JPS58107687A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS58107687A
JPS58107687A JP56206472A JP20647281A JPS58107687A JP S58107687 A JPS58107687 A JP S58107687A JP 56206472 A JP56206472 A JP 56206472A JP 20647281 A JP20647281 A JP 20647281A JP S58107687 A JPS58107687 A JP S58107687A
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semiconductor
redox
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semiconductor device
light
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JP56206472A
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Kenkichirou Kobayashi
健吉郎 小林
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to flatten the output and to store electric power, by providing a redox system which is provided with a storage effect only by an area on which light is irradiated so as to form a unitary body with a solar battery. CONSTITUTION:A non-single crystal semiconductor 12 including a PIN junction is provided. A redox 1 is arranged so as to contact with an N or P layer 16 of the semiconductor. An opposing electrode 28 is further provided. Incident light 10 is inputted into the side of a light transmitting substrate 30. This is different from semiconductor electrode reaction using a conventional redox. Electrons or holes generated in said semiconductor 12 are imparted to an interface 9 with the redox 1, and the redox reaction is yielded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光照射により電子およびホールを発生する光電
変換装置とレドックス(還元−酸化反応用溶液)とを一
体化せしめることにより、出力の平たん化と電力の貯蔵
、さらに夜間の電力使用等を行なわしめんとするもので
ある。
Detailed Description of the Invention The present invention integrates a photoelectric conversion device that generates electrons and holes through light irradiation with a redox (reduction-oxidation reaction solution), thereby flattening output, storing power, Furthermore, it is intended to reduce the use of electricity at night.

従来光電変換装置特に太陽電池においては、光照射によ
って光起電力を発生させることができる。しかしこの太
陽電池は太陽光の照射されている時のみ、その照射強度
に比例して出力が出るため、晴、雲り等で出力の変動が
大きい。
Conventional photoelectric conversion devices, particularly solar cells, can generate photovoltaic force by irradiation with light. However, this solar cell produces output only when it is irradiated with sunlight and is proportional to the irradiation intensity, so the output fluctuates greatly depending on whether it is sunny or cloudy.

一般家庭の屋根に設けた場合、夜間照明を行なう際に光
起電力が出ない等の欠点があり、民生用の実用化には大
きな問題であった。
When installed on the roof of a general household, there are drawbacks such as no photovoltaic power being generated when illuminating at night, which is a major problem for practical use in civilian use.

これらを補なうため二次電池を用いる方法が知られてい
る。しかし二次電池は価格が高く新たに設置場所を必要
とする等の大きな欠点を有していた。
A method of using a secondary battery to compensate for these problems is known. However, secondary batteries have major drawbacks, such as being expensive and requiring a new installation location.

本発明はこれらの欠点を補ない、光照射がされる面積の
みでこの太陽電池に一体化して蓄電効果を有するレドッ
クス系を設けることを特徴としている。
The present invention compensates for these drawbacks and is characterized by providing a redox system that is integrated with the solar cell and has a power storage effect only in the area that is irradiated with light.

すなわち例えば透光性基板であるガラスを通過する光を
PIN接合を有する第1の半導体により光起電力を発生
せしめる。この一方の表面に設けられたPまたはN層を
ガラスと半導体との間に設けられたITO、ITOおよ
び酸化スズの多層膜その他の透光性導電膜により外部に
とり出す。他方裏面に設けられたNまたはP層はレドッ
クスと接し、このレドックスに電子またはホールを提供
する。そしてこのレドックスを電荷の関係において、 Rn+→R(n+α)+・・・(1) Qn+→Q(n−β)+・・・(2) と電荷数を変化せしめ、かく膜で隔離された一方はn価
をn+α価に増加せしめ、他方はm価をm−β価に減少
せしめることにより、電気エネルギとして蓄積させんと
するものである。特にR=Q n=m=2 α=β=1 とするレドックスが実用上好ましいものである。
That is, for example, light passing through glass, which is a light-transmitting substrate, is caused to generate a photovoltaic force by a first semiconductor having a PIN junction. The P or N layer provided on one surface is taken out to the outside through ITO, a multilayer film of ITO and tin oxide, or other transparent conductive film provided between the glass and the semiconductor. On the other hand, the N or P layer provided on the back side contacts the redox and provides electrons or holes to the redox. Then, in terms of the charge relationship of this redox, the number of charges is changed as follows: Rn+→R(n+α)+...(1) Qn+→Q(n-β)+...(2) One is to increase the n valence to n+α valence, and the other is to decrease the m valence to m−β valence, thereby storing it as electrical energy. In particular, redox in which R=Q n=m=2 α=β=1 is practically preferable.

