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JPH0330269B2 - - Google Patents
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JPH0330269B2 - - Google Patents

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JPH0330269B2
JPH0330269B2 JP56206472A JP20647281A JPH0330269B2 JP H0330269 B2 JPH0330269 B2 JP H0330269B2 JP 56206472 A JP56206472 A JP 56206472A JP 20647281 A JP20647281 A JP 20647281A JP H0330269 B2 JPH0330269 B2 JP H0330269B2
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semiconductor
layer
semiconductors
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20Light-sensitive devices
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells
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    • Y02E10/549Organic PV cells

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

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ツクス(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。 従来光電変換装置特に太陽電池においては、光
照射によつ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、曇り等で出力の変動が大きい。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
は大きな問題であつた。 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。 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
を有するレドツクス系を設けることを特徴として
いる。 すなわち例えば透過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層はレドツクスと接し、
このレドツクスに電子またはホールを提供する。
そしてこのレドツクスを電荷の関係において、 Rn+→R(n+)+ …(1) Qm+→Q(m-)+ …(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 とするレドツクスが実用上好ましいものである。 例えば Fe(ビピリジン)2+3、(ClO42-2(単にEBPとい
う) Fe(フエナンスロリン)2+3、(ClO)2-2 Ru(ビピリジン)2+3、(ClO42-2(単にRBPと
いう) Ru(フエナンスロリン)2+3、(ClO42-2 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
しいものであつた。 またこのレドツクスの溶媒として、プリピレン
カーボネイト
The present invention integrates a photoelectric conversion device that generates electrons and holes through light irradiation with redox (reduction-oxidation reaction solution), thereby flattening output, storing power, and reducing power usage at night. It is something that we will do. BACKGROUND ART 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. 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. 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. The present invention is characterized in that it compensates for these drawbacks by providing a redox system that is integrated into the solar cell and has a power storage effect only in the area that is irradiated with light. That is, for example, light passing through glass, which is a transparent 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 is in contact with the redox,
Provide electrons or holes to this redox.
In terms of the charge relationship, this redox is changed as follows: R n+ →R (n+)+ …(1) Q m+ →Q (m-)+ …(2) increases the n value to n+α value, and the other increases the m value to m
-β, thereby storing it as electrical energy. In particular, a redox in which R=Q n=m=2 α=β=1 is practically preferable. For example, Fe (bipyridine) 2+3 , (ClO 4 ) 2-2 (simply referred to as EBP) Fe (phenanthroline) 2+3 , (ClO) 2-2 Ru (bipyridine) 2+3 , (ClO 4 ) 2-2 (Simply referred to as RBP) Ru (phenanthroline) 2+3 and (ClO 4 ) 2-2 are preferred. In particular, RBP is superior in terms of physical properties, but FBP, which is inexpensive and non-toxic, is preferred from a practical standpoint. In addition, propylene carbonate is used as a solvent for this redox.

【式】(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。 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ツクスとして水、
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。 特に水を用いる場合、半導体がレドツクスに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アスまたはセミアモルフア
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。 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ツクス系
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
500mm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=1.5〜1.8eV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アスまたは
セミアモルフアス珪素においては、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PIN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(0X1)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に比べて広く設けて
おくことができる。このためこのPまたはN層は
50〜500A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ツクス
密接させることができた。 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ツクス系のたて断面
図Aおよびそれに対応したエネルギバンド図Bで
ある。 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さらにレドツ
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、レドツクスの界面9にて、N型
の酸化チタンにあつてはホールが水と反応し酸素
を発生させる。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。 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ツ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3〜3.5eV
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。 このため入射光エネルギのうち酸化・還元反応
(単にレドツクス反応という)に有効に用いられ
る効果が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つた。 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アス(非晶質)、5〜100Aの
大きさの結晶性を有するセミアモルフアス、また
は30〜3000A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ツ素、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。 さらにレドツクス表面と接する半導体は溶解し
にくいSixC1-X(0X1)(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
