JPH0358190B2 - - Google Patents
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- JPH0358190B2 JPH0358190B2 JP56206473A JP20647381A JPH0358190B2 JP H0358190 B2 JPH0358190 B2 JP H0358190B2 JP 56206473 A JP56206473 A JP 56206473A JP 20647381 A JP20647381 A JP 20647381A JP H0358190 B2 JPH0358190 B2 JP H0358190B2
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- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
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Description
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とこにより、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
設備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。
すなわち例えば透光性基板であるガラスを透過
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,(ClO4)2- 2(単にFBPとい
う)
Fe(フエナンスロリン)2+ 3,(ClO4)2- 2
Ru(ビピリジン)2+ 3,(ClO4)2-(単にRBPという)
Ru(フエナンスロリン)2+ 3,(ClO4)2- 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 additional equipment space. 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 transmitted 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 is in contact with the redox,
Provide electrons or holes to this redox.
Then, in terms of the charge relationship, we change the number of charges as follows: R n+ →R (n+ 〓 )+ ……(1) Q m+ →Q (m+ 〓 )+ ……(2) One increases the n value to n + α value, and the other increases the m value to m
- By reducing the valence to β, it is intended to be stored 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 called FBP) Fe (phenanthroline) 2+ 3, (ClO 4 ) 2- 2 Ru (bipyridine) 2+ 3, (ClO 4 ) 2 - (Simply referred to as RBP) Ru (phenanthroline) 2+ 3, (ClO 4 ) 2- 2 is 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、
クロム浴液または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
一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を中心として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3500〜5000Å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0.3〜1μm代表的には
0.5μm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
〜500Å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0.3〜1μm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を
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)、5〜100Åの
大きさの結晶性を有するセミアモルフアス、また
は30〜3000Å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生成分
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(O≦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50〜500Å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(O≦X≦1)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0.3〜1μm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ーを蓄積させるこ
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にて
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〜
200Å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100〜300Å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0.3〜1μmの厚さ代表的には0.4〜
0.6μm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50〜500Å
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。
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ーにより酸素水素
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
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としてオンせしめた電流を流
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。
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,(ClO4)3- 2(FBP)
Fe(フエナセロリンまたはフエナンスロリン
(Phenanthroline))2+ 3,(ClO4)2- 2
Ru(ビピリジン)2+ 3,(ClO4)2- 2
Ru(フエナセロリン)2+ 3,(ClO4)2- 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 a typical anhydride, that is, a stable non-toxic solvent with little electrode reaction. Of course, the semiconductor using the PIN junction of the present invention can be used as an electrode. Water as a redox in the system used as
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 conventional redox systems using platinum titanium monoxide semiconductor electrode systems. 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 around 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 Å, 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) is typically 0.3 to 1 μm.
0.5 μm is sufficient, and for P or N layer,
SixC 1-X (0≦X≦1) In particular, the optical energy band width of
1.9 eV typically can be set wider than 1.7 to 1.8 eV. Therefore, this P or N layer is 50
It is possible to make the semiconductor extremely thin, ~500 Å, by irradiating light from the side of the transparent substrate, especially the glass substrate. This made it possible to place the redox in close contact with 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, the efficiency with which the incident light energy is effectively used for oxidation/reduction reactions (simply referred to as redox reactions) is less than 0.1%, which is extremely inefficient and completely impossible to put into practical use. The present invention eliminates such drawbacks and utilizes irradiated light effectively by using amorphous amorphous (amorphous), semi-amorphous amorphous having crystallinity with a size of 5 to 100 Å, or microcrystalline with a size of 30 to 3000 Å. A material in which a non-single-crystal semiconductor made of a certain micro-polycrystal is used as a product, and 0.1 to 30 mol% of hydrogen or a halogen element such as fluorine or chlorine is added to these non-single-crystal semiconductors to neutralize recombination centers is used. It is characterized by its use. Another feature is that the semiconductor in contact with the redox surface uses SixC 1-X (O≦X≦1) (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 50 to 500 Å.
Another feature is that it has a wide Eg of 3.0 eV and uses silicon, germanium, or SixGe 1-X (O≦X≦1), 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.
It was possible to absorb more than 70% of sunlight with a semiconductor thickness of 0.3 to 1 μm. This makes it possible to store energy in the redox system using irradiated light with an efficiency of more than 10%, which is an extremely significant feature. 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 figure, 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 at the interface 9 with the redox 1. produced a redox 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 the semiconductor surface. Especially P or N on the incident light side
In order to reduce the absorption loss of the irradiated light, the layer 14 is extremely important to have a voltage of 1.6 to 3 eV, typically 1.8 to 2.3 eV, and its thickness should be 50 to 30 eV.
200 Å was sufficient. The electrode 20 in this example is ITO
(a mixture of indium oxide and tin oxide) or a double structure with tin oxide formed on its upper surface to a thickness of 100 to 300 Å, or a translucent electrode made of tin oxide was used. In addition, the I layer has a thickness of 0.3 to 1 μm, typically 0.4 to 1 μm.
A semiconductor mainly composed of silicon having a non-single crystal structure, particularly an amorphous or semi-amorphous structure with a thickness of 0.6 μm was used. To this, SixGe 1-X (0<X<
The semiconductor shown in 1) may also be used. Furthermore, for the N or P layer 16, the thickness is 50 to 500 Å.
