2係表示僅為串聯連接有2個蓄電裝置11之蓄電模組203之I-V特性。即，圖5中之C2係附加有兩個C1之情形。
因此，將發電模組2與蓄電模組203並聯連接之光發電系統201之I-V特性即B係附加有圖5中之A與圖5中之C2者。其結果，與僅發電模組2之I-V特性即A相比，比較例之光發電系統201之I-V特性即B較差。
圖6係用以例示比較例之光發電系統201之輸出電壓之變動之模式圖形。
另，圖6係表示將發電模組2與蓄電模組203並聯連接之光發電系統201之輸出電壓之變動。
由圖6可知，於光發電系統201中，在停止對發電模組2照射太陽光等之光L時，發生輸出電壓之急劇下降(△V1)。
圖7係用以例示本實施形態之光發電系統1之I-V特性之模式圖形。
圖7中之A係表示僅為串聯連接有2個發電部4之發電模組2之I-V 特性。
又，圖7中之D係表示將發電模組2與蓄電模組3並聯連接之光發電系統1之I-V特性。
另，A與D係表示對發電部4照射太陽光等之光L時之I-V特性。
由圖7可知，與僅發電模組2之I-V特性即A相比，本實施形態之光發電系統1之I-V特性即D較差。
然而，與圖4所例示之光發電系統201之I-V特性即B相比，可謀求大幅度之改善。
該情形時，I-V特性改善之主要原因可如以下般加以說明。
圖8係用以說明I-V特性改善之主要原因之模式圖形。
圖8中之A係表示僅為串聯連接有2個發電部4之發電模組2之I-V特性。
又，圖8中之C1係表示1個蓄電裝置11之I-V特性。
又，圖8中之C2係表示串聯連接有2個蓄電裝置11之情形之I-V特性。
又，圖8中之C3係表示僅為串聯連接有3個蓄電裝置11之蓄電模組3之I-V特性。即，圖8中之C3係附加有3個C1之情形。
因此，將發電模組2與蓄電模組3並聯連接之光發電系統1之I-V特性即D為附加有圖8中之A與圖8中之C3者。
其結果，與比較例之光發電系統201之I-V特性即B相比，可大幅度地改善本實施形態之光發電系統1之I-V特性即D。
圖9係用以例示本實施形態之光發電系統1之輸出電壓之變動之模式圖形。
由圖9可知，於光發電系統1中，在停止對發電模組2照射太陽光等之光L時，發生輸出電壓之下降(△V2)。
然而，輸出電壓之下降(△V2)係小於圖6所例示之光發電系統201 之輸出電壓之下降(△V1)者。
其理由為，由於與蓄電模組203相比，蓄電模組3所串聯連接之蓄電裝置11之數量多1個，故可提高由蓄電模組3施加之電壓。
如上述說明，在將發電模組2與蓄電模組3並聯連接之情形時，較好為使設置於蓄電模組3之蓄電裝置11之數量多於設置於發電模組2之發電部4之數量。
其次，進而對設置於發電模組2之發電部4之數量n、與設置於蓄電模組3之蓄電裝置11之數量m之關係加以例示。
若於發電模組2中串聯連接n個發電部4，且將以1個發電部4進行發電之電力之電壓設為V，則發電模組2中產生之電壓為n．V。
另一方面，因對蓄電模組3施加n．V之電壓，故若串聯連接有m個蓄電裝置11，則施加於1個蓄電裝置11之電壓為n．V/m。
此處，蓄電裝置11具有上述之電極部12、電極部13、密封部14、蓄電部15、電解液16、及還原部18，且在蓄電部15包含WO3 等之具有蓄電性之材料之情形時，蓄電於蓄電部15時所需之電壓一般低於以發電部4所轉換之電力之電壓。
又，因若將過大之電壓施加至蓄電裝置11，則經由串聯連接之蓄電裝置11而流動之電流變多，故光發電系統1之效率反而惡化。
