JPH01262673A

JPH01262673A - 光二次電池

Info

Publication number: JPH01262673A
Application number: JP63092026A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Kanbara; 神原　輝寿; Kazunori Takada; 和典高田; Tadashi Tonomura; 正外邨; Shigeo Kondo; 繁雄近藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-04-14
Filing date: 1988-04-14
Publication date: 1989-10-19
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JP2713419B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光起電圧を発生する太陽電池と通常の二次電
池の機能をあわせ持ち、特に各種電力消費装置駆動用の
無停電電源としての機能を有する光二次電池に関する。

従来の技術太陽エネルギーを電力として蓄えることにより昼夜の区
別なく電力源として使用できる電源装置はこれまで数多
く提案されている（金子正夫著エレクトロニクス　Ｐ９
７−１０４、昭和５９）。

しかしながら現在実用化されているものは、太陽電池で
発生した電力を二次電池で貯蔵し、これを夜閏利用しよ
うとする二装置一体型であるが、この方式のものは発電
部分と充電部分とが各々独立しているため、装置構成は
複雑で大きいものと成っていた。

これに対して発明者等は、単一素子で光起電圧を発生す
る太陽電池と通常の二次電池の機能をあわせ持つ光二次
電池を提案した（特願昭６ｌ−９２７１１）。

発明が解決しようとする課題しかしながら前記光二次電池では、光起電圧発生部分と
二次電池部分が電気回路的には並列接続されていたため
、二次電池部分が充分充電されていない時光照射により
光起電圧発生部分で生じた電力はそのほとんどが二次電
池部分の充電に使われる。このためこれに並列接続され
た外部負荷を流れる電流は、光照射開始直後では極めて
小さいものであった。

課題を解決するための手段半導体電極と電池活物質電極とで、Ｐ−Ｎ接合型あるい
はＰ−Ｉ−Ｎ接合型あるいはショットキー接合型あるい
はＭＩＳ型光起電圧素子を形成し、光照射時には半導体
電極とＨ記第二の電池活物質電極の間に外部負荷を接続
することによりこれを駆動し、かつ同時に前記第１の電
池活物質電極、固体電解質、第２の電池活物質電極によ
り構成された二次電池部分を充電し、また光照射のない
時は第１の電池活物質電極と第２の電池活物質電極の間
に外部負荷を接続することによりこれを駆動する構造に
する。

作用上述のような光二次電池の構造にすると、光照射時には
、外部負荷と二次電池部分とは回路的には直列接続とな
る。そのため、光照射により光起電圧発生部分で生じた
電力は全て外部負荷を通ることに成り、従来例で述べた
問題は起こらないものとなる。

実施例（実施例１）第１図は、本発明の実施例である光二次電池の構造を示
す断面図である。大きさ２０Ｘ２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの
ガラス基体１の上に■ｎ２０３と５ｎ０２の化合物より
なるＩＴＯを３ｍｍ薫蒸し一方を透明型ＦＪｉ２、他方
を集電電極８及び１ｏとした。

つぎに前記透明電極２の上にアモルファスシリコンＮ３
をＣＶＤ法により厚さ０．０４μｍ形成した後、不純物
としてＢをドープしＰ型半導体特性を与えた。さらに連
続して前記ＣＶＤ法により■型アモルフ７スシリコン層
４を０．４μｍ形成する。ひきつずき前記■型アモルフ
ァスシリコン層および集電電極１０に接続するように真
空加熱蒸着法により金属銅Ｎ５を１０μｍ形成した。つ
ぎに、前記透明電極２と同時に形成した集電電極８上に
、ＲＦスパッタ法によりＣｕ２Ｍ０ｓＳ７．ｓで表され
る銅シュブレル化合物Ｎ７を１０１１ｍ形成し、最後に
前記真空加熱蒸着法によりＲｂ　Ｃｕ　ａ　Ｉ　１．７
５ＣＩ　３．２５で表される固体電解質層６を１μｍ形
成し、エポキシ樹脂９により全体をコートし本実施例の
電池へとした。このようにして作成した電池Ａの動作機
構を以下説明する。本実施例の電池に於て、特許請求の
範囲第一項に記載した半導体電極は、Ｐ−■接合型アモ
ルファスシリコンであり、第１の電池活物質電極は金属
鋼層５であり、第２の電池活物質電極は銅シュブレルＮ
７である。金属鋼はアモルファスシリコンより小さい仕
事関数を有するため前記Ｐ−１アモルファスシリコンと
金属鋼との接合面に光を照射すると光起電圧が発生し、
金属銅が負、Ｐ型アモルファスシリコンが正の電圧とな
る。そこで前記ＩＴＯ電極２と集電電極８の間に外部負
荷を接続すると、これを駆動しつつ同時に金属鋼と固体
電解質とシェプレル電極とにより形成された二次電池は
充電されることになる。

