JPS63150869A - 光エネルギ−変換装置の電極 - Google Patents
光エネルギ−変換装置の電極Info
- Publication number
- JPS63150869A JPS63150869A JP61296787A JP29678786A JPS63150869A JP S63150869 A JPS63150869 A JP S63150869A JP 61296787 A JP61296787 A JP 61296787A JP 29678786 A JP29678786 A JP 29678786A JP S63150869 A JPS63150869 A JP S63150869A
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- Japan
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- electrode
- semiconductor
- layer
- energy conversion
- conversion device
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
- H01M14/005—Photoelectrochemical storage cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
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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。
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、光エネルギー変換装置の電極に係り、特に湿
式半導体光電池に好適な電極に関する。
式半導体光電池に好適な電極に関する。
半導体電極を光電極として用いて光エネルギーを電気エ
ネルギーや水素等の化学エネルギーに変換する湿式光電
池としては、例えば特開昭５９−１６’５３７９号、特
開昭５８−１５５６７９号に記載されているような種々
の例がある。これらの湿式光電池では、半導体電極と対
極を分離し、導線等でつないだ構造が主であるが、両極
をオーミック接触させて用いた例（化学、並、Ｐρ、７
５３ （１９８１） ）もある。
ネルギーや水素等の化学エネルギーに変換する湿式光電
池としては、例えば特開昭５９−１６’５３７９号、特
開昭５８−１５５６７９号に記載されているような種々
の例がある。これらの湿式光電池では、半導体電極と対
極を分離し、導線等でつないだ構造が主であるが、両極
をオーミック接触させて用いた例（化学、並、Ｐρ、７
５３ （１９８１） ）もある。
これら半導体電極の半導体層の光照射面はすべて半導体
の均一層であった。
の均一層であった。
前記のような均一な半導体層をもつ従来の半導体電極で
は、直列抵抗が大きく、また光照射により生成した正孔
と電子が半導体層内で再結合して光エネルギー変換効率
が悪くなるという欠点があった。また、半導体層内で生
成したキャリヤを収集するために、半導体層と電気的に
接続されたキャリヤ吸収層を設けているが、直列抵抗や
キャリヤの拡散長を考慮すると、半導体層を薄膜にする
必要があり、光吸収係数の小さい半導体では低い光エネ
ルギー変換効率しか得られなかった。さらに、半導体層
の含まれる不純物は再結合中心となるため、不純物の少
ない、きれいな半導体薄膜を用いるか、不純物あるいは
欠陥の多い材質を用いる場合には、さらに膜厚の薄い薄
膜を用いる必要があった。
は、直列抵抗が大きく、また光照射により生成した正孔
と電子が半導体層内で再結合して光エネルギー変換効率
が悪くなるという欠点があった。また、半導体層内で生
成したキャリヤを収集するために、半導体層と電気的に
接続されたキャリヤ吸収層を設けているが、直列抵抗や
キャリヤの拡散長を考慮すると、半導体層を薄膜にする
必要があり、光吸収係数の小さい半導体では低い光エネ
ルギー変換効率しか得られなかった。さらに、半導体層
の含まれる不純物は再結合中心となるため、不純物の少
ない、きれいな半導体薄膜を用いるか、不純物あるいは
欠陥の多い材質を用いる場合には、さらに膜厚の薄い薄
膜を用いる必要があった。
本発明の目的は、半導体電極における正孔と電子の再結
合を抑制し、かつ直列抵抗の小さい半導体電極を提供す
ることにある。
合を抑制し、かつ直列抵抗の小さい半導体電極を提供す
ることにある。
ｃ問題点を解決するための手段〕
半導体電極を構成する半導体層中での正孔と電子の再結
合を防ぐためには、キャリヤの拡散長よりも半導体層の
厚さを薄くする必要がある。しかし、キャリヤの拡散長
は物質によっては短かく。
