JP2001320072A - 半導体、混晶半導体、半導体組成物、ルミネッセンス材料及びそれらの製造方法、エネルギー変換装置、界面化学光反応の利用方法または自発光の利用方法 - Google Patents
半導体、混晶半導体、半導体組成物、ルミネッセンス材料及びそれらの製造方法、エネルギー変換装置、界面化学光反応の利用方法または自発光の利用方法Info
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- JP2001320072A JP2001320072A JP2000138770A JP2000138770A JP2001320072A JP 2001320072 A JP2001320072 A JP 2001320072A JP 2000138770 A JP2000138770 A JP 2000138770A JP 2000138770 A JP2000138770 A JP 2000138770A JP 2001320072 A JP2001320072 A JP 2001320072A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の半導体は平面構造をしており太陽電池
を想定した場合は光の利用率が低く、またその利用波長
領域も限られていた。 【解決手段】 半導体、混晶半導体、半導体組成物にお
いて微粒子を燒結し著しく表面積を向上すると同時に可
視光領域にまで感度を持たせ、発電効率や界面機能性を
格段に向上した事を特徴とする。
を想定した場合は光の利用率が低く、またその利用波長
領域も限られていた。 【解決手段】 半導体、混晶半導体、半導体組成物にお
いて微粒子を燒結し著しく表面積を向上すると同時に可
視光領域にまで感度を持たせ、発電効率や界面機能性を
格段に向上した事を特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体、半導体組成
物、ルミネッセンス材料の成形製造方法及びそれを用い
たエネルギー変換装置ならびに光触媒界面化学光反応及
び自発光装飾品への利用に関する。
物、ルミネッセンス材料の成形製造方法及びそれを用い
たエネルギー変換装置ならびに光触媒界面化学光反応及
び自発光装飾品への利用に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、環境にやさしい電源として、
シリコンを用いた太陽電池が注目を集めている。人工衛
星等に用いられる単結晶シリコン型の太陽電池もある
が、実用的なものとしては、特に多結晶シリコンを用い
た太陽電池や、アモルファスシリコンを用いた太陽電池
が、産業用や家庭用として実用化が始まっている。
シリコンを用いた太陽電池が注目を集めている。人工衛
星等に用いられる単結晶シリコン型の太陽電池もある
が、実用的なものとしては、特に多結晶シリコンを用い
た太陽電池や、アモルファスシリコンを用いた太陽電池
が、産業用や家庭用として実用化が始まっている。
【０００３】しかしながらこれらの太陽電池は真空プロ
セスを用いるために製造コストが高く、これらのプロセ
スにおいて、多大の熱や電気を使うため、製造に必要な
エネルギーと太陽電池が生み出すエネルギーとのバラン
スが非常に悪く、必ずしも省エネルギーな電源とは言え
なかった。
セスを用いるために製造コストが高く、これらのプロセ
スにおいて、多大の熱や電気を使うため、製造に必要な
エネルギーと太陽電池が生み出すエネルギーとのバラン
スが非常に悪く、必ずしも省エネルギーな電源とは言え
なかった。
【０００４】これに対し、いわゆる“湿式太陽電池”と
か第４世代の光電池“などと呼ばれる半導体電極を溶液
に浸して利用する分野がある。これらの太陽電池が１９
９１年にグレッツェルらにより提案されている。図３に
示されるように、半導体を一方の電極３０１とし他の電
極には、例えば白金電極やＩＴＯもしくはP型半導体な
どを用い、これらの電極間にヨウ素等の電解質溶液３０
３を用いるものである。反応原理としては、太陽光など
の光を受けた半導体がその電子を受けて電極へと引き渡
し、その後半導体電極に残ったホール（ｈ＋）はヨウ素
イオンを還元し、IをI3へと変える。この還元されたヨ
ウ素イオンは対極で再び電子を受けて酸化され、両極間
をサイクルする事によって界面反応電池として作用する
