JPS5826623B2 - 光電池 - Google Patents
光電池Info
- Publication number
- JPS5826623B2 JPS5826623B2 JP51154010A JP15401076A JPS5826623B2 JP S5826623 B2 JPS5826623 B2 JP S5826623B2 JP 51154010 A JP51154010 A JP 51154010A JP 15401076 A JP15401076 A JP 15401076A JP S5826623 B2 JPS5826623 B2 JP S5826623B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- titanium
- light
- photovoltaic cell
- photoelectrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Hybrid Cells (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するエ
ネルギー変換装置に関するものである。
ネルギー変換装置に関するものである。
電極に光を照射することによシ、電気化学的な挙動を示
す光電極は古くからよく知られておシ、多数の半導体が
光電極として用いられている。
す光電極は古くからよく知られておシ、多数の半導体が
光電極として用いられている。
一般的にｎ型半導体はアノード反応に光応答性があり、
ｐ型半導体はカソード反応に光応答性がある。
ｐ型半導体はカソード反応に光応答性がある。
各種多数の半導体の中において、ｎ型半導体である酸化
チタン（ルチル型構造）をアノードとして用いた場合、
電極電位は他の半導体電極にくらべて卑であり、しかも
、比較的広範囲の電解液に不溶性でかつ安定であって、
電極自体はなんら変化しないで、溶液中の物質のみが、
電気化学反応にあづかるという非常にすぐれた特質をも
っているということが今日にいたって判明されている。
チタン（ルチル型構造）をアノードとして用いた場合、
電極電位は他の半導体電極にくらべて卑であり、しかも
、比較的広範囲の電解液に不溶性でかつ安定であって、
電極自体はなんら変化しないで、溶液中の物質のみが、
電気化学反応にあづかるという非常にすぐれた特質をも
っているということが今日にいたって判明されている。
とのルチル型酸化チタンをアノードとして、適当なカソ
ードと組み合わせることによって、種々の光電池を構成
することができる。
ードと組み合わせることによって、種々の光電池を構成
することができる。
その中の１つとして、燃料電池で用いられる空気（酸素
）拡散型電極との組み合わせなども、試みられている。
）拡散型電極との組み合わせなども、試みられている。
この場合、電解液としてか性アルカリ液を用いるが、そ
の電池特性は起電力として約１．ＩＶが得られ、アノー
ドへの十分な光照射により、ある程度の電力がとりだす
ことができ、新型光電池としてその実現可能性が期待さ
れている。
の電池特性は起電力として約１．ＩＶが得られ、アノー
ドへの十分な光照射により、ある程度の電力がとりだす
ことができ、新型光電池としてその実現可能性が期待さ
れている。
この光電池の反応は、アノードでは
ｈν（光）→ ｅ ＋ ｐ （ｈ ニブラン
ク定数）４ ｐ ＋ ４０Ｈ−→２Ｈ２０＋ ０２↑（
シ：光の振動数） カソードでは （ｅ：電子）０２＋２Ｈ２
０＋４ｅ→４０Ｈ（ｐ：電子ホール）の反応が進行する
と考えられている。
ク定数）４ ｐ ＋ ４０Ｈ−→２Ｈ２０＋ ０２↑（
シ：光の振動数） カソードでは （ｅ：電子）０２＋２Ｈ２
０＋４ｅ→４０Ｈ（ｐ：電子ホール）の反応が進行する
と考えられている。
したがって、アノードでは光照射によって水を分解して
酸素を生成し、カソードでは酸素が消費されている。
酸素を生成し、カソードでは酸素が消費されている。
この電池は、光と空気中の酸素を活物質として用いるの
で、充電することなく半永久的に作動が可能であるので