例えば Fe(ビピリジン)■(C104)■(単にFBPとい
う)Fe(フェナンスロリン)■、(C10)■Ru(
ビピリジン)■、(C104)■(単にRBPという)
Ru(フェナンスロリン)■、(C104)■が好まし
い。特に物性的にはRBPがすぐれているが、低価格で
あり無毒性のFBPが実用上好ましいものであった。
For example, Fe (bipyridine) (C104) (simply referred to as FBP), Fe (phenanthroline) (C10), Ru (
bipyridine)■, (C104)■ (simply referred to as RBP)
Ru (phenanthroline) (2) and (C104) (2) are preferred. In particular, RBP has excellent physical properties, but FBP, which is inexpensive and non-toxic, is preferred from a practical standpoint.

またこのレドックスの溶媒として、プリビレンカーボネ
イト(以下単にPPKと いう)またはアセトニトリル(CH3−CN)が無水物
すなわち電極反応が少なく安定な無毒な溶媒の代表的な
ものである。
Further, as a solvent for this redox, pribilene carbonate (hereinafter simply referred to as PPK) or acetonitrile (CH3-CN) is representative of anhydride, that is, a stable non-toxic solvent with little electrode reaction.

もちろん本発明のPIN接合を用いた半導体を電極とし
て用いた系におけるレドックスとして水、クロム浴液ま
た前記した鉄浴液とクロム溶液との混合液等を用いても
よい。
Of course, water, a chromium bath solution, a mixture of the above-mentioned iron bath solution and chromium solution, etc. may be used as the redox in a system using a semiconductor as an electrode using the PIN junction of the present invention.

特に水を用いる場合、半導体がレドックスにN層を接し
ている例として水素を発生し、またホールをもらうまた
は電子を放出するP層側では酸素が放出される。このた
めPIN接合を有する非単結晶半導体特にアモルファス
またはセミアモルファス半導体を用いた光電変換装置と
一体化して、酸素と水素とを分離発生させることができ
た。
In particular, when water is used, hydrogen is generated as an example of a semiconductor having an N layer in contact with redox, and oxygen is released on the P layer side which receives holes or emits electrons. Therefore, it was possible to separate and generate oxygen and hydrogen by integrating it with a photoelectric conversion device using a non-single crystal semiconductor having a PIN junction, particularly an amorphous or semi-amorphous semiconductor.

また本発明においては、従来より知られた白金−酸化チ
タン半導体電極系を用いたレドックス系に比べて大きな
違いを有する。すなわち酸化チタンはエネルギバンド巾
が約4eVを有するため、照射光のうち紫外線のみが有
効に電子・ホール対を作り分離することができる。この
ため太陽光等の500nmを中心とする連続光に対して
はきわめて効率が低い。このため本発明においてはEg
(エネルギバンド巾)を1.0〜2.5eV特に照射光
で電子・ホールを発生させるのに、Eg=1.5〜1.
8e■を有する非単結晶の珪素を用いたことを他の特徴
としている。すなわちこの珪素特にアモルファスまたは
セミアモルファス珪素においては、光特に太陽光に対し
3500〜5000Aの短波長の光吸収係数が単結晶珪
素に比べて10〜30倍も大きく、このため本発明のP
IN接合におけるI層(真性または実質的に真性の導電
型)の厚さを0.3〜1μ代表的には0.5μでよく、
さらにPまたはN層に対しては、SixC1−x(0≦
x≦1)特にx=0.2〜0.7の光学的エネルギバン
ド巾を1.8〜2.8eVとI層の1.0〜1.9eV
代表的には1.7〜1.8eVに比べ広く設けておくこ
とができる。このためこのPまたはN層は50〜500
Aときわめてうすくさせてもよく、そのため初めて透光
性基板特にガラス基板側より光照射をし、この基板の電
極上に設けられたPIN接合を有する半導体が全体の厚
さが0.3〜1μとうすくてもよいため、この半導体の
窓面上にレドックスを密接させることができた。
Furthermore, the present invention has a significant difference compared to the conventionally known redox system using a platinum-titanium oxide semiconductor electrode system. That is, since titanium oxide has an energy band width of about 4 eV, only the ultraviolet rays of the irradiated light can effectively create electron-hole pairs and separate them. Therefore, the efficiency is extremely low for continuous light having a wavelength of 500 nm, such as sunlight. Therefore, in the present invention, Eg
(Energy band width) of 1.0 to 2.5 eV In particular, to generate electrons and holes with irradiation light, Eg = 1.5 to 1.
Another feature is that non-single crystal silicon having 8e■ is used. That is, this silicon, especially amorphous or semi-amorphous silicon, has a light absorption coefficient for light, especially sunlight, at a short wavelength of 3500 to 5000 A, which is 10 to 30 times larger than that of single crystal silicon.
The thickness of the I layer (intrinsic or substantially intrinsic conductivity type) in the IN junction may be 0.3 to 1μ, typically 0.5μ;
Furthermore, for the P or N layer, SixC1-x (0≦
x≦1) In particular, the optical energy band width for x = 0.2 to 0.7 is 1.8 to 2.8 eV and the I layer is 1.0 to 1.9 eV.
Typically, it can be set wider than 1.7 to 1.8 eV. Therefore, this P or N layer has a density of 50 to 500
For this reason, light is first irradiated from the side of the transparent substrate, especially the glass substrate, and the semiconductor having the PIN junction provided on the electrode of this substrate has a total thickness of 0.3 to 1 μm. Since it does not need to be thin, redox could be placed in close contact with the window surface of this semiconductor.