また夜間等の光照射の行なわれないときには、集電電極
８及び１０の間に外部負荷を接続し、光照射の際充電さ
れた電力を使用することにより昼夜を問わない無停電電
源として用いることができる。

比較例として、光起電圧発生部分と二次電池部分とが電
気回路的に並列接続された電池を作成した。その断面図
を第２図に示す。大きさ２０×２０Ｉ１ｍ１、厚さ１ｍ
ｍのガラス基体１１の上にＩＴＯをコの字型に蒸着し一
方の端を透明電極１２、他方を負極集電電極１３とし、
また同時に正極集電電極１４も作成した。つぎに前記透
明電極１２の上にＣｄ５Ｊｉ１５を真空加熱蒸着法によ
り厚さ１０μｍ形成した。さらに連続して前記真空加熱
蒸着法によりＣｕ２Ｓ層１６を前記ＣｄＳ！１５および
正極集電電極１４に接続するように１０μｍ形成した。

ひきつずき前記透明電極１２と同時に形成した集電電極
１７上に真空加熱蒸着法により金属銅Ｎ１７を１０μｍ
形成した。最後に前記真空加熱蒸着法によりＲｂＣＩＪ
ａ　Ｉ１、７６ＣＩ３．２５で表される固体電解質Ｆｉ
’１８を１μｍ形成し、エポキシ樹脂１９により全体を
コートし比較例の電池Ｂとした。

以上の方法により作成した電池Ａ、　　Ｂに対し以下に
述べる試験を行なった。まず外部負荷として１０にΩの
固定抵抗を用い、これを電池Ａでは光照射時には端子２
と１０、光遮断時には端子８と１０に、また電池Ｂでは
端子１３と１４に接続し、光を断続的に照射しながら外
部負荷に流れるを測定した。その結果を第３図に示す。

縦軸は外部負荷に流れる電流値を示し、横軸は経過時間
を示している。なお光源には白色蛍光灯１０００ルクス
を使用し、２時閏の周期で照射と無照射を繰り返した。

第３図を見ると明らかなように、比較例の電池Ｂでは光
照射と無照射の切り替の際の外部負荷に流れる電流の上
下動が非常に大きいのに較べ、本実施例の電池Ａでは、
この変動が小さく、従来例の問題点はこれにより解決さ
れたということができる。

（実施例２）実施例１の電池Ａ及び比較例の電池Ｂにおける銅シュブ
レル化合物Ｃｕ２Ｍ０ｅｓ７日の代りに銀シュブレル化
合物Ａ　ｇ　２Ｍ　Ｏ６Ｓｓ、また固体電解質としてＲ
ｂ　Ｃｕ　ａ　Ｉ　１．７５ｃ　ｌ　３２５の代りにＲ
ｂ　Ａ　ｇ　ａｒ５、金属鋼の代りに金属銀を用いた以
外は電池構成及び作成法が同一である実施例の電池にれ
に対し、実施例１と同一の性能評価試験を行なった。

その結果を第４図に示す。これを見ると分かるように、
本実施例の電池Ｃも無停電電源としての機能を充分束た
している。

（実施例３）光起電圧発生部分の構造として、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ　
　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ　　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄＩＪ　Ｃｔ
　ｏ　ｒ　　メタル　インシュレーター　セミコンダク
ター）型光起電圧発生構造を有する電池りを作成した。

電池構成及び作成法は電池Ａと同一であるが、ＭＩＳ型
構造とするため第１図における１−型アモルファスシリ
コン層４と金属鋼層５の間にＣｕ２Ｏて表される金属酸
化物紙＆ＩＮを５ｎｍの膜厚で形成している。この金属
酸化物絶縁層の形成方法は、酸素圧力１．５Ｘ１０−２
ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で金属鋼を加熱蒸着法すること
により行なった。これに対し、実施例１と同一の性能評
価試験を行なった。その結果を第５図に示す。

本実施例３の電池りも上記実施例１の電池Ａと同等の性
能を有することが分かる。

（実施例４）本実施例では、Ｎ　−Ｐ　ＦＲ合型半導体電極のＰ面に
第１の電池活物質電極を接合した電池Ｅを作成した。

第６図は、本発明の実施例である電池の構造を示す断面
図である。大きさ１０１００Ｘ１００゜厚さ１ｍｍのガ
ラス基体２０の上にＩｎ、Ａｇ、カーボンよりなる電極
材料をクシ型に３箇所スクリーン印刷し一方を半導体用
電極２Ｌ　他方を正極用集電電極２２及び負極用集電電
極２３とした。