、シリコン太陽電池などと同様、繁雑な手入れはまった
く不必要である。
で、充電することなく半永久的に作動が可能であるので
、シリコン太陽電池などと同様、繁雑な手入れはまった
く不必要である。
ただ、このような光電池において、ルチル型二酸化チタ
ンのような半導体電極を用いた場合、電流がち１シ多く
とシだせない。
ンのような半導体電極を用いた場合、電流がち１シ多く
とシだせない。
その原因として、（１）半導体表面での光の電子への変
換効率が低いとと（数多以下）。
換効率が低いとと（数多以下）。
（ｊ２）、１半導体電極の反応面は光照射面になるが、
対極は光照射の都合上、光照射面の反対側に配置せねば
ならず、そのために反応イオンは光電極を周回しなけれ
ばならないので、電解液抵抗が非常に大きくなる。
対極は光照射の都合上、光照射面の反対側に配置せねば
ならず、そのために反応イオンは光電極を周回しなけれ
ばならないので、電解液抵抗が非常に大きくなる。
（３）半導体電極の反応面は表面層であり、一面だけの
反応面に限られる。
反応面に限られる。
（４）ルチル型二酸化チタン半導体の電気抵抗は大きく
、したがって電極中でのＩＲ（電流×抵抗：降下が犬で
、電池内部抵抗は非常に大きい。
、したがって電極中でのＩＲ（電流×抵抗：降下が犬で
、電池内部抵抗は非常に大きい。
（５）光電極と導通する金属が、電解液に接すると局部
電池を形成し、内部損失を生ずるので、二酸化チタン粉
末と導電剤とを混合して、光電極を形成することはでき
ない。
電池を形成し、内部損失を生ずるので、二酸化チタン粉
末と導電剤とを混合して、光電極を形成することはでき
ない。
などがあげられる。
これらのことより、実用化が極めて困難とされているの
であるが、逆に上記のような問題点を改善すれば、それ
だけ実用化の可能性がます１す期待できるわけである。
であるが、逆に上記のような問題点を改善すれば、それ
だけ実用化の可能性がます１す期待できるわけである。
本発明では、これらの問題に着目し、とくに上記（２）
と（３）の点について、改善を行いさらに放電特性のす
ぐれた光電池を実現することを目的とする。
と（３）の点について、改善を行いさらに放電特性のす
ぐれた光電池を実現することを目的とする。
すなわち、従来においては、ルチル型二酸化チタンの単
結晶体、あるいはその粉末体を焼結したものを用いるの
であるが、本発明ではこれにかえて、酸化によって表面
に二酸化チタン層を形成した、スポンジチタンあるいは
チタン粉末焼結体などの多孔体電極を採用するものであ
る。
結晶体、あるいはその粉末体を焼結したものを用いるの
であるが、本発明ではこれにかえて、酸化によって表面
に二酸化チタン層を形成した、スポンジチタンあるいは
チタン粉末焼結体などの多孔体電極を採用するものであ
る。
この場合には、多孔質なので、光照射面と対極に向かう
面とが裏表であっても、極板中を電解液が自由に通過す
ることができるので、イオン拡散が容易となり、反応部
分と対極との間の溶液抵抗はかなシ小さくなシ、また極
板の反応面積も三次元構造をなしているので、大巾に増
加する。
面とが裏表であっても、極板中を電解液が自由に通過す
ることができるので、イオン拡散が容易となり、反応部
分と対極との間の溶液抵抗はかなシ小さくなシ、また極
板の反応面積も三次元構造をなしているので、大巾に増
加する。
さらに、多孔体電極であることから、光の極板内部への
透過も可能であり、多孔体極板の内部への乱反射も、反
応に寄与し、充分光エネルギーの利用を行なうことがで
きる。
透過も可能であり、多孔体極板の内部への乱反射も、反
応に寄与し、充分光エネルギーの利用を行なうことがで
きる。
一方、導電性の点からみても、連続するチタン金属導電
網の上に、ルチル型二酸化チタン層が直接形成されてい
るので、反応点から集電金属Ｗ４での近接距離は、従来
の酸化物を焼結した電極に比べて小さくなり、電極抵抗
は著しく小さくなる。
網の上に、ルチル型二酸化チタン層が直接形成されてい
るので、反応点から集電金属Ｗ４での近接距離は、従来