第1図は従来より知られた本多−藤島効果を示す酸化チ
タン系におけるレドックス系のたて断面図(A)および
それに対応したエネルギバンド図(B)である。
FIG. 1 is a vertical sectional view (A) of a redox system in a titanium oxide system showing the conventionally known Honda-Fujishima effect and a corresponding energy band diagram (B).

図面において金属基板(6)上に設けられた酸化チタン
よりなる半導体(5)、対抗電極(4)さらにレドック
ス(1)例えば水が2つの電極間に充填されている。こ
こに光特に紫外線が照射(10)されると第1図(B)
に示す如く酸化チタン(5)の中にて電子およびホール
が発生し、レドックスの界面(9)にて、N型の酸化チ
タンにあってはホールが水と反応し酸素を発生させる。
In the drawing, a semiconductor (5) made of titanium oxide provided on a metal substrate (6), a counter electrode (4), and a redox (1) such as water is filled between the two electrodes. When this area is irradiated with light, especially ultraviolet light (10), it becomes as shown in Figure 1 (B).
As shown in the figure, electrons and holes are generated in titanium oxide (5), and at the redox interface (9), the holes in N-type titanium oxide react with water to generate oxygen.

さらにこの対抗電極(4)の界面(11)では逆に水素
が発生し、いわゆる半導体電極を用いた光化学反応を成
就させることができる。
Furthermore, hydrogen is generated at the interface (11) of the counter electrode (4), making it possible to accomplish a photochemical reaction using a so-called semiconductor electrode.

しかしこの従来知られた系においては、半導体が酸化物
であるためレドックス中に溶解することがないという特
徴を有するにもかかわらずその光学的エネルギバンド巾
(Egという)が3〜3.5e■を有するため、太陽光
のうちの紫外線しか用いることができない。
However, in this conventionally known system, the optical energy band width (referred to as Eg) is 3 to 3.5 e Therefore, only the ultraviolet rays of sunlight can be used.

このため入射光エネルギのうち酸化・還元反応(単にレ
ドックス反応という)に有効に用いられる効率が0.1
%以下であり、きわめて効率が悪く全く実用化は不可能
であった。
Therefore, the efficiency with which the incident light energy is effectively used for oxidation/reduction reactions (simply called redox reactions) is 0.1.
% or less, the efficiency was extremely poor and it was impossible to put it into practical use at all.

本発明はかかる欠点を除去し、照射光を有効利用するた
めアモルファス(非晶質)、5〜100Aの大きさの結
晶性を有するセミアモルファス、または30〜300O
Aの大きさの微結晶体であるマイクロポリクリスタルよ
りなる非単結晶半導体を主成分とし、さらにこれらの非
単結晶半導体に再結合中心中和用に水素またはフッ素、
塩素の如きハロゲン元素を0.1〜30モル%添加した
材料を用いることを特徴としている。
The present invention eliminates such drawbacks and makes effective use of irradiated light.
The main component is a non-single-crystal semiconductor made of micro-polycrystals with a size of A, and hydrogen or fluorine is added to these non-single-crystal semiconductors to neutralize recombination centers.
It is characterized by using a material to which 0.1 to 30 mol% of a halogen element such as chlorine is added.

さらにレドックス表面と接する半導体は溶解しにくいS
ixC1−n(0≦x≦1)(以下単に炭化珪素という
)を用いたことを他の特徴としている。加えてこの手道
科材料によりPIN接合を設けせしめ、P層およびN層
は50〜500Aの厚さの1.6〜3.OeVの広いE
gを有せしめ、また真性または実質的に真性の導電型を
有する珪素またはゲルマニュームまたはSixGe1−
n(0≦x≦1)を用いたことを他の特徴としている。
Furthermore, the semiconductor in contact with the redox surface is difficult to dissolve.
Another feature is that ixC1-n (0≦x≦1) (hereinafter simply referred to as silicon carbide) is used. In addition, this handmade material allows a PIN junction to be provided, and the P layer and N layer are 1.6 to 3.5 mm thick with a thickness of 50 to 500 A. Wide E of OeV
silicon or germanium or SixGe1- which has an intrinsic or substantially intrinsic conductivity type.
Another feature is that n (0≦x≦1) is used.