該情形時，若使設置於蓄電模組3之蓄電裝置11之數量m多於設置於發電模組2之發電部4之數量n(m>n)，則可令施加於蓄電裝置11之電壓(n．V/m)低於V。
即，由於可使施加於蓄電裝置11之電壓低於藉由發電部4所轉換之電力之電壓，故可謀求施加於蓄電裝置11之電壓之適量化。
又，在停止照射太陽光等之光L時，蓄電裝置11之輸出電壓與蓄電於蓄電部15時所需之電壓相等。
因此，較好為使施加於蓄電裝置11之電壓略大於蓄電於蓄電部15 時所需之電壓。
在使設置於蓄電模組3之蓄電裝置11之數量m多於設置於發電模組2之發電部4之數量n(m>n)之情形時，蓄電裝置11之數量m與發電部4之數量n具體如何設置，可考慮圖8所例示之I-V特性、及圖9所例示之輸出電壓之下降而決定。
換言之，施加於蓄電裝置11之電壓較好係低於藉由發電部4所轉換之電力之電壓。存在此種關係之情形時，可不論m>n而發揮蓄電功能。
雖然以上所例示之蓄電裝置11係對發電部4中所轉換之電力進行電化學性地蓄電者，但設置於蓄電模組之蓄電裝置並非限定於此。
例如，亦可為可進行蓄電與發電之蓄電裝置11a。
圖10係用以例示可進行蓄電與發電之蓄電裝置11a之模式剖視圖。
如圖10所示，蓄電裝置11a中設置有電極部12、電極部23、密封部14、蓄電部25、電解液16、及還原部18。
電極部23上設置有基板23a、及導電部23b。
基板23a係呈板狀，與電極部12對向而設置。
基板23a係由具有透光性、及對抗電解液16之耐化學性之材料加以形成。
基板23a可例如使用玻璃等而形成。
導電部23b係成膜狀，設置於基板23a之與電極部12對向之側之主表面。
導電部23b係由具有透光性、導電性、及對抗電解液16之耐化學性之材料加以形成。
導電部23b可例如使用ITO、IZO、FTO、SnO2 、InO3 等形成。
蓄電部25經由導電部23b而設置於基板23a上。
蓄電部25載增感色素25a，且具有蓄電性。
因此，蓄電部25係由具有蓄電性之材料形成。
蓄電部25可為例如由WO3 形成者。
蓄電部25可為具有多孔質構造者。
即，蓄電部25可為具有與上述之蓄電部15相同之構成，且於表面載增感色素25a者。
蓄電部25之厚度尺寸可為例如30μm左右。
例如，蓄電部25可為藉由將直徑尺寸為20nm左右之WO3 粒子積層成30μm左右之厚度而形成者。
增感色素25a係可適當選擇具有期望之光吸收帶、及吸收光譜者。增感色素25a可為例如Ru(釕)系色素等無機色素、及香豆素系色素等有機色素等。
若為如上所述之蓄電裝置11a，則可與上述之蓄電裝置11相同，將發電模組2中所轉換之電力之一部分蓄電於蓄電部25。
又，若將太陽光等之光L照射至蓄電裝置11，則會激發增感色素25a中之電子。經激發之電子經由蓄電部25、導電部23b提取為直流電流。
即，蓄電裝置11a可進行蓄電與發電。
此種可進行蓄電與發電之蓄電裝置11a可取代蓄電裝置11而設置於如上所述之光發電系統1。
該情形時，即使設置蓄電裝置11a，仍可成為I-V特性優秀，且可抑制光照射停止時之輸出電壓之下降之光發電系統。
另，在將可進行蓄電與發電之蓄電裝置11a設置於蓄電模組之情形時，以將太陽光等之光L照射於發電模組與蓄電模組之方式進行配置。
根據如上所述之實施形態，可實現I-V特性優秀，且可抑制光照 射停止時之輸出電壓之下降之光發電系統及蓄電裝置。