の酸化物を焼結した電極に比べて小さくなり、電極抵抗
は著しく小さくなる。
さて、表面に酢化層を有する電極としては、スクリーン
状のもの、エキスパンデッド状のもの、あるいはパンチ
ング板状のものなどが考えられるが、この場合には、イ
オンの透過性はよくなるが、極板の反応面積は小さくな
るし、上記極板は平面的なので、極板の孔を通過した光
量は損失することになる。
状のもの、エキスパンデッド状のもの、あるいはパンチ
ング板状のものなどが考えられるが、この場合には、イ
オンの透過性はよくなるが、極板の反応面積は小さくな
るし、上記極板は平面的なので、極板の孔を通過した光
量は損失することになる。
したがって、必ずしも有効とは限らない。
これらのことから、本発明の表面を酸化して、二酸化チ
タン層を形成したチタン金属多孔体電極の方が、従来の
ものより大巾に上回る電流をとりだすことができる。
タン層を形成したチタン金属多孔体電極の方が、従来の
ものより大巾に上回る電流をとりだすことができる。
以下実施例によって、本発明の特徴と効果を説明する。
１ず、本発明の光電極を第１図に示す。
図中、１は金属チタン層、２は二酸化チタン層、３は空
孔、４はリードである。
孔、４はリードである。
なお、この第１図の光電極５は数μから数ｎの孔を有す
るスポンジチタンを１２００℃の温度で、酸素雰囲気中
において熱処理したものである。
るスポンジチタンを１２００℃の温度で、酸素雰囲気中
において熱処理したものである。
ここで熱処理温度を１２００℃としたが、１０４０℃以
上であれば何度でもよい。
上であれば何度でもよい。
その理由は、光電極の二酸化チタンはルチル型が好まし
く、ルチル型が得られる温度は１０４０℃以上だからで
ある。
く、ルチル型が得られる温度は１０４０℃以上だからで
ある。
こうして得られた光電極と、酸素（空気）極とを組み合
わせた光電池をＡとする。
わせた光電池をＡとする。
この光電池の概略を第２図に示す。
５は前記の光電極で、大きさは縦１０ｓ＋ｓＸ横１０ｕ
×厚さ２ｕである。
×厚さ２ｕである。
６は空気極で縦１０ｎ×横１０ｍである。
７は１ノルマルのＫＯＨ水溶液、８はエポキシ樹脂の電
槽、９は光を透過するための石英ガラス、１０は電槽の
蓋、１１は電極５のリードでエポキシ樹脂で被ふくして
いる。
槽、９は光を透過するための石英ガラス、１０は電槽の
蓋、１１は電極５のリードでエポキシ樹脂で被ふくして
いる。
１２は空気極６のリード、１３は光源で、５００Ｗの高
圧水銀ランプ、１４はガス抜き孔である。
圧水銀ランプ、１４はガス抜き孔である。
比較のため、従来光電気化学的に活性であると言われて
いるルチル型二酸化チタンの単結晶を粉砕し、これを焼
結して大きさ縦１０ｉｍＸ横１０簡×厚さ２ｆｉの多孔
体とし、これに光を受ける面と反対の面よシ集電体のチ
タンネットを銀ペーストを介して密着させ、Ａと同様の
構成で光電池を組みたてた。
いるルチル型二酸化チタンの単結晶を粉砕し、これを焼
結して大きさ縦１０ｉｍＸ横１０簡×厚さ２ｆｉの多孔
体とし、これに光を受ける面と反対の面よシ集電体のチ
タンネットを銀ペーストを介して密着させ、Ａと同様の
構成で光電池を組みたてた。
これをＢとする。さらに同様に金属チタン面を酸化し金
属上にチタンの光電気化学的に活性な酸化物を形成する
にしても、もともとの基体の金属が多孔体であることが
どのように効果的であるかを比較する意味で、厚さ２ｎ
のチタンの金属板を酸化雰囲気中で１２００’Ｃで表面
酸化し、これを電極として用いた。
属上にチタンの光電気化学的に活性な酸化物を形成する
にしても、もともとの基体の金属が多孔体であることが
どのように効果的であるかを比較する意味で、厚さ２ｎ
のチタンの金属板を酸化雰囲気中で１２００’Ｃで表面
酸化し、これを電極として用いた。
この電極を用いて同様に構成した光電池をＣとする。
１ず、これらの電池を０．１ｍＡの電流で放電して安定
させた後、分極特性を測定した。
させた後、分極特性を測定した。
この結果を第３図に示す。
第３図から明らかなように、分極特性は人の方がＢ、Ｃ