合を防ぐためには、キャリヤの拡散長よりも半導体層の
厚さを薄くする必要がある。しかし、キャリヤの拡散長
は物質によっては短かく。
ＣｄＳ等での電子の拡散長は１０−３ｍｍ程度である。
したがって、従来の半導体電極構造では半導体層をごく
薄い膜にしなければならず、光吸収の効率も悪くなる。
薄い膜にしなければならず、光吸収の効率も悪くなる。
そこで本発明においては、上記従来技術の欠点を解消す
るために、半導体電極を構成する半導体層を光照射方向
と直角な均一層とせず、半導体層と導電体層を光照射方
向に平行に交互に複数層積み重ねて積層体を形成するこ
とによって、光照射方向と垂直な半導体層の厚さをキャ
リヤ拡散長より小さくし、上記本発明の目的を達成する
ようにしたものである。
るために、半導体電極を構成する半導体層を光照射方向
と直角な均一層とせず、半導体層と導電体層を光照射方
向に平行に交互に複数層積み重ねて積層体を形成するこ
とによって、光照射方向と垂直な半導体層の厚さをキャ
リヤ拡散長より小さくし、上記本発明の目的を達成する
ようにしたものである。
前記のような構造の半導体電極では光照射面とキャリヤ
吸収層との距離を特に短かくする必要がなく、使用する
半導体の光吸収率に応じた十分な厚さの半導体層とする
ことができる。ここで使用゛ する導電体層の材質は
導電性の良い物質なら特に限定されず、キャリヤ吸収層
と同じ物質を用いてもよい。前記導電体層とキャリヤ吸
収層は一体化構造で作製してもよい。さらに、光照射面
積を大きくするためには、半導体電極の光照射面を半導
体電極を構成する半導体と同種の半導体物質の薄膜でコ
ーティングしておくことがより望ましい。
吸収層との距離を特に短かくする必要がなく、使用する
半導体の光吸収率に応じた十分な厚さの半導体層とする
ことができる。ここで使用゛ する導電体層の材質は
導電性の良い物質なら特に限定されず、キャリヤ吸収層
と同じ物質を用いてもよい。前記導電体層とキャリヤ吸
収層は一体化構造で作製してもよい。さらに、光照射面
積を大きくするためには、半導体電極の光照射面を半導
体電極を構成する半導体と同種の半導体物質の薄膜でコ
ーティングしておくことがより望ましい。
前記構造の半導体電極では、半導体層と導電体層が光照
射方向に平行に交互に積層されているため、直列抵抗が
小さく、また、導電体層によって速やかにキャリヤが吸
収されるため、電子と正孔の再結合による光エネルギー
変換のロスが少ない光電池を得ることができる。また、
半導体層の光照射方向の厚さが制限されないため、光吸
収係数の小さい半導体物質を用いることもできる。さら
に、前記積層体をごく薄い導電体薄膜とごく薄い半導体
薄膜とを積層したものとすれば、超格子構造の半導体電
極を作ることも可能である。
射方向に平行に交互に積層されているため、直列抵抗が
小さく、また、導電体層によって速やかにキャリヤが吸
収されるため、電子と正孔の再結合による光エネルギー
変換のロスが少ない光電池を得ることができる。また、
半導体層の光照射方向の厚さが制限されないため、光吸
収係数の小さい半導体物質を用いることもできる。さら
に、前記積層体をごく薄い導電体薄膜とごく薄い半導体
薄膜とを積層したものとすれば、超格子構造の半導体電
極を作ることも可能である。
〔実施例〕
以下、本発明の半導体電極を湿式光電池の電極として用
いた実施例を交えて説明する。
いた実施例を交えて説明する。
第１図は本発明の半導体電極１の概略説明図である。半
導体電極１は半導体板２′上に導電体層３と半導体層２
を交互に積み重ねて積層体とし、該積層体を該積層に垂
直に所定の厚さで切断し、該切断面の一方にキャリヤ吸
収Ｍ４を電気的に接触させると共に他方の切断面を光照
射面としたものである。ここで、半導体板２′及び半導
体層２の材質は特に限定されるものではなく、ＣｄＳ。
導体電極１は半導体板２′上に導電体層３と半導体層２
を交互に積み重ねて積層体とし、該積層体を該積層に垂
直に所定の厚さで切断し、該切断面の一方にキャリヤ吸
収Ｍ４を電気的に接触させると共に他方の切断面を光照
射面としたものである。ここで、半導体板２′及び半導
体層２の材質は特に限定されるものではなく、ＣｄＳ。
ＴｉＯ２，５ｖＴｉＯ３，Ｓｉ、Ｆｅ、○１等を単独で
、あるいは不純物をドーピングして用いることができる
。キャリヤ吸収層４としては、Ｉｎ、Ｇａ−Ｉｎ合金、
グラファイト等を使用する。導電体層３の材質も特に限
定されないが、本実施例ではキャリヤ吸収層４と同じ材
質を用いた。
、あるいは不純物をドーピングして用いることができる
。キャリヤ吸収層４としては、Ｉｎ、Ｇａ−Ｉｎ合金、
グラファイト等を使用する。導電体層３の材質も特に限
定されないが、本実施例ではキャリヤ吸収層４と同じ材
質を用いた。
第２図は第１図に示した半導体電極１を光電極として用
いた通常用いられる湿式光電池の概略説明図である。図