かかるPIN接合を有する半導体は非単結晶構造を有す
るため光吸収係数が単結晶構造に比べ10〜30倍も大
きく、さらに照射光で電子・ホール対を発生させるのに
最適の1.5〜1.8eVを用いるため、半導体の厚さ
を0.3〜1μの厚さにて70%以上の太陽光を吸収す
ることができた。このため照射光によりレドックス系に
エネルギも集積させることが10%以上の効率で可能に
なった点がきわめて大きな特徴である。
Since a semiconductor having such a PIN junction has a non-single crystal structure, its light absorption coefficient is 10 to 30 times larger than that of a single crystal structure, and furthermore, it has a light absorption coefficient of 1.5 to 1, which is optimal for generating electron-hole pairs with irradiation light. Since .8 eV was used, more than 70% of sunlight could be absorbed with a semiconductor thickness of 0.3 to 1 μm. Therefore, an extremely significant feature is that it has become possible to accumulate energy in the redox system using irradiated light with an efficiency of 10% or more.

以下に図面に従って本発明を示す。The present invention will be illustrated below according to the drawings.

第2図は本発明のPIN接合を有する非単結晶半導体(
12)とそのNまたはP層(16)に接してレドックス
(1)が配され、さらに対抗電極として(28)が設け
られている。
Figure 2 shows a non-single crystal semiconductor (
12) and its N or P layer (16), a redox (1) is arranged, and a counter electrode (28) is provided.

この図面において入射光(10)は従来のレドックスを
用いた半導体電極反応と異なり、透光性基板(30)側
より行ない、この半導体(12)にて発生した電子また
はホールがレドックス(1)との界面(9)にて与えら
れ、レドックス反応を生ぜしめた。
In this drawing, unlike the conventional semiconductor electrode reaction using redox, the incident light (10) is performed from the transparent substrate (30) side, and the electrons or holes generated in this semiconductor (12) react with redox (1). at the interface (9), causing a redox reaction.

特にこの場合半導体(15)は真性または実質的に真性
の半導体としてプラズマCVD法により作られた非単結
晶珪素を用い、PまたはN層(14)、NまたはP層(
16)にSixC1−x(0≦x<1)である炭素また
は炭化珪素を用い、半導体表面としての耐溶解性を向上
させた。特に入射光側のPまたはN層(14)はここで
照射された光の吸収損失を少くするため、1.6〜3e
V代表的には1.8〜2.3eVとすることがきわめて
重要であり、さらにその厚さは50〜200Aで十分で
あった。この例の電極(20)はITO(酸化インジュ
ームと酸化スズの混合体)またはその上面に100〜3
00Aの厚さに酸化スズが形成された2重構造または酸
化スズよりなる透光性電極を用いた。
Particularly in this case, the semiconductor (15) is made of non-single crystal silicon made by plasma CVD as an intrinsic or substantially intrinsic semiconductor, and the P or N layer (14), the N or P layer (
16), carbon or silicon carbide with SixC1-x (0≦x<1) was used to improve the dissolution resistance as a semiconductor surface. In particular, the P or N layer (14) on the incident light side has a thickness of 1.6 to 3e to reduce absorption loss of the irradiated light.
It is extremely important that V is typically 1.8 to 2.3 eV, and a thickness of 50 to 200 A was sufficient. The electrode (20) in this example is made of ITO (a mixture of indium oxide and tin oxide) or has a 100 to 3
A double structure in which tin oxide was formed to a thickness of 00A or a light-transmitting electrode made of tin oxide was used.

またI層は0.3〜1μの厚さ代表的には0.4〜0.
6μの厚さの非単結晶特にアモルファスまたはセミアモ
ルファス構造を有する珪素を主成分とする半導体を用い
た。これにSixGe1−x(0<x<1)にて示され
る半導体を用いてもよい。
The thickness of the I layer is typically 0.4 to 0.3μ.
A semiconductor mainly composed of silicon and having a non-single crystal structure, particularly an amorphous or semi-amorphous structure, having a thickness of 6 μm was used. A semiconductor represented by SixGe1-x (0<x<1) may be used for this purpose.

さらにNまたはP層(16)に対しては50〜500A
の厚さを有する炭素または炭化珪素を用いた。この半導
体はEgが1.7〜3.OeVを有し、代表的にはSi
xC1−n(0≦x<1)においてx=0.1〜0.8
を有せしめた。この電極の界面(9)を有する半導体は
レドックス反応により難溶解性であり、かつレドックス
体が水の如き酸化物にあっては酸化して絶縁膜になって
しまわないことがきわめて重要である。そのため珪素で
はなく炭化珪素または炭素であることが本発明の実用化
で大きな特徴である。
Furthermore, 50-500A for N or P layer (16)
carbon or silicon carbide having a thickness of . This semiconductor has an Eg of 1.7 to 3. OeV, typically Si
x=0.1 to 0.8 in xC1-n (0≦x<1)
was made possible. The semiconductor having this electrode interface (9) is hardly soluble due to a redox reaction, and if the redox substance is an oxide such as water, it is extremely important that it does not oxidize and become an insulating film. Therefore, the use of silicon carbide or carbon instead of silicon is a major feature in the practical application of the present invention.

特に一般の半導体では代表的には珪素が用いられるが、
かかる珪素にあっては表面に絶縁物である酸化物を形成
してしまうため好ましくなかった。
In particular, silicon is typically used in general semiconductors, but
Such silicon is not preferred because it forms an oxide, which is an insulator, on the surface.

また第2図(4)においてはレドックスは水溶液代表的
には水を用いた。さらに対抗電極(28)として酸化ス
ズを表面に形成して電極とした。すると半導体のうち(
16)をN型としてカソードとせしめ、対抗電極がアノ
ードとして設けることができる。かかる構造にすると半
導体電極および対抗電極はともに安定であり、カソード
側にて水素を(43)より放出せしめ、またアノード側
(28)にて酸素を(44)より放出させることができ
る。
Further, in FIG. 2 (4), an aqueous solution, typically water, is used as the redox. Furthermore, tin oxide was formed on the surface as a counter electrode (28) to form an electrode. Then, among semiconductors (
16) can be made N-type to serve as a cathode, and a counter electrode can be provided as an anode. With such a structure, both the semiconductor electrode and the counter electrode are stable, hydrogen can be released from (43) on the cathode side, and oxygen can be released from (44) on the anode side (28).

かかる構造において、特に半導体側より水素が出るため
、半導体電極が溶解することもなくまたアノード側の酸
化スズは酸化物であるため酸素を発生させても劣化する
ことがなく、きわめて高い信頼性を有せしめることがで
きた。特にこの構造においては、照射光が水溶液中を通
らないため、水面にて反射されることもなく、いわゆる
太陽電池より発生された電気エネルギにより酸素水素に
分解して貯蔵することができるようになった。その変換
効率は従来より知られた1%以下ではなく、特に酸素水
素を発生させるには負荷(25)を0Ωとしてオン状態
とすればよい。その場合の変換効率としては10〜18
%を非単結晶半導体とし、プラズマCVD法にて基板(
30)上の透明電極上に設けるため、10cm■のPI
N層を有する半導体を作るのに100〜300円で製造
可能であり、工業的にもその寄与はきわめて大なるもの
であった。
In such a structure, since hydrogen is emitted from the semiconductor side, the semiconductor electrode does not melt, and since the tin oxide on the anode side is an oxide, it does not deteriorate even when oxygen is generated, resulting in extremely high reliability. I was able to have it. In particular, with this structure, the irradiated light does not pass through the aqueous solution, so it is not reflected on the water surface, and it can be decomposed into oxygen and hydrogen using electrical energy generated by a so-called solar cell and stored. Ta. The conversion efficiency is not 1% or less, which is conventionally known, and in particular, to generate oxygen and hydrogen, the load (25) may be set to 0Ω and turned on. In that case, the conversion efficiency is 10 to 18
% as a non-single crystal semiconductor, and the substrate (
30) 10 cm of PI to be provided on the upper transparent electrode
It was possible to manufacture a semiconductor having an N layer for 100 to 300 yen, and its contribution from an industrial perspective was extremely large.

第3図は第2図A−A′でのエネルギバンド図を示して
いる。番号は第2図(A)に対応している。
FIG. 3 shows the energy band diagram at FIG. 2 A-A'. The numbers correspond to FIG. 2(A).

第2図(B)は本発明の他の実施例を示す。FIG. 2(B) shows another embodiment of the present invention.

すなわち透光性基板(30)上に透光性電極(20)、
半導体(12)、PまたはN層(14)、I層(15)
、NまたはP層(16)、対抗電極(28)よりなり、
それらは第2図(A)と同一材料を用いた。レドックス
(1)はその中央部に半透膜例えばイオン変換膜(7)
を設け、半導体電極側のレドックス(2)および対抗電
極側のレドックス(3)が設けられている。
That is, a transparent electrode (20) is placed on a transparent substrate (30),
Semiconductor (12), P or N layer (14), I layer (15)
, an N or P layer (16), and a counter electrode (28),
The same materials as in FIG. 2(A) were used for them. Redox (1) has a semi-permeable membrane such as an ion conversion membrane (7) in its center.
A redox (2) on the semiconductor electrode side and a redox (3) on the counter electrode side are provided.

照射光(10)をそのまま出力として用いる場合は負荷
(24)を用いればよく、またレドックス反応をさせて
レドックス(1)内にエネルギを貯蔵するには、負荷(
25)を0Ωとしてオンせしめ電流を流せばよい。また
夜間等において貯蔵したエネルギを放出せしめるには負
荷(23)を用いればよい。
If the irradiated light (10) is used as output as it is, a load (24) may be used, and if the redox reaction is to occur and energy is stored in the redox (1), the load (24) may be used.
25) is set to 0Ω, and a current is applied to turn it on. In addition, a load (23) may be used to release the stored energy at night or the like.

この第2図(B)においては非水溶液を用いた。In this FIG. 2(B), a non-aqueous solution was used.

特にその溶質としては、 Fe(ビピリジン)■、(C104)■(FBP)Fe
(フェナセロリンまたはフェナンスロリン(phena
nthroline))■、(C10■)■Ru(ビピ
リジン)■、(C104)■(RBP)Ru(フェナセ
ロリン)■、(C10■)■を用い、また溶媒として プロピレンカーボネート アセトニトリルCH3−CN を用いた。
In particular, the solutes include Fe (bipyridine), (C104), (FBP)Fe
(phenacerorin or phenanthroline (phena
nthroline))■, (C10■)■Ru (bipyridine)■, (C104)■(RBP)Ru (phenaceroline)■, (C10■)■, and propylene carbonate acetonitrile CH3-CN was used as a solvent.

特に低価格でありまた無毒性であることにより FBP
を用いた。高価であるがRBPの方が高い効率を有する
。特にFBPの溶媒であるプロピレンカーボネイト中へ
の溶解度がきわめて高いため、小さな容積にて大きな容
量のエネルギ蓄積を可能とした。
Especially due to its low cost and non-toxicity, FBP
was used. Although expensive, RBP has higher efficiency. In particular, the solubility of FBP in the solvent propylene carbonate is extremely high, making it possible to store a large amount of energy in a small volume.

かくすることにより、 Rn−1→R(n+α)+アノード Qn−1→Q(n+β)+カソード なる一般式において、特に R=Q=FBP n=m=2 α=β=1 とする反応、すなわち FBP2+→FBP3+アノード FBP2+→FBP1+カソード の反応を行なわしめることができた。この場合は負荷(
25)を0Ωに近ずけてオンすればよい。また蓄積され
たエネルギを放出する場合は、負荷(23)を用いてそ
の逆反応をさせることができた。また単なる光電変換装
置の出力として用いるならば、負荷(24)の回路系を
用いればよい。半導体上の電極(15)は酸化スズ等を
くし型にして用いた。
By doing so, in the general formula Rn-1→R(n+α)+anode Qn-1→Q(n+β)+cathode, in particular, the reaction where R=Q=FBP n=m=2 α=β=1, That is, the reaction of FBP2+→FBP3+anode and FBP2+→FBP1+cathode could be carried out. In this case, the load (
25) should be turned on close to 0Ω. Moreover, when releasing the accumulated energy, the load (23) could be used to cause the reverse reaction. Moreover, if it is used simply as an output of a photoelectric conversion device, a circuit system of a load (24) may be used. The electrode (15) on the semiconductor was made of tin oxide or the like in a comb shape.

かくして非水溶液中にて特に屋根等に設けられた光電変
換装置の裏面にて、エネルギを蓄積させることができる
ため、一般家庭における夜間照明用の電力供給に好都合
であり、さらにその出力電力を安定して供給できるとい
う大きな特徴を有している。
In this way, energy can be stored in a non-aqueous solution, especially on the back side of a photoelectric conversion device installed on a roof, etc., which is convenient for supplying power for nighttime lighting in general households, and further stabilizes the output power. It has the great feature of being able to be supplied with

第4図は第2図(B)の非水溶液を用いたレドックス反
応系をさらに発展させた本発明の他の実施例である。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention in which the redox reaction system using a non-aqueous solution shown in FIG. 2(B) is further developed.

図面においては半導体電極をカソード側およびアノード
側に用いた相補構造を有している。
In the drawing, it has a complementary structure in which semiconductor electrodes are used on the cathode side and the anode side.

すなわち一方の半導体電極(12)においてN層(19
)、I層(18)、P層(17)よりなっている。この
相補構造(コンプリメンタリ−)構造において、半透膜
特にイオン変換膜(7)よりなり、光照射によりエネル
ギを蓄積するには負荷(u)を0Ωに近ずけ、スイッチ
(26)をオンとすればよい。すると照射光(10)に
よりレドックス(1)は第2図(B)と同様の反応がカ
ソード側(2)、アノード側(3)にもおきる。
That is, in one semiconductor electrode (12), the N layer (19
), an I layer (18), and a P layer (17). In this complementary structure, the semi-permeable membrane, especially the ion conversion membrane (7) is used, and in order to store energy by light irradiation, the load (u) should be close to 0Ω and the switch (26) should be turned on. do it. Then, due to the irradiation light (10), the redox (1) causes a reaction similar to that shown in FIG. 2(B) on the cathode side (2) and the anode side (3).

もし蓄積されたエネルギを使用する場合には、負荷(2
3)を用周い行なえばよい。
If the stored energy is used, the load (2
3) should be repeated.

この図面におけるA−A′の断面に対応してエネルギバ
ンド図をその番号を対応して第5図に示した。図面にお
いて半導体に接する電極(20)、(21)は透光性導
電電極であり、放出用の電極(28)、(29)は例え
ば酸化スズ等を用いて作る。このとり出し用電極として
は酸化スズのみならず酸化タングステン、酸化ニオブ、
チタン酸ストロンチューム、酸化チタン、酸化鉄、チタ
ン酸鉄、PまたはN型の炭化珪素を用いることができる
。この電極材料は第3図における(28)または(43
)においても同様に適用することができる。その他は第
2図(A)または(B)の場合と同様である。
An energy band diagram corresponding to the cross section taken along line A-A' in this drawing is shown in FIG. 5 with corresponding numbers. In the drawing, electrodes (20) and (21) in contact with the semiconductor are transparent conductive electrodes, and emission electrodes (28) and (29) are made of, for example, tin oxide. This extraction electrode can be used not only for tin oxide, but also for tungsten oxide, niobium oxide,
Strontium titanate, titanium oxide, iron oxide, iron titanate, and P or N type silicon carbide can be used. This electrode material is (28) or (43) in FIG.
) can be similarly applied. The rest is the same as in the case of FIG. 2(A) or (B).

第6図は本発明の他の実施例を示したものである。この
図面は第2図(B)と同様に半導体電極くし型電極を設
け、半透膜(7)によりコンプリメンタリ構造として設
けたものである。レドックス反応にはスイッチ(16)
をオンとして発生せしめ光電変換装置としては負荷(3
5)、(34)により利用せしめ、蓄積エネルギの放出
は負荷(23)を用いて利用することができる。もちろ
ん蓄積エネルギの放出は電極(28)、(29)ではな
く電極(46)、(47)を用いて行なってもよい。
FIG. 6 shows another embodiment of the invention. In this drawing, similar to FIG. 2(B), semiconductor electrodes are provided with comb-shaped electrodes, and a semi-permeable membrane (7) is provided as a complementary structure. Switch (16) for redox reaction
The photoelectric conversion device generates a load (3
5) and (34), and the release of the stored energy can be utilized using a load (23). Of course, the discharge of stored energy may be performed using the electrodes (46), (47) instead of the electrodes (28), (29).