ようはるかに良好である。
ようはるかに良好である。
Ａ、Ｂの比較においては、同じく多孔体であっても、導
体が多孔体全体の骨格をなし、その骨格そのものの表面
に直結して光電気化学的に活性なルチル型二酸化チタン
が形成されることが、分極を少なくし電池特性として良
い結果を導くことを示している。
体が多孔体全体の骨格をなし、その骨格そのものの表面
に直結して光電気化学的に活性なルチル型二酸化チタン
が形成されることが、分極を少なくし電池特性として良
い結果を導くことを示している。
人、Ｃの比較においては、同じく導体のチタン骨格の表
置がルチル型に酸化されたとしても、基体が板状である
場合は実施例のように他の電極と対で用いる上での特別
の配慮を電池構成上必要とすることになることを示す。
置がルチル型に酸化されたとしても、基体が板状である
場合は実施例のように他の電極と対で用いる上での特別
の配慮を電池構成上必要とすることになることを示す。
つまシ、光電極である以上、照射面側に障害物を置くこ
とは不可能で、対極は照射と反対側に置かねばならず、
その時の照射面と対極の間には板状の導体が存在するこ
とになると、たとえ照射面での特性が優れていても、結
局、分極抵抗は犬となる。
とは不可能で、対極は照射と反対側に置かねばならず、
その時の照射面と対極の間には板状の導体が存在するこ
とになると、たとえ照射面での特性が優れていても、結
局、分極抵抗は犬となる。
この点、本発明の場合は、基体を含めて全体が多孔体で
あるので、光照射側と裏面側の対極との間は金属のよう
なイオン伝導に対する障害はない。
あるので、光照射側と裏面側の対極との間は金属のよう
なイオン伝導に対する障害はない。
このように電池設計上は、単に素子自体の活性を論する
以上に、他の電極や構成材料との関係で素子自体の構造
を論する必要がある。
以上に、他の電極や構成材料との関係で素子自体の構造
を論する必要がある。
さらに付加すれば、素子自体の活性の比較として照射光
の障害にならないように照射側に白金対極をリング状に
配して分極すると、Ｃの電池で用いた電極でもＡに用い
た電極と同程度の分極に近づく、このことは、板状であ
ることによる難点を除けば電気化学的な活性そのものは
Ｃでも高いことを示している。
の障害にならないように照射側に白金対極をリング状に
配して分極すると、Ｃの電池で用いた電極でもＡに用い
た電極と同程度の分極に近づく、このことは、板状であ
ることによる難点を除けば電気化学的な活性そのものは
Ｃでも高いことを示している。
しかし、同一分極値での電流値がＡの電極の場合に比べ
て８０〜９０％と若干低下する傾向にあるのは、もとも
と多孔体の基体を酸化した粗な表面を有するＡの電極は
平滑な板を酸化したＣに比べて反射率が低く、それだけ
吸収効率としては高くなることに基づくものと推察され
る。
て８０〜９０％と若干低下する傾向にあるのは、もとも
と多孔体の基体を酸化した粗な表面を有するＡの電極は
平滑な板を酸化したＣに比べて反射率が低く、それだけ
吸収効率としては高くなることに基づくものと推察され
る。
また、この実施例では、スポンジチタンを用いたが、チ
タン粉末の焼結体を用いた場合も、スポンジチタンと同
様な処理、すなわち１０４０’Ｃ以上の温度により酸化
性雰囲気中で加熱処理を行なって、光電極として、Ａと
ほぼ同様の結果を得ることができた。
タン粉末の焼結体を用いた場合も、スポンジチタンと同
様な処理、すなわち１０４０’Ｃ以上の温度により酸化
性雰囲気中で加熱処理を行なって、光電極として、Ａと
ほぼ同様の結果を得ることができた。
この場合には、粒径５ｏμ〜５００μのチタン粉末を縦
１抽冨×横１０＋ｍＸ深さ２泪の大きさのアルミナ製の
型に充填し、真空中にて、１２００℃の温度で１時間焼
結し、しかるのちに、酸素をＩｔ／ｍｉｎの速度で約２
０分間送り込み、電極実表面を良好な酸化状態とし、こ
れを光電極としたものである。
１抽冨×横１０＋ｍＸ深さ２泪の大きさのアルミナ製の
型に充填し、真空中にて、１２００℃の温度で１時間焼
結し、しかるのちに、酸素をＩｔ／ｍｉｎの速度で約２