において、８は電池槽、９は電解液である。光照射面以
外の面をエポキシ樹脂、シリコン樹脂等の絶縁層５で被
覆された半導体電極１と対極６は電解液９中に浸漬され
、キャリヤ吸収層４と対極６は導線７によって接続され
る。ここで、対極６の材質は特に限定されるものではな
く、 Ｐｔ、 Ｎｉ、炭素等の通常用いられているもの
を使用する。また、電解液９は酸化、還元系を含むもの
なら特に限定されることはなく１例えばアルカリ水溶液
、ヨウ化水素−ヨウ素水溶液等が使用される。
いた通常用いられる湿式光電池の概略説明図である。図
において、８は電池槽、９は電解液である。光照射面以
外の面をエポキシ樹脂、シリコン樹脂等の絶縁層５で被
覆された半導体電極１と対極６は電解液９中に浸漬され
、キャリヤ吸収層４と対極６は導線７によって接続され
る。ここで、対極６の材質は特に限定されるものではな
く、 Ｐｔ、 Ｎｉ、炭素等の通常用いられているもの
を使用する。また、電解液９は酸化、還元系を含むもの
なら特に限定されることはなく１例えばアルカリ水溶液
、ヨウ化水素−ヨウ素水溶液等が使用される。
半導体層と導電体層との接触界面障壁がキャリヤ収集に
有効な内部電界を形成する場合は、さらに高いキャリヤ
収集効率が得られる。
有効な内部電界を形成する場合は、さらに高いキャリヤ
収集効率が得られる。
第１図に示した半導体電極１は半導体板２′上に真空蒸
着、化学気相蒸着等の方法によって導電体層３と半導体
層２を交互に積み重ねて積層体を作り、該積層体を該積
層に垂直に所定の厚さをもたせて切断し、該切断面の一
方の面上にキャリヤ吸収層４をスパッタ法等により被着
することによって作成される。ここで、半導体層２と導
電体層３の厚さは、用いる導電体の抵抗、半導体のキャ
リヤ拡散長を考慮して調整する。
着、化学気相蒸着等の方法によって導電体層３と半導体
層２を交互に積み重ねて積層体を作り、該積層体を該積
層に垂直に所定の厚さをもたせて切断し、該切断面の一
方の面上にキャリヤ吸収層４をスパッタ法等により被着
することによって作成される。ここで、半導体層２と導
電体層３の厚さは、用いる導電体の抵抗、半導体のキャ
リヤ拡散長を考慮して調整する。
導電体層３とキャリヤ吸収層４を同一材質のものとすれ
ば、フォトエツチング法等により一体化構造のものとし
て作成することもできる。
ば、フォトエツチング法等により一体化構造のものとし
て作成することもできる。
第３図は本発明の他の実施例の概略説明図である。キャ
リヤ吸収板１４上に所定厚さの半導体層１２を形成した
後、フォトエツチング法により該半導体層１２の表面か
らキャリヤ吸収板１４に達する所定パターンを有する貫
通孔をあけ、該貫通孔内に方向性スパッタ法等を用いて
導電体を充填して導電体層１３を形成して作成される。
リヤ吸収板１４上に所定厚さの半導体層１２を形成した
後、フォトエツチング法により該半導体層１２の表面か
らキャリヤ吸収板１４に達する所定パターンを有する貫
通孔をあけ、該貫通孔内に方向性スパッタ法等を用いて
導電体を充填して導電体層１３を形成して作成される。
第４図は本発明の第３の実施例を示す概略説明図であり
、第１図に示した構造の半導体電極１の光照射面上に半
導体層２と同種の半導体薄膜１５を真空蒸着法等により
形成すれば、光照射面における半導体層の照射面積を大
きくするので好ましい。
、第１図に示した構造の半導体電極１の光照射面上に半
導体層２と同種の半導体薄膜１５を真空蒸着法等により
形成すれば、光照射面における半導体層の照射面積を大
きくするので好ましい。
電解液中に溶解しやすい半導体を用いる場合には、光照
射面を該液に溶解しにくい白金等の金属の薄膜やポリピ
ロール等の導電性高分子膜で被覆するのが好ましい。
射面を該液に溶解しにくい白金等の金属の薄膜やポリピ
ロール等の導電性高分子膜で被覆するのが好ましい。
第５図は本発明の第４の実施例を示す概略説明図である
。本実施例は、第１図に示した半導体電極１のキャリヤ
吸収層４の積層体との接触面と反対側の面に対極１Ｇを
電気的に接触させたものであす、この場合には半導体電
極１と対極１６とを接続する導線は不要となる。
。本実施例は、第１図に示した半導体電極１のキャリヤ
吸収層４の積層体との接触面と反対側の面に対極１Ｇを
電気的に接触させたものであす、この場合には半導体電
極１と対極１６とを接続する導線は不要となる。
第６図、第７図は本発明のさらに他の実施例で、この場
合はキャリヤ吸収層４と対極１６の間にエポキシ樹脂、
金属酸化物等の絶縁層エフを介在させ、キャリヤ吸収層
４と対極１６を導ｌ１１８で接続するようにしたもので
ある。
合はキャリヤ吸収層４と対極１６の間にエポキシ樹脂、
金属酸化物等の絶縁層エフを介在させ、キャリヤ吸収層
４と対極１６を導ｌ１１８で接続するようにしたもので
ある。
第１図および第５図に示した構造の半導体電極を用いた
湿式光電池を作成して実験を行なった。