第7図には第2図(B)の半導体装置をさらに発展させ
たものが示してある。すなわち半導体(12)は照射光
(10)により電子またはホールをレドックス(1)中
の一方のレドックスに与え、ホールまたは電子を電極(
13)に与える。この電極(13)はアノードまたはカ
ソードとなる場合はPまたはN型の炭化珪素でよく、金
属板上に非単結晶炭化珪素をプラズマ気相法により設け
、半導体(12)と同様に作って用いることが好ましか
った。かくしてレドックス反応は負荷(22)を0Ωに
近ずけることにより行なうことができた。またこの照射
光が十分な場合、新たなレドックスを(41)、(42
)より供給し、例えばFBPを供給し、反応したレドッ
クスをそれぞれ(43)(44)よりFBP、FBPと
して他の貯蔵タンクにためることができる。かくの如き
レドックス反応液を他の貯蔵タンクにためることにより
、エネルギ貯蔵を長期にかつ大規模に行なうことができ
た。また通電は負荷を介して行なえばよい。この技術は
第2図(B)、第さらに本発明においてはPIN構造を
有する非単結晶半導体を用いて、この半導体のNまたは
P層にレドックスが接することをその反応電流の高効率
化の点で大きな特徴としている。しかしこの半導体上に
酸化チタン、酸化スズ等を全面にコーティングしても同
様にレドックス反応をさせることができる。特に酸化ス
ズ、酸化チタンはN型となるため、PIN接合のN型半
導体表面上に形成させると好都合であった。
FIG. 7 shows a further development of the semiconductor device of FIG. 2(B). That is, the semiconductor (12) gives electrons or holes to one of the redoxes in the redox (1) by the irradiation light (10), and the holes or electrons are transferred to the electrode (
13). When this electrode (13) becomes an anode or a cathode, it may be made of P or N type silicon carbide, and is made and used in the same manner as the semiconductor (12) by providing non-single crystal silicon carbide on a metal plate by plasma vapor phase method. I liked that. Thus, the redox reaction could be carried out by bringing the load (22) close to 0Ω. Also, if this irradiation light is sufficient, new redox is generated (41), (42)
), for example, FBP can be supplied, and the reacted redox can be stored in other storage tanks as FBP and FBP from (43) and (44), respectively. By storing such a redox reaction solution in another storage tank, energy could be stored for a long time and on a large scale. Further, the current may be supplied through a load. This technique is shown in FIG. 2(B).Furthermore, in the present invention, a non-single-crystal semiconductor having a PIN structure is used, and redox contacts the N or P layer of this semiconductor to increase the efficiency of the reaction current. This is a major feature. However, even if the entire surface of this semiconductor is coated with titanium oxide, tin oxide, etc., a redox reaction can be caused in the same way. In particular, since tin oxide and titanium oxide are N-type, it is convenient to form them on the surface of the N-type semiconductor of the PIN junction.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の半導体装置を用いたレドックス反応用半
導体装置およびそのエネルギバンド図である。 第2図(A)(B)は本発明の半導体装置の概要を示す
。 第3図は第2図(A)に対応したエネルギバンド図であ
る。 第4図は本発明の他の半導体装置である。 第5図は第4図に対応したエネルギバンド図である。 第6図、第7図は本発明の他の半導体装置を示す。
FIG. 1 shows a semiconductor device for redox reaction using a conventional semiconductor device and its energy band diagram. FIGS. 2(A) and 2(B) schematically show the semiconductor device of the present invention. FIG. 3 is an energy band diagram corresponding to FIG. 2(A). FIG. 4 shows another semiconductor device of the present invention. FIG. 5 is an energy band diagram corresponding to FIG. 4. 6 and 7 show other semiconductor devices of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、PIN接合を有する第1の半導体と、前記接合を構
成するPまたはN層に接するレドックスと、該レドック
スに接して前記PまたはN層と対をなすNまたはP層を
有する第2の半導体と、前記レドックス内に設けられ前
記2つの半導体を分離するかく膜半導体と該かく膜に分
離された各レドックスに接する第1および第2の電極が
設けられたことを特徴とする半導体装置。 2、特許請求の範囲第1項において、レドックスは光照
射により Rn4→R(n+α)+ Qn+→Q(n+β)+ 但しおよびQは分子 n、mはイオン価数 α、βは光照射により変化した価数 なる式で示される反応を生ぜしめ、光照射を停止または
弱くした場合逆反応を生ぜしめ、電気出力を第1段およ
び第2の電極よりとり出すことを特徴とする半導体装置
。 3、特許請求の範囲第2項において、RおよびQはFe
(ピピリジン)を、n、mは2価をαおよびβは1価を
有せしめた溶質をプロピレンカーボネイト溶媒に含有せ
しめたことを特徴とする半導体装置。 4、特許請求の範囲第1項において、PIN接合を有す
る半導体はP層およびN層はその光学的エネルギバンド
巾が1.6〜3.0eVを有し、真性または実質的に真
性の導電型を有するI層は1.0〜1.9eVを有する
非単結晶半導体により設けられたことを特徴とする半導
体装置。 5、特許請求の範囲第4項において、I層は珪素または
ゲルマニュームを主成分とし、またPまたはN層はSi
xC1−2(0<x<1)を主成分としたことを特徴と
する半導体装置。
[Claims] 1. A first semiconductor having a PIN junction, a redox layer in contact with a P or N layer constituting the junction, and an N or P layer in contact with the redox and forming a pair with the P or N layer. a second semiconductor having a second semiconductor, a film semiconductor provided within the redox and separating the two semiconductors, and first and second electrodes in contact with each redox separated by the film. semiconductor device. 2. In claim 1, redox is caused by light irradiation as Rn4→R(n+α)+ Qn+→Q(n+β)+ where Q is the molecule n, m is the ion valence α, and β is changed by light irradiation. What is claimed is: 1. A semiconductor device that causes a reaction represented by a valence equation, causes a reverse reaction when light irradiation is stopped or weakened, and extracts electrical output from first and second electrodes. 3. In claim 2, R and Q are Fe.
1. A semiconductor device comprising a propylene carbonate solvent containing a solute in which n and m are divalent and α and β are monovalent (pipyridine). 4. In claim 1, in the semiconductor having a PIN junction, the P layer and the N layer have an optical energy band width of 1.6 to 3.0 eV and are of intrinsic or substantially intrinsic conductivity type. A semiconductor device characterized in that the I layer having a voltage of 1.0 to 1.9 eV is formed of a non-single crystal semiconductor. 5. In claim 4, the I layer is mainly made of silicon or germanium, and the P or N layer is made of Si.
A semiconductor device characterized by having xC1-2 (0<x<1) as a main component.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5212429A (en) * 1975-07-06 1977-01-31 Anderson John Harland Photoogenerating battery
JPS534490A (en) * 1976-07-01 1978-01-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Photocell
JPS544582A (en) * 1977-06-13 1979-01-13 Sanyo Electric Co Ltd Photoelectric transducer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5212429A (en) * 1975-07-06 1977-01-31 Anderson John Harland Photoogenerating battery
JPS534490A (en) * 1976-07-01 1978-01-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Photocell
JPS544582A (en) * 1977-06-13 1979-01-13 Sanyo Electric Co Ltd Photoelectric transducer

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