０分間送り込み、電極実表面を良好な酸化状態とし、こ
れを光電極としたものである。
以上のことから、本発明の光電池は、従来に比べて、電
池特性が大巾に上昇し、光エネルギーの有効利用をはか
る上において、その工業的価値はきわめて大きいもので
ある。
池特性が大巾に上昇し、光エネルギーの有効利用をはか
る上において、その工業的価値はきわめて大きいもので
ある。
第１図は本発明の実施例における光電極を示す図、第２
図は同光電極を用いた光電池の概略断面図、第３図は分
極特性を示す図である。 １・・・・・・金属チタン層、２・曲・二酸化チタン層
、３・・・・・・空孔、５・・開光電極。
図は同光電極を用いた光電池の概略断面図、第３図は分
極特性を示す図である。 １・・・・・・金属チタン層、２・曲・二酸化チタン層
、３・・・・・・空孔、５・・開光電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 立体的な三次元構造を有し、かつ表面に二酸化チタ
ン層を形成したチタン多孔体からなる光電極を用いたこ
とを特徴とする光電池。 ２ チタン多孔体が、スポンジチタンを１０４０℃以上
の温度の酸化性雰囲気中で熱処理したものである特許請
求の範囲第１項記載の光電池。 ３ チタン多孔体が、チタン粉末の焼結体を１０４０℃
以上の温度の酸化性雰囲気中で熱処理したものである特
許請求の範囲第１項記載の光電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51154010A JPS5826623B2 (ja) | 1976-12-20 | 1976-12-20 | 光電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51154010A JPS5826623B2 (ja) | 1976-12-20 | 1976-12-20 | 光電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5377188A JPS5377188A (en) | 1978-07-08 |
| JPS5826623B2 true JPS5826623B2 (ja) | 1983-06-03 |
Family
ID=15574926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51154010A Expired JPS5826623B2 (ja) | 1976-12-20 | 1976-12-20 | 光電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5826623B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4544470A (en) * | 1984-05-31 | 1985-10-01 | Ford Motor Company | Electrochemical photocatalytic structure |
| CH674596A5 (ja) * | 1988-02-12 | 1990-06-15 | Sulzer Ag | |
| JP5438471B2 (ja) * | 2009-11-09 | 2014-03-12 | 株式会社クラレ | 光電池および光蓄電池 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5913831B2 (ja) * | 1975-03-17 | 1984-04-02 | 健一 本多 | 電気化学光電池 |
-
1976
- 1976-12-20 JP JP51154010A patent/JPS5826623B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5377188A (en) | 1978-07-08 |
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