事が出来るものである。
か第４世代の光電池“などと呼ばれる半導体電極を溶液
に浸して利用する分野がある。これらの太陽電池が１９
９１年にグレッツェルらにより提案されている。図３に
示されるように、半導体を一方の電極３０１とし他の電
極には、例えば白金電極やＩＴＯもしくはP型半導体な
どを用い、これらの電極間にヨウ素等の電解質溶液３０
３を用いるものである。反応原理としては、太陽光など
の光を受けた半導体がその電子を受けて電極へと引き渡
し、その後半導体電極に残ったホール（ｈ＋）はヨウ素
イオンを還元し、IをI3へと変える。この還元されたヨ
ウ素イオンは対極で再び電子を受けて酸化され、両極間
をサイクルする事によって界面反応電池として作用する
事が出来るものである。
【０００５】これらの湿式太陽電池のうち例えばチタニ
ア（TiO2）を電極に用いた場合、そのバンドギャップの
大きさから紫外域のみしか光電変換に寄与できず、従っ
て有機色素等を混ぜる事により、可視光領域まで光の吸
収を増感させている。このため一般的には、色素増感型
太陽電池ともいわれる。
ア（TiO2）を電極に用いた場合、そのバンドギャップの
大きさから紫外域のみしか光電変換に寄与できず、従っ
て有機色素等を混ぜる事により、可視光領域まで光の吸
収を増感させている。このため一般的には、色素増感型
太陽電池ともいわれる。
【０００６】前述した太陽電池は、材料が安価である事
や作成に真空プロセス等の大掛かりな設備を必要としな
い事から低コストの太陽電池として多くの期待を集めて
いる。
や作成に真空プロセス等の大掛かりな設備を必要としな
い事から低コストの太陽電池として多くの期待を集めて
いる。
【０００７】但し太陽電池の最大の欠点は“太陽光の波
長の全範囲に亘って有効利用されていない事”と“夜間
や雨天での光電変換が０に等しい事“である。
長の全範囲に亘って有効利用されていない事”と“夜間
や雨天での光電変換が０に等しい事“である。
【０００８】また一方では、太陽光や人工光の紫外線領
域を用いて光触媒で有機物を合成、分解、脱臭する機能
または防汚、抗菌や超親水性機能や超はっ水機能など化
学反応が利用されている。(NIKKEI MECHANICAL 1998.4
no.523 TRIGGER 2000 03)これらは微粒子をスプレー
コートまたはスピンコートやバインダーにより基板上に
付着させている。
域を用いて光触媒で有機物を合成、分解、脱臭する機能
または防汚、抗菌や超親水性機能や超はっ水機能など化
学反応が利用されている。(NIKKEI MECHANICAL 1998.4
no.523 TRIGGER 2000 03)これらは微粒子をスプレー
コートまたはスピンコートやバインダーにより基板上に
付着させている。
【０００９】界面化学光反応は単位体積当たりの表面積
が如何に大きいかと光を如何に有効利用するかにかかっ
ている。光電変換と同様に可視光領域まで利用する事が
最重要事項である。
が如何に大きいかと光を如何に有効利用するかにかかっ
ている。光電変換と同様に可視光領域まで利用する事が
最重要事項である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光触媒は、光触媒微粒子をコートし二次元的に平板化し
ているだけなので“化学反応の高効率化”のためにはハ
ニカム構造としたりメッシュ化したりと新たな工程を経
る事を必要となり、取りも直さずコストを引き上げてし
まう。
光触媒は、光触媒微粒子をコートし二次元的に平板化し
ているだけなので“化学反応の高効率化”のためにはハ
ニカム構造としたりメッシュ化したりと新たな工程を経
る事を必要となり、取りも直さずコストを引き上げてし
まう。
【００１１】しかしながら、光電変換や電気分解・光合
成に関する色素増感型や化学増感型太陽電池は、太陽光
の吸収波長を増感させるために、ヨウ素、フタル酸、フ
ェロセン、シアン化メチル等の添加や表面化学修飾が施
されるが、これらの有機物質は光化学表面反応に関与す
るために分解されてしまう。よってこれらの増感型光電
変換素子類は実用的な寿命を有する事が出来なかった。
また平板電極では、光吸収面積や溶液や気体との接蝕面
積の少なさから発電能力や化学合成・分解・脱臭機能は
必ずしも充分とは言えない。
成に関する色素増感型や化学増感型太陽電池は、太陽光