えてこの半導体材料により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〜
3.0eVの広いEg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ユ
ームまたはSixGe1-X(0X1)を用いたこと
を他の特徴としている。 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
よりレドツクス系にエネルギを蓄積させることが
10%以上の効率で可能になつた点がきわめて大き
な特徴である。 以下に図面に従つて本発明を示す。 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に接してレドツ
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。 この図面において入射光10は従来のレドツク
スを用いた半導体電極反応と異なり、透光性基板
30側により行ない、この半導体12にて発生し
た電子またはホールがレドツクス1との界面9に
与えられ、レドツクス反応を生ぜしめた。 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(0X<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、1.6〜3eV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で十分であつた。この例の電極20は
ITO(酸化インジユームと酸化スズの混合体)ま
たはその上面に100〜300A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。 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アスまたはセミア
モルフア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。 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1.7〜3.0eVを有し、代表的には
SixC1-X(0X<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
ドツクス反応により難溶解性であり、かつレドツ
クス体が水の如き酸化物にあつては酸化して絶縁
膜になつ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。 特に一般の半導体では代表的には珪素が用いら
れるが、かかる珪素にあつ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つ
た。 また第2図Aにおいてはレドツクスは水溶液代
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いを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、カノード側にて水素を4
3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。 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つた。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0
Ω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%を得ることができた。さら
に価格的にも半導体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PIN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つた。 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。 第2図Bは本発明の他の実施例を示す。 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。レドツクス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ツクス2および対抗電極側の
レドツクス3が設けられている。 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、またレドツクス反応を
させてレドツクス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極を流せ
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。 この第2図Bにおいては非水溶液を用いた。特
にその溶質としては、 Fe(ビピリジン)2+3、(ClO42-2(FBP) Fe(フエナセロリンまたはフエナンスロリン
(phenanthroline))2+3、(ClO42-2 Ru(ビピリジン)2+3、(ClO42-2(RBP) Ru(フエナンスロリン)2+3、(ClO42-2 を用い、また溶媒として プロピレンカーボネート
[Formula] (hereinafter simply referred to as PPK) or acetonitrile (CH 3
CN) is an anhydride, which is a typical stable non-toxic solvent with little electrode reaction. Of course, as a redox in a system using a semiconductor using the PIN junction of the present invention as an electrode,
A chromium bath solution or a mixture of the above-mentioned iron bath solution and chromium solution may also be used. Particularly when water is used, semiconductors are exposed to redox N.
For example, when the layers are in contact with each other, hydrogen is generated, and oxygen is released on the P layer side, which receives holes or releases 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. 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. For this reason, sunlight etc.
The efficiency is extremely low for continuous light centered at 500mm. Therefore, in the present invention, we use non-single crystal silicon with Eg (energy band width) of 1.0 to 2.5 eV, especially to generate electrons and holes with irradiation light. It is a feature. In other words, 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 0.3-1μ, typically 0.5μ
and for the P or N layer,
SixC 1-X (0X1) In particular, the optical energy band width of X = 0.2 to 0.7 is 1.8 to 2.8eV and the I layer is 1.0 to
1.9 eV can be set wider than typically 1.7 to 1.8 eV. Therefore, this P or N layer
It is possible to make it very thin at 50 to 500A, so for the first time, light is irradiated from the side of the transparent substrate, especially the glass substrate, and the semiconductor with the PIN junction provided on the electrode of this substrate has a total thickness of 0.3 to 1μ. Since it does not need to be thin, the redox can be placed closely on the window surface of this semiconductor. 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. In the drawing, a semiconductor 5 made of titanium oxide is provided on a metal substrate 6, a counter electrode 4, and a redox 1, such as water, is filled between the two electrodes. When light, especially ultraviolet light, is irradiated here, the first
As shown in FIG. B, electrons and holes are generated in the titanium oxide 5, and in the case of N-type titanium oxide, the holes react with water to generate oxygen at the redox interface 9. Furthermore, the interface 11 of this counter electrode 4
Conversely, hydrogen is generated and a photochemical reaction using a so-called semiconductor electrode can be accomplished. However, in this conventionally known system, the optical energy band width (referred to as Eg) is 3 to 3.5 eV, although the semiconductor is an oxide and therefore does not dissolve in redox.