湿式光電池を作成して実験を行なった。
この場合、半導体層の材料としてａ−８ｉ：Ｈ。
キャリヤ吸収層および導電体層の材料としてＮｉシリサ
イドを用い、半導体板および半導体層の厚さはそれぞれ
５００−１１１１ｍ、導電体層の厚さは１ｐとし、全体
で約１０００層蒸着して約１ 、５ｍｍの厚さにした。
イドを用い、半導体板および半導体層の厚さはそれぞれ
５００−１１１１ｍ、導電体層の厚さは１ｐとし、全体
で約１０００層蒸着して約１ 、５ｍｍの厚さにした。
この積層体を０．５＋＋＋ｍの幅にカットし、積層体の
一方の断面上にスパッタ蒸着法で、０．３ｍｍ厚さのＮ
ｉシリサイドからなるキャリヤ吸収層を形成して半導体
電極とした。また、対極として白金を、電解液として１
モルのＮａＯＨ水溶液を使用した。前記の半導体電極、
対極、電解液を使用して、Ａｉｒ Ｍａｓｓｌの太陽光
のもとて水の光分解を行なった。その結果、面構造の半
導体電極とも４．５％のエネルギー変換効率が得られた
。これに対して、従来構造のａ−８ｉ：Ｈ電極でのエネ
ルギー変換効率は、非水溶液の酸化−還元系を用いて３
％程度である。さらに、上記実施例で作成した半導体電
極の光照射面を厚さ１−程度のａ−８ｉｌ膜でコーティ
ングしたところ、エネルギー変換効率は５．９％に増加
した。
一方の断面上にスパッタ蒸着法で、０．３ｍｍ厚さのＮ
ｉシリサイドからなるキャリヤ吸収層を形成して半導体
電極とした。また、対極として白金を、電解液として１
モルのＮａＯＨ水溶液を使用した。前記の半導体電極、
対極、電解液を使用して、Ａｉｒ Ｍａｓｓｌの太陽光
のもとて水の光分解を行なった。その結果、面構造の半
導体電極とも４．５％のエネルギー変換効率が得られた
。これに対して、従来構造のａ−８ｉ：Ｈ電極でのエネ
ルギー変換効率は、非水溶液の酸化−還元系を用いて３
％程度である。さらに、上記実施例で作成した半導体電
極の光照射面を厚さ１−程度のａ−８ｉｌ膜でコーティ
ングしたところ、エネルギー変換効率は５．９％に増加
した。
以上説明したように、本発明は半導体層と導電体層を光
照射方向に直角になるように交互に積層配置しであるの
で、直列抵抗が小さく、従来構造のものを用いるよりも
光エネルギー変換効率が４〜５割大きい湿式光電池を得
ることができる。また、光照射方向の半導体層の厚さを
従来技術のように特に薄くする必要がないので、装置を
小型化することも、大型化することも可能である。
照射方向に直角になるように交互に積層配置しであるの
で、直列抵抗が小さく、従来構造のものを用いるよりも
光エネルギー変換効率が４〜５割大きい湿式光電池を得
ることができる。また、光照射方向の半導体層の厚さを
従来技術のように特に薄くする必要がないので、装置を
小型化することも、大型化することも可能である。
第１図は本発明の半導体電極の一実施例を示す概略説明
図、第２図は第１図に示した半導体電極を光電極として
用いた湿式光電池の概略説明図、第３図〜第７図は本発
明の半導体電極の他の実施例を示す概略説明図である。 図において。 １・・・半導体電極 ２，１２・・・半導体層２
′・・・半導体板 ３，１３・・・導電体層４．
１４・・・キャリヤ吸収層 ５・・・絶縁層 ６，１６・・・対極７・・
・導線 ８・・・電池槽９・・・電解液
１５・・・半導体薄膜１７・・・絶縁層
１８・・・導線代理人弁理士 中 村 純之
助 才１ （資） ｔ３図 覧 ２′ 十２図
図、第２図は第１図に示した半導体電極を光電極として
用いた湿式光電池の概略説明図、第３図〜第７図は本発
明の半導体電極の他の実施例を示す概略説明図である。 図において。 １・・・半導体電極 ２，１２・・・半導体層２
′・・・半導体板 ３，１３・・・導電体層４．
１４・・・キャリヤ吸収層 ５・・・絶縁層 ６，１６・・・対極７・・
・導線 ８・・・電池槽９・・・電解液
１５・・・半導体薄膜１７・・・絶縁層
１８・・・導線代理人弁理士 中 村 純之
助 才１ （資） ｔ３図 覧 ２′ 十２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体電極を光電極として用いる光エネルギー変換
装置の電極において、前記半導体電極が半導体層と導電
体層を交互に積み重ねて積層体とし、該積層体の層に垂
直な一つの断面にキャリヤを吸収するためのキャリヤ吸
収層を電気的に接触させると共にもう一つの断面を光照
射面とした構造を有することを特徴とする光エネルギー
変換装置の電極。 ２、特許請求の範囲第１項記載の光エネルギー変換装置
の電極において、前記半導体層と導電体層とからなる積
層体の複数個が該半導体層と同種の半導体層を介して横
方向に積層された構成を有することを特徴とする光エネ
ルギー変換装置の電極。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の光エネル
ギー変換装置の電極において、前記半導体電極の前記導
電層と前記キャリヤ吸収層が同一の物質からなることを
特徴とする光エネルギー変換装置の電極。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の
光エネルギー変換装置の電極において、前記導電体層と
前記キャリヤ吸収層を一体構造としたことを特徴とする
光エネルギー変換装置の電極。 ５、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４
項記載の光エネルギー変換装置の電極において、前記半
導体電極の前記光照射面上に前記半導体層と同種の半導
体薄膜が被着されていることを特徴とする光エネルギー
変換装置の電極。 ６、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項ま
たは第５項記載の光エネルギー変換装置の電極において
、前記半導体電極の前記キャリヤ吸収層と対極とを絶縁
層を介して一体化した構造としたことを特徴とする光エ
ネルギー変換装置の電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61296787A JPS63150869A (ja) | 1986-12-15 | 1986-12-15 | 光エネルギ−変換装置の電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61296787A JPS63150869A (ja) | 1986-12-15 | 1986-12-15 | 光エネルギ−変換装置の電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63150869A true JPS63150869A (ja) | 1988-06-23 |
Family
ID=17838125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61296787A Pending JPS63150869A (ja) | 1986-12-15 | 1986-12-15 | 光エネルギ−変換装置の電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63150869A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008049927A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Nansin Co Ltd | 組立式台車フレーム |
| US20130015076A1 (en) * | 2010-02-08 | 2013-01-17 | Akihito Yoshida | Hydrogen production device and method for producing hydrogen |
| US9447508B2 (en) | 2010-09-28 | 2016-09-20 | Sharp Kabushiki Kaisha | Hydrogen production device and method for producing hydrogen |
-
1986
- 1986-12-15 JP JP61296787A patent/JPS63150869A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008049927A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Nansin Co Ltd | 組立式台車フレーム |
| US20130015076A1 (en) * | 2010-02-08 | 2013-01-17 | Akihito Yoshida | Hydrogen production device and method for producing hydrogen |
| US9708718B2 (en) * | 2010-02-08 | 2017-07-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Hydrogen production device and method for producing hydrogen |
| US9447508B2 (en) | 2010-09-28 | 2016-09-20 | Sharp Kabushiki Kaisha | Hydrogen production device and method for producing hydrogen |
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