の吸収波長を増感させるために、ヨウ素、フタル酸、フ
ェロセン、シアン化メチル等の添加や表面化学修飾が施
されるが、これらの有機物質は光化学表面反応に関与す
るために分解されてしまう。よってこれらの増感型光電
変換素子類は実用的な寿命を有する事が出来なかった。
また平板電極では、光吸収面積や溶液や気体との接蝕面
積の少なさから発電能力や化学合成・分解・脱臭機能は
必ずしも充分とは言えない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の該半導体、混晶
半導体、半導体組成物、ルミネッセンス材料は微粉末を
焼結する事により形成した空孔率が５〜９０％である事
を特徴とし、図１に断面概念図を示す。光電変換を例に
とり本構造体の利点を述べると従来の平面太陽電池に比
べ実効表面積が上昇し、湿式・乾式とも太陽光の恩恵を
充分に享受可能となった。
半導体、半導体組成物、ルミネッセンス材料は微粉末を
焼結する事により形成した空孔率が５〜９０％である事
を特徴とし、図１に断面概念図を示す。光電変換を例に
とり本構造体の利点を述べると従来の平面太陽電池に比
べ実効表面積が上昇し、湿式・乾式とも太陽光の恩恵を
充分に享受可能となった。
【００１３】焼結方法の良い点に混成半導体が形成でき
るため、バンドギャップの異なる物質の多種多様の組み
合わせが可能であり、この事は光電変換に関与できる光
波長範囲が紫外から可視及び赤外領域光におよぶもので
ある。よって半導体類はまんべんなく光吸収出来る様黒
が望ましい。TaO等は黒色を呈す。
るため、バンドギャップの異なる物質の多種多様の組み
合わせが可能であり、この事は光電変換に関与できる光
波長範囲が紫外から可視及び赤外領域光におよぶもので
ある。よって半導体類はまんべんなく光吸収出来る様黒
が望ましい。TaO等は黒色を呈す。
【００１４】例えばZrO2 TiO2、 SnO2、Si,あるいはSnO
2、TiO2、 MoO3, WO3、ZnSなど分類の異なる金属酸化
物、複合金属酸化物、金属硫化物、金属カルコゲナイ
ド、さらにSi、GaAsの使用が出来る。但し湿式で用いる
光電変換や水や溶液を用いた処理は溶解の生ずる物の使
用は不可となる。どうしても使用せざるを得ない場合は
不溶解化の対策が必要となり硫化物やセレン化合物に対
しカルコゲナイト系の還元剤の添加等が必要となって来
る。
2、TiO2、 MoO3, WO3、ZnSなど分類の異なる金属酸化
物、複合金属酸化物、金属硫化物、金属カルコゲナイ
ド、さらにSi、GaAsの使用が出来る。但し湿式で用いる
光電変換や水や溶液を用いた処理は溶解の生ずる物の使
用は不可となる。どうしても使用せざるを得ない場合は
不溶解化の対策が必要となり硫化物やセレン化合物に対
しカルコゲナイト系の還元剤の添加等が必要となって来
る。
【００１５】本発明の大きな特徴は可視光領域でも機能
する様に配慮されている点である。酸化チタンに酸化ク
ロムや酸化バナジュウム等の異種の金属酸化物を固溶さ
せて可視光領域の波長エネルギーも利用していることで
ある。図２ニチタニアの一部が置き換わっている状態を
模式的に示す。２eV台のバンドギャップをもつ酸化鉄や
硫化カドミウム、セレン化カドミウムがあるが、安定性
や毒物である事から本願発明の説明からは省いてあるが
本方法により素子は製造可能である事は明白である。
する様に配慮されている点である。酸化チタンに酸化ク
ロムや酸化バナジュウム等の異種の金属酸化物を固溶さ
せて可視光領域の波長エネルギーも利用していることで
ある。図２ニチタニアの一部が置き換わっている状態を
模式的に示す。２eV台のバンドギャップをもつ酸化鉄や
硫化カドミウム、セレン化カドミウムがあるが、安定性
や毒物である事から本願発明の説明からは省いてあるが
本方法により素子は製造可能である事は明白である。
【００１６】さらに短波長を可視光化し確実に有効利用
するための発明はルミネッセンス材料を用いて、光を平
均化した事にある。X線や真空紫外線を可視光に変換し
増幅したものである。図６に半導体の空孔を抜けて来た
太陽光（X線等の電磁波含む）がルミネッセンス材料に
当たり光が半導体の裏面より跳ね返る概念図を示す。
するための発明はルミネッセンス材料を用いて、光を平
均化した事にある。X線や真空紫外線を可視光に変換し
増幅したものである。図６に半導体の空孔を抜けて来た