Therefore, only the ultraviolet rays of sunlight can be used. For this reason, less than 0.1% of the incident light energy is effectively used for oxidation/reduction reactions (simply referred to as redox reactions), which is extremely inefficient and completely impossible to put into practical use. The present invention eliminates such drawbacks and effectively utilizes irradiated light by using amorphous amorphous, semi-amorphous amorphous with crystallinity of 5 to 100 A, or microcrystalline of 30 to 3000 A. A material whose main component is a non-single-crystal semiconductor made of certain micro-polycrystals, and in which 0.1 to 30 mol% of hydrogen or a halogen element such as fluorine or chlorine is added to the non-single-crystal semiconductor to neutralize recombination centers. It is characterized by its use. Another feature is that the semiconductor in contact with the redox surface uses SixC 1-X (0X1) (hereinafter simply referred to as silicon carbide), which is difficult to dissolve. In addition, this semiconductor material allows a PIN junction to be provided, with the P and N layers having a thickness of 1.6~50~500A.
Another feature is that it has a wide Eg of 3.0 eV and uses silicon, germanium, or SixGe 1-X (0X1), which has an intrinsic or substantially intrinsic conductivity type. Semiconductors with such PIN junctions have a non-single crystal structure, so the light absorption coefficient is 10~10 compared to that of a single crystal structure.
It is 30 times larger and uses 1.5 to 1.8 eV, which is optimal for generating electron-hole pairs with irradiation light.
We were able to absorb more than 70% of sunlight with a semiconductor thickness of 0.3 to 1μ. Therefore, energy can be accumulated in the redox system by irradiation light.
An extremely significant feature is that it has been made possible with an efficiency of over 10%. The present invention will be illustrated below with reference to the drawings. In FIG. 2, a redox 1 is disposed in contact with a non-single crystal semiconductor 12 having a PIN junction according to the present invention and its N or P layer 16, and a counter electrode 28 is further provided. In this drawing, unlike the conventional semiconductor electrode reaction using redox, the incident light 10 is performed from the transparent substrate 30 side, and electrons or holes generated in this semiconductor 12 are given to the interface 9 with the redox 1, causing the redox to react. caused a reaction. 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
Alternatively, carbon or silicon carbide having SixC 1-X (0X<1) is used for the P layer 16 to improve the melting resistance as a semiconductor surface. In particular, in order to reduce the absorption loss of the light irradiated on the P or N layer 14 on the incident light side, it is extremely important to set it to 1.6 to 3 eV, typically 1.8 to 2.3 eV, and furthermore, the thickness of the P or N layer 14 is 50
~200A was sufficient. The electrode 20 in this example is
A translucent electrode made of ITO (a mixture of indium oxide and tin oxide) or a double structure on which tin oxide was formed to a thickness of 100 to 300 A or tin oxide was used. The thickness of the I layer is typically 0.4 to 0.6μ.
A semiconductor mainly composed of silicon having a non-single-crystal structure, particularly an amorphous or semi-amorphous structure with a thickness of . A semiconductor represented by SixGe 1-X (0<X<1) may be used for this purpose. Furthermore, 50 to 500A for N or P layer 16
carbon or silicon carbide having a thickness of . This semiconductor has an Eg of 1.7 to 3.0eV, typically
SixC 1-X (0X<1) had X=0.1 to 0.8. The semiconductor having this electrode interface 9 is hardly soluble due to 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. 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. Further, in FIG. 2A, 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, 16 of the semiconductors can be made N-type and 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, and hydrogen is absorbed by 4 at the cathode side.
3, and oxygen can also be released from 44 on the anode side 28. 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. Especially in this structure, since the irradiated light does not pass through the aqueous solution,
It is no longer reflected on the water surface and can now be decomposed into oxygen and hydrogen using electrical energy generated by solar cells and stored. The conversion efficiency is not less than 1% as conventionally known, and in particular, in order to generate oxygen and hydrogen, the load 25 is reduced to 0.