以上，雖例示有本發明之數個實施形態，但該等實施形態係作為例子而提示者，並非意欲限定發明之範圍。該等新穎之實施形態可以其他多種形態加以實施，且可在未脫離發明主旨之範圍內，進行多種省略、置換、及變更等。該等實施形態或其變化例包含於發明之範圍或主旨內，且包含於申請專利範圍所揭示之發明與其均等之範圍內。此外，上述各實施形態可彼此組合而加以實施。
1‧‧‧光發電系統
2‧‧‧發電模組
3‧‧‧蓄電模組
4‧‧‧發電部
11‧‧‧蓄電裝置
100‧‧‧負荷
L‧‧‧光

Claims (14)

  1. 一種光發電系統，其包含：發電模組，其具有至少一個將光能轉換成電力之發電部；及蓄電模組，其具有複數個將藉由上述發電部所轉換之電力之一部分予以蓄電之蓄電裝置；且上述發電模組與上述蓄電模組係並聯連接；上述蓄電模組中，複數個上述蓄電裝置係串聯連接；上述蓄電裝置之數量多於上述發電部之數量，以抑制停止光照射時輸出電壓下降。
  2. 如請求項1之光發電系統，其中上述蓄電裝置包含：第1電極部；第2電極部，其係與上述第1電極部對向而設置；密封部，其設置於上述第1電極部與上述第2電極部之間，將上述第1電極部之周緣部與上述第2電極部之周緣部密封；電解液，其設置於上述密封部之內側；及蓄電部，其設置於上述密封部之內側且上述第2電極部之與上述第1電極部對向之側之面上。
  3. 如請求項2之光發電系統，其中上述蓄電部包含氧化鎢。
  4. 如請求項1之光發電系統，其中上述發電模組包含複數個發電部，且複數個上述發電部係串聯連接。
  5. 如請求項1之光發電系統，其中施加於上述蓄電裝置之電壓低於藉由上述發電部轉換之電力之電壓。
  6. 如請求項1之光發電系統，其中積層上述發電模組與上述蓄電模組，且上述發電模組設置於光照射之側。
  7. 如請求項2之光發電系統，其中進而包含載於上述蓄電部之增感色素。
  8. 如請求項7之光發電系統，其中光照射於上述發電模組與上述蓄電模組。
  9. 如請求項2之光發電系統，其中上述蓄電部具有多孔質構造。
  10. 如請求項2之光發電系統，其中上述蓄電部之厚度尺寸為1μm以上100μm以下。
  11. 一種蓄電裝置，其包含：第1電極部；第2電極部，其係與上述第1電極部對向而設置；密封部，其設置於上述第1電極部與上述第2電極部之間，將上述第1電極部之周緣部與上述第2電極部之周緣部密封；電解液，其設置於上述密封部之內側；蓄電部，其設置於上述密封部之內側且上述第2電極部之與上述第1電極部對向之側之面上；及保護部，其設置於上述蓄電部與上述第2電極部之間；且上述蓄電部包含氧化鎢；上述保護部包含碳。
  12. 如請求項11之蓄電裝置，其中上述蓄電部具有多孔質構造，且上述蓄電部之厚度尺寸為1μm以上100μm以下。
  13. 一種光發電系統，其包含：發電模組，其具有至少一個將光能轉換成電力之發電部；及蓄電模組，其具有複數個將藉由上述發電部所轉換之電力之一部分予以蓄電之蓄電裝置；且上述發電模組與上述蓄電模組係並聯連接；上述蓄電模組中，複數個上述蓄電裝置係串聯連接； 施加於上述蓄電裝置之電壓低於藉由上述發電部轉換之電力之電壓，以抑制停止光照射時輸出電壓下降。
  14. 如請求項13之光發電系統，其中上述蓄電裝置包含蓄電部，上述蓄電部包含氧化鎢，上述蓄電部具有多孔質構造，且上述蓄電部之厚度尺寸為1μm以上100μm以下。
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