つぎに上記半導体用電極２１と接触部分を持つようにＮ
型Ｃｄ５層２４をスクリーン印刷した後赤外線乾燥炉内
で１２０℃の温度で乾燥厚さ２５１１ｍの薄膜とした。

次ぎにこの上に上記スクリーン印刷法によりＣｕ　２　
Ｓ　Ｊｉｊ’　２５を５０μｍ形成した後、上記赤外線
乾燥炉内で１２０℃の温度で乾燥した。

さらにこの上に正極集電電極２２に接触するようにＣｕ
２Ｍｏ５Ｓ７．８で表される銅シュブレル化合物層をス
クリーン印刷法により１１００Ｊ１形成、第一の電池活
物質電極とし、これと同時に負極集電電極２３上にも上
記鋼シュブレル化合物Ｃｕ２Ｍ。

ａｓ７．ｓＦｉ’２７を１００７１ｍ形成し第二の電池
活物質電極とした。その後、窒素雰囲気中６５０℃で焼
成下。最後にＲｂ　Ｃｕ　ａ　Ｉ　＋、？ＳＣ１３，２
５で表される固体電解質！２８を上記スクリーン印刷法
により５０μｍ形成した後、全体を乾燥窒素雰囲気中１
３０℃でアニールし、最後に、エポキシ樹脂２９により
全体をコートし本実施例の電池Ｆとした。

これに対し、実施例１と同一の性能評価試験を行なった
。但し、負荷抵抗はｌｋΩを用いた。その結果を第７図
に示す、これを見ると分かるように本実施例の電池Ｅは
上述の実施例の電池より、より大きい電力を必要とする
電気機器の無停電電源としての機能を有すると言うこと
ができる。

（実施例５）本実施例ではＰ型半導体電極とＮ型半導体特性を有する
電池活物質電極との接合により、光起電圧発生構造を有
する電池Ｆを作成した。

第８図は、本発明の実施例である全固体光発電二次電池
の構造を示す断面図である。大きさ２０ｘ２ｏｍｍ、厚
さ１ｍｍのガラス基体３０の上にＩＴＯを３箇所に蒸着
し一方を透明電極３１、他方を正極集電電極３２及び負
極集電電極３３とした。つぎに上記透明電極３１の上に
半導体電極層３４としてＰ型ＣｕＴｎＳｅ２をＲＦスパ
ッタ法により０．０５７ｚｍ形成、さらにこの上にＮ型
Ｃｕ１．６Ｓで表される第１の電池活物質電極層３５を
真空加熱蒸着法により１０μｍ形成した。つぎに、上記
正極集電電極３２上に、ＲＦスパッタ法によりＣｕ２Ｍ
ｏ５Ｓ７．ｓで表される鋼シュブレル化合物Ｆｊ３Ｂを
１０μｍ形成し、最後に上記真空加熱蒸着法によりＲｂ
　Ｃｕ　４１　＋、ｖｓＣｌ　ｚ、２５で表される固体
電解質層３７を１０μｍ形成し、エポキシ樹脂３８によ
り全体をコートし本実施例の電池Ｆとした。なお３９は
上記透明電極作成時に同時に作成したＩＴＯよりなる正
極リード端子であり、上記第一の電池活物質電極３５と
電気的に接触させたものである。これに対し、実施例１
と同一の性能評価試験を行なった。その結果を第９図に
示す。