It is sufficient to turn it on by setting it to Ω. In that case, a conversion efficiency of 10 to 18% could be obtained. Furthermore, in terms of cost, since the semiconductor is a non-single crystal semiconductor and is provided on the transparent electrode on the substrate 30 using the plasma CVD method, it is possible to manufacture a semiconductor with a 10 cm square PIN layer for 100 to 300 yen. , and its contribution to industry was extremely large. FIG. 3 shows the energy band diagram at FIG. 2 A-A'. The numbers correspond to FIG. 2A. FIG. 2B shows another embodiment of the invention. That is, the transparent electrode 20 is placed on the transparent substrate 30,
It consists of a semiconductor 12, a P or N layer 14, an I layer 15, an N or P layer 16, and a counter electrode 28, which are made of the same materials as in FIG. 2A. The redox 1 has a semipermeable membrane, for example, 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. If the irradiated light 10 is used as an output as it is, the load 24 may be used, and in order to cause a redox reaction and store energy in the redox 1, the load 25 may be turned on to 0Ω and the electrodes flow. Moreover, the load 23 may be used to release the stored energy at night or the like. In this FIG. 2B, a non-aqueous solution was used. In particular, the solutes include: Fe (bipyridine) 2+3 , (ClO 4 ) 2-2 (FBP) Fe (phenanthroline or phenanthroline) 2+3 , (ClO 4 ) 2-2 Ru (bipyridine) 2+ 3 , (ClO 4 ) 2-2 (RBP) Ru (phenanthroline) 2+3 , (ClO 4 ) 2-2 and propylene carbonate as a solvent.

【式】 アセトニトリル CH3−CN を用いた。 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。 かくすることにより、 Rn+→R(n+)+アノード Qm+→Q(m-)+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。 かくして非水溶液中にて特に屋根等に設けられ
た光電変換装置を裏面にて、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。 第4図は第2図Bの非水溶液を用いたレドツク
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。 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。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よりなつている。この相補構造
(コンプリメンタリー)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22を0Ωに近ずけ、スイ
ツチ26をオンとすればよい。すると照射光10
によりレドツクス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。もし蓄積
されたエネルギを使用する場合には、負荷23を
用周い行なえばよい。 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。図面においては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2
8,29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
ユーム、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。 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。レドツクス反応に
はスイツチ16をオンとして発生せしめ光電変換
装置としては負荷35,34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
なつてもよい。 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ツクス
1中の一方のレドツクスに与え、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
またはカノードとなる場合は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と同様に作つ
て用いることが好ましかつた。かくしてレドツク
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、新たなレドツクスを41,42より供給し、
例えばFBPを供給し、反応したレドツクスをそ
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
ツ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。また放電は負荷23を介して行なえ
ばよい。この技術は第2図B、第3図の実施例に
もあてはめることができる。 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
にレドツ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
イングしても同様にレドツ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
ると好都合であつた。
[Formula] Acetonitrile CH 3 −CN was used. Especially due to its low cost and non-toxicity
FBP was used. Although expensive, RBP has higher efficiency. In particular, FBP has extremely high solubility in the solvent propylene carbonate.
A large amount of energy can be stored in a small volume. By doing this, in the general formula R n+ →R (n+)+ anode Q m+ →Q (m-)+ cathode, especially the reaction where R=Q=FBP n=m=2 α=β=1 , that is, the reaction of FBP 2+ →FBP 3+ anode and FBP 2+ →FBP 1+ cathode could be carried out. In this case, the load 25 should be turned on while approaching 0Ω. In addition, when releasing the accumulated energy, load 23
We were able to perform the reverse reaction using Also, if used simply as the output of a photoelectric conversion device,
The circuit system of the load 24 may be used. The electrode 15 on the semiconductor was made of tin oxide or the like in a comb shape. 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 power supply for night lighting in general households, and further stabilizes the output power. It has the great feature of being able to be supplied with FIG. 4 shows another embodiment of the present invention in which the redox reaction system using a non-aqueous solution shown in FIG. 2B is further developed. In the drawing, it has a complementary structure in which semiconductor electrodes are used on the cathode side and the anode side. That is, in one semiconductor electrode 12, the N layer 19 and the I
It consists of a layer 18 and a P layer 17. In this complementary structure, the semi-permeable membrane, particularly the ion conversion membrane 7 is used, and in order to store energy by light irradiation, the load 22 should be brought close to 0Ω and the switch 26 should be turned on. Then the irradiation light 10
Therefore, in the redox 1, reactions similar to those shown in FIG. 2B occur on the cathode side 2 and the anode side 3. If the stored energy is to be used, the load 23 may be cycled. 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, an electrode 20 in contact with the semiconductor,
21 is a transparent conductive electrode, and the electrode 2 for emission
8 and 29 are made using, for example, tin oxide. As this extraction electrode, not only tin oxide but also 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 can be similarly applied to 28 or 43 in FIG. Others are second
This is the same as in Figure A or B. FIG. 6 shows another embodiment of the invention. In this drawing, semiconductor electrodes are provided with comb-shaped electrodes as in FIG. 2B, and a semi-permeable membrane 7 is provided as a complementary structure. The redox reaction is generated by turning on the switch 16, and used as a photoelectric conversion device by the loads 35 and 34.
The release of stored energy can be utilized using a load 23. Of course, the discharge of the stored energy may be performed using the electrodes 46, 47 instead of the electrodes 28, 29. FIG. 7 shows a further development of the semiconductor device of FIG. 2B. That is, the semiconductor 12 provides electrons or holes to one of the redoxes 1 by the irradiation light 10, and provides holes or electrons 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 it is preferable to use it by providing non-single-crystal silicon carbide on a metal plate by plasma vapor phase method in the same manner as the semiconductor 12. It was. 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 supplied from 41 and 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 storage could be achieved over a long period and on a large scale. Further, the discharge may be performed via the load 23. This technique can also be applied to the embodiments of FIGS. 2B and 3. Furthermore, in the present invention, a non-single crystal semiconductor having a PIN structure is used, and the fact that the redox is in contact with the N or P layer of this semiconductor is a major feature in terms of increasing the efficiency of the reaction current. 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ツクス
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. 2A and 2B show an outline of the semiconductor device of the present invention. FIG. 3 is an energy band diagram corresponding to FIG. 2A. 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 透光性基板上に、第1の透光性電極と基板側
にP層を有するPIN接合を持つ第1の半導体と、
前記基板上に第2の透光性電極と基板側にN層を
有するPIN接合を持つ第2の半導体とを設け、上
記第1の半導体のN層及び上記第2の半導体のP
層又は、前記各層上の電極のみ接し透光性基板と
は接しないようにレドツクス反応溶液を設け、上
記レドツクス反応溶液内に上記2つの半導体を分
離する隔膜と該隔膜によつて分離された各レドツ
クス反応溶液に接する上記第1及び第2の半導体
に対応した第1及び第2の電極とを設け前記透光
性基板を通過した光で第1および第2の半導体が
光起電力を発生し、前記第1および第2の半導体
にて発生された光起電力を用いて、レドツクス反
応を行わしめる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、前記第1お
よび第2の半導体より発生した光起電力によつて
レドツクス反応溶液は Rn+→R(n+)+ Qm+→Q(m-)+ 但しR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、第1および第
2の半導体への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(ビピリジン)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、層は珪素
またはゲルマニユームを主成分とし、またPまた
はN層はSiXC1-x(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 having a first transparent electrode and a P layer on the substrate side on a transparent substrate;
A second light-transmitting electrode and a second semiconductor having a PIN junction having an N layer on the substrate side are provided on the substrate, and the N layer of the first semiconductor and the P layer of the second semiconductor are provided.
A redox reaction solution is provided in such a way that only the electrodes on the semiconductor layer or each layer are in contact with each other and not the transparent substrate, and in the redox reaction solution there is a diaphragm separating the two semiconductors, and each semiconductor separated by the diaphragm. First and second electrodes are provided corresponding to the first and second semiconductors in contact with the redox reaction solution, and the first and second semiconductors generate photovoltaic force due to light passing through the light-transmitting substrate. . A semiconductor device, characterized in that a redox reaction is carried out using photovoltaic forces generated in the first and second semiconductors. 2. In claim 1, the photovoltaic force generated by the first and second semiconductors causes the redox reaction solution to become R n+ →R (n+)+ Q m+ →Q (m-)+ However, R and Q are molecules, n and m are ion valences, α and β are valences that were changed by light irradiation, causing a reaction expressed by the formula, and stopping or weakening the light irradiation to the first and second semiconductors. 1. A semiconductor device characterized in that a reverse reaction occurs when an electrical output is taken out from first and second electrodes. 3 In claim 2, R and Q
1. A semiconductor device characterized in that a propylene carbonate solvent contains a solute in which is Fe (bipyridine), n and m are divalent, and α and β are monovalent. 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 the layer having an intrinsic or substantially intrinsic conductivity type has an optical energy band width of 1.6 to 3.0 eV. A semiconductor device comprising a non-single crystal semiconductor having a voltage of 1.0 to 1.9 eV. 5. A semiconductor device according to claim 4, wherein the layer has silicon or germanium as a main component, and the P or N layer has SiXC 1-x (0≦X<1) as a main component.
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