太陽光（X線等の電磁波含む）がルミネッセンス材料に
当たり光が半導体の裏面より跳ね返る概念図を示す。
【００１７】図７には酸化すず、酸化モリブデン、酸化
チタン、シリコンのN型混晶半導体の乾式太陽電池の一
例の断面模式図を示す。図５に長残光性の３種類の無機
質蓄光材の発光分光特性を示す。１と３は（株）オハラ
製（開発品番FC95、OG55,２は日亜化学工業（株）製（N
P-2820-01）の蓄光材である。
チタン、シリコンのN型混晶半導体の乾式太陽電池の一
例の断面模式図を示す。図５に長残光性の３種類の無機
質蓄光材の発光分光特性を示す。１と３は（株）オハラ
製（開発品番FC95、OG55,２は日亜化学工業（株）製（N
P-2820-01）の蓄光材である。
【００１８】発光分光特性よりルミネッセンス材料の併
用は機能波長領域を簡単に広げ得る安価な方法であり、
更に長波長を望むなら赤い蛍光材のシンロイヒ（株）製
のFM103等を用いれば高波長域をカバー可能である。
用は機能波長領域を簡単に広げ得る安価な方法であり、
更に長波長を望むなら赤い蛍光材のシンロイヒ（株）製
のFM103等を用いれば高波長域をカバー可能である。
【００１９】太陽電池と表現されているが、実際には放
射線のα・β線の検出器として使用されており、電子―
正孔対生成がなされている。これらもルミネッセンス材
料により長波長に変換され発電に寄与している事にな
る。
射線のα・β線の検出器として使用されており、電子―
正孔対生成がなされている。これらもルミネッセンス材
料により長波長に変換され発電に寄与している事にな
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係る実施形態につ
いて図面を用いて詳細に説明する。図１から図１０は本
発明に係る半導体、混晶半導体、半導体組成物、ルミネ
ッセンス材料に係わる技術関連の構造、回路、発光特性
を模式的に示している。
いて図面を用いて詳細に説明する。図１から図１０は本
発明に係る半導体、混晶半導体、半導体組成物、ルミネ
ッセンス材料に係わる技術関連の構造、回路、発光特性
を模式的に示している。
【００２１】第１実施形態 図１は本発明に係る半導体を用いた太陽電池の実施形態
である。太陽電池セル１００の構造を模式的に示す概略
図である。
である。太陽電池セル１００の構造を模式的に示す概略
図である。
【００２２】太陽電池セル１００は、ガラス基板、金属
基板からなる第１の基板上にITOや酸化スズ等からなる
透明電極又は金属電極（Al、Ni、Cr、Pt、Ag、Au、Cu、
Mg、Mo、Ti、Ta等からなる金属またはこれらからなる合
金望ましくはCu-Mg合金）からなる第１の電極１０３が
形成されている。この第１の電極１０３上にはエネルギ
ーギアップ3.0eVのアナターゼ型のチタニア半導体１０１
が形成されている。
基板からなる第１の基板上にITOや酸化スズ等からなる
透明電極又は金属電極（Al、Ni、Cr、Pt、Ag、Au、Cu、
Mg、Mo、Ti、Ta等からなる金属またはこれらからなる合
金望ましくはCu-Mg合金）からなる第１の電極１０３が
形成されている。この第１の電極１０３上にはエネルギ
ーギアップ3.0eVのアナターゼ型のチタニア半導体１０１
が形成されている。
【００２３】このアナターゼ型のチタニア半導体１０１
上には、串歯上の第２の電極１０２が形成されている。
第２の電極はITOや酸化スズ等からなる透明電極または
薄膜金属電極（Al、Ni、Cr、Pt、Ag、Au、Cu、Mg、Mo、
Ti、Ta等からなる金属またはこれらの合金、望ましくは
Cu-Mg合金等の低抵抗金属）からなる。
上には、串歯上の第２の電極１０２が形成されている。
第２の電極はITOや酸化スズ等からなる透明電極または
薄膜金属電極（Al、Ni、Cr、Pt、Ag、Au、Cu、Mg、Mo、
Ti、Ta等からなる金属またはこれらの合金、望ましくは
Cu-Mg合金等の低抵抗金属）からなる。
【００２４】チタニア半導体１０１と、前記第１の電極
又は前記第２の電極は接触しているので、前記チタニア
半導体１０１と前記第１の電極又は前記第２の電極の界
面には、両者の仕事関数の差に相当する高さのショット
キー障壁が形成されており、整流作用が生じる。
又は前記第２の電極は接触しているので、前記チタニア
半導体１０１と前記第１の電極又は前記第２の電極の界
面には、両者の仕事関数の差に相当する高さのショット
キー障壁が形成されており、整流作用が生じる。
【００２５】この様子を等価回路で表すと、図２に記載
されたように、ダイオード２１０を有する電流の電流の
循環回路が形成されている。
されたように、ダイオード２１０を有する電流の電流の
循環回路が形成されている。
【００２６】このとき、チタニア半導体１０１に太陽光
等の光線が当たる事によってチタニア半導体中で、電子
が励起され、電子とホール（正孔）が発生する。発生し
た電子とホール（正孔）は、等価回路である図２で示し
たように、電流を発生し、太陽電池の電流のループがで
きる。
等の光線が当たる事によってチタニア半導体中で、電子
が励起され、電子とホール（正孔）が発生する。発生し
た電子とホール（正孔）は、等価回路である図２で示し
たように、電流を発生し、太陽電池の電流のループがで
きる。
【００２７】図３は本発明に係わる実施形態であるチタ
ニア半導体を例に取った構造を示す。
ニア半導体を例に取った構造を示す。
【００２８】このチタニア半導体３０１の詳しい製造方
法については、別途詳述するが、このチタニア半導体３
０１は、アナターゼ型のチタニアの微粒子（２ｎｍ〜２
００μm）を燒結したものであり、空孔率が極めて高
く、より具体的には空孔率が５０〜９９％であるアナタ
ーゼ型のチタニアからなる。より好ましくは空孔率が７
０〜９０％であるアナターゼ型のチタニアであることが
好ましい。
法については、別途詳述するが、このチタニア半導体３
０１は、アナターゼ型のチタニアの微粒子（２ｎｍ〜２
００μm）を燒結したものであり、空孔率が極めて高
く、より具体的には空孔率が５０〜９９％であるアナタ
ーゼ型のチタニアからなる。より好ましくは空孔率が７
０〜９０％であるアナターゼ型のチタニアであることが
好ましい。
【００２９】このように、空孔率を極めて高くすること
により、平板でチタニア電極を形成した場合に比べて、
チタニアの表面積が極端に増大する。すなわち、１ｃｍ
のところに存在するチタニア微粒子の表面積を１０００
〜１００００ｃｍにすることができる。これによって、
チタニアの微粒子と太陽光との接触面積も増大するの
で、計算上は、１０００〜１００００倍の電流が発生す
ることになる。
により、平板でチタニア電極を形成した場合に比べて、
チタニアの表面積が極端に増大する。すなわち、１ｃｍ
のところに存在するチタニア微粒子の表面積を１０００
〜１００００ｃｍにすることができる。これによって、
チタニアの微粒子と太陽光との接触面積も増大するの
で、計算上は、１０００〜１００００倍の電流が発生す
ることになる。
【００３０】また、このチタニア半導体３０１は、太陽
光等の光の吸収波長を増感するために、０．１〜２．５
μmol/gの微量のCr,V,Feなどの不純物を固溶体化させた
りまたは薄膜の積層により可視光領域まで機能化可能の
ように工夫をこらしてある。不純物添加の場合は理想的
には１．５〜２．０mol／ｇ程度が望ましい。この様に
不純物を含有する事により、通常のチタニア半導体では
効率的に吸収できない４００nm以上の可視光（通常、４
００〜７５０nmの波長の光をいう）を吸収することがで
きるようになり、太陽電池の効率を大幅に向上させる。
この系の太陽電池は湿式タイプに向く。
光等の光の吸収波長を増感するために、０．１〜２．５
μmol/gの微量のCr,V,Feなどの不純物を固溶体化させた
りまたは薄膜の積層により可視光領域まで機能化可能の
ように工夫をこらしてある。不純物添加の場合は理想的
には１．５〜２．０mol／ｇ程度が望ましい。この様に
不純物を含有する事により、通常のチタニア半導体では
効率的に吸収できない４００nm以上の可視光（通常、４
００〜７５０nmの波長の光をいう）を吸収することがで
きるようになり、太陽電池の効率を大幅に向上させる。
この系の太陽電池は湿式タイプに向く。
【００３１】また、従来の色素増感型太陽電池のよう
に、太陽光の吸収波長の増感のために有機色素を用いて
いないので、有機色素が光触媒そのものに分解されてし
まうというような、太陽電池の寿命に関する欠点がな
く、太陽電池の寿命を大幅に向上させることができた。
に、太陽光の吸収波長の増感のために有機色素を用いて
いないので、有機色素が光触媒そのものに分解されてし