これを見ると分かるように本実施例の電池Ｇも無停電電
源としての機能を充分果たしていると言うことができる
。

発明の効果以上のように本発明の光二次電池の構造にすると、光照
射時には、外部負荷と二次電池部分とは回路的には直列
接続となり、光照射により光起電圧発生部分で生じた電
力は全て外部負荷を通るこので、光照射時においても外
部負荷に大きい電流を流せる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の電池Ａの構造図、第２図は
同実施例１の比較例の電池Ｂの構造図、第３図は同実施
例１の特性図、第４図は本発明の実施例２の特性図、第
５図は本発明の実施例３の特性図、第６図は本発明の実
施例４の構造図、第７図は同実施例４の特性図、第８図
は本発明の実施例５の構造図、第９図は同実施例の特性
図である。１・・・ガラス基体、２・・・透明電極、３・・・Ｐ型
アモルファスシリコン層、４・・・■型アモルファスシ
リコン層、５・・・金属鋼層、６・・・固体電解質層、
７・・・銅シュブレル化合物層、８・・・集電電極、９
・・・エポキシ樹脂、１０・・・集電電極、１１・・・
ガラス基体、１２・・・透明電極、１３・・・負極集電
電極、１４・・・正極集電電極、１５・・・ＣｄＳ層、
１６・・・Ｃｕ２Ｓ、１７・・・金属鋼、１８・・・固
体電解質層、１９・・・エポキシ樹脂、２０・・・ガラ
ス基体、２１・・・半導体用電極、２２・・・正極集電
電極、２３・・・負極集電電極、２４・・・Ｃｄ５１２
５・◆φＣｕ２Ｓ１２６・・・銅シュブレル化合物層、
２７・・・鋼シュブレル化合物層、２８・・・固体電解
質層、２９・・・エポキシ樹脂、３０・・・ガラス基体
、３１・・・透明電極、３２・・・正極集電電極、３３
・・・負極集電電極、３４・・・ＣｕＩｎＳｅ２層、３
５・・・Ｃｕ２Ｓ、３６・・・銅シュブレル化合物層、
３７・・・固体電解質層、３８・・・ボキシ樹脂。代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図第２図エポキシ樹脂１Ｐ邊明ｔヰ王と第３図経通祷間（眸間ジ第４図経ｉ蒔閏（鉾聞）第５図経過時閉（時間う列　６　図　　　　　　　　　　　２７二メ千テ財陥２
Ｉ＋糞体用電極第７図柾　遁→　１ｖＩ（４間）第　９　図経　通　４　間　（鉾聞）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体電極、第１の電池活物質電極、固体電解質
の積層物と前記積層物と前記固体電解質を介して電気的
通路を有する第２の電池活物質電極を基板状に設け、前
記半導体電極、第１の電池活物質電極、第２の電池活物
質電極よりそれぞれ第１、第２、第３のリード端子を設
け、前記半導体電極に光を照射することにより前記半導
体電極と前記第１の電池活物質電極との間に光起電圧を
発生し、光照射時には前記第１のリード端子と前記第２
のリード端子の間に外部負荷を電気的に接続することに
より外部負荷を駆動し、かつ同時に前記第１の電池活物
質電極、固体電解質、第２の電池活物質電極により構成
された二次電池部分を充電し、また光照射のない時は前
記第２のリード端子と前記第２のリード端子の間に外部
負荷を電気的に接続することにより外部負荷を駆動する
ことを特徴とする光二次電池。
（２）半導体電極と第１の電池活物質電極の間に電気絶
縁物質層を形成したことを特徴とする請求項１記載の光
二次電池。
（３）半導体電極はＰ−ＮまたはＰ−Ｉ−Ｎ接合型であ
り、前記半導体電極のＮ型面と第１の電池活物質電極と
を接合させ、かつ前記第１の電池活物質電極は電子イオ
ン混合導電体あるいは前記半導体電極のＮ面より小さい
仕事関数を有する金属よりなることを特徴とする請求項
１記載の光二次電池。
（４）半導体電極はＮ−ＰまたはＮ−Ｉ−Ｐ接合型であ
り、前記半導体電極のＰ型面と第１の電池活物質電極と
を接合させ、かつ前記第１の電池活物質電極は電子イオ
ン混合導電体あるいは前記半導体電極のＰ面より大きい
仕事関数を有する金属よりなることを特徴とする請求項
１記載の光二次電池。
（５）半導体電極はＰ型またはＰ−Ｉ接合型であり、第
１の電池活物質電極はＮ型半導体特性を有する電子イオ
ン混合導電体あるいは前記半導体電極材料より小さい仕
事関数を有する金属よりなることを特徴とする請求項１
または２記載の光二次電池。
（６）半導体電極はＮ型またはＮ−Ｉ接合型であり、第
１の電池活物質電極はＰ型半導体特性を有する電子イオ
ン混合導電体あるいは前記半導体電極材料より大きい仕
事関数を有する金属よりなることを特徴とする請求項１
または２記載の光二次電池。
（７）固体電解質は銅イオン導電性固体電解質であり、
第１の電池活物質電極または第二の電池活物質電極の少
なくとも一方が銅シュブレル化合物を主体としてなるこ
とを特徴とする請求項１、２３または４記載の光二次電
池。
（８）固体電解質は銀イオン導電性固体電解質であり、
第１の電池活物質電極または第二の電池活物質電極の少
なくとも一方が銀シュブレル化合物を主体としてなるこ
とを特徴とする請求項１、２、３または４記載の発電二
次電池。