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 this structure, both the semiconductor electrode and the counter electrode are stable, hydrogen is released from 43 on the cathode side, and oxygen is released from 44 on the anode side 28.
It can be released more easily. 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, a load of 25 is required to generate oxygen and hydrogen.
It can be turned on by setting it to 0Ω. In that case, a conversion efficiency of 10 to 18% could be obtained. Furthermore, in terms of cost, the semiconductor is a non-single-crystal semiconductor, and it is provided on the transparent electrode on the substrate 30 using the plasma CVD method, so it is difficult to make a semiconductor with a 10 cm PIN layer.
It could be manufactured 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 set to 0Ω and a current turned on may be caused to 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 are Fe (bipyridine) 2+ 3, (ClO 4 ) 3- 2 (FBP) Fe (phenanthroline or phenanthroline) 2+ 3, (ClO 4 ) 2- 2 Ru (bipyridine) 2+ 3, (ClO 4 ) 2- 2 Ru (Fenacerorin) 2+ 3, (ClO 4 ) 2- 2 was used, and propylene carbonate was used as a solvent.
【式】
アセトニトリル CH3−CH
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
単なる光団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。
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
用いて行なえばよい。
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。図面において半導体に接する電極20,2
1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。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 −CH 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 so, in the general formula R n+ →R (n+ 〓 )+ anode Q m+ →Q (m+ 〓 )+ cathode, in particular, the reaction where R=Q=FBP n=m=2 α=β=1, That is, the reaction of FBP 2+ →FBP 3+ anode FBP 2+ →FBP 1+ cathode could be carried out. In this case, the load 25 should be turned on close to 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 photophore 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 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 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 used. 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, 2 in contact with the semiconductor
1 is a transparent conductive electrode, and electrodes 28 for emission,
29 is 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 shown in Figure 2 A.
Or the same as in case 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 is preferably made in the same manner as the semiconductor 12 by providing non-single-crystal silicon carbide on a metal plate by plasma vapor phase method. 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. Discharging 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 N-type semiconductor surface of the PIN junction.
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)
PまたはN層が非単結晶半導体であるSiC1-X(0
≦X≦1)よりなるPIN接合を有する半導体と、
該半導体の前記PまたはN層に接してレドツクス
反応溶液とを設け、かつ前記半導体に対応した対
抗電極をレドツクス反応溶液に接して設けて、前
記透光性基板側より前記第1の電極を通過した光
が前記PIN接合を有する半導体に照射されること
によつて発生した光起電力により、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 透光性基板上に、第1の電極と該電極上に
PIN接合を有し、水素またはフツ素の如きハロゲ
ン元素が添加された非単結晶構造を有するととも
に珪素、ゲルマニユーム、炭化珪素、炭素または
その混合物よりなる半導体と、該半導体または該
半導体上の電極に接してレドツクス反応溶液とを
設け、かつ前記半導体に対応した対抗電極をレド
ツクス反応溶液に接して設けて、前記透光性基板
側より前記第1の電極を通過した光が前記PIN接
合を有する半導体に照射されることによつて発生
した光起電力により、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。[Claims] 1. On a transparent substrate, a first electrode and a P or N layer on the electrode are SiC 1-X (0
≦X≦1);
A redox reaction solution is provided in contact with the P or N layer of the semiconductor, and a counter electrode corresponding to the semiconductor is provided in contact with the redox reaction solution, passing through the first electrode from the light-transmitting substrate side. A semiconductor device characterized in that a redox reaction is caused by a photovoltaic force generated when the semiconductor having the PIN junction is irradiated with the light. 2 On the transparent substrate, the first electrode and the electrode
A semiconductor having a PIN junction, having a non-single crystal structure doped with a halogen element such as hydrogen or fluorine, and made of silicon, germanium, silicon carbide, carbon, or a mixture thereof, and the semiconductor or an electrode on the semiconductor. A redox reaction solution is provided in contact with the first electrode, and a counter electrode corresponding to the semiconductor is provided in contact with the redox reaction solution, so that light passing through the first electrode from the light-transmitting substrate side is directed to the semiconductor having the PIN junction. 1. A semiconductor device characterized in that a redox reaction is caused by a photovoltaic force generated by being irradiated with a semiconductor device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56206473A JPS58107688A (en) | 1981-12-21 | 1981-12-21 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56206473A JPS58107688A (en) | 1981-12-21 | 1981-12-21 | Semiconductor device |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3108722A Division JPH04226086A (en) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58107688A JPS58107688A (en) | 1983-06-27 |
| JPH0358190B2 true JPH0358190B2 (en) | 1991-09-04 |
Family
ID=16523953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56206473A Granted JPS58107688A (en) | 1981-12-21 | 1981-12-21 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58107688A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04226086A (en) * | 1991-04-12 | 1992-08-14 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4037029A (en) * | 1975-07-06 | 1977-07-19 | John Harland Anderson | Photoelectrogenerative cell |
| JPS544582A (en) * | 1977-06-13 | 1979-01-13 | Sanyo Electric Co Ltd | Photoelectric transducer |
-
1981
- 1981-12-21 JP JP56206473A patent/JPS58107688A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58107688A (en) | 1983-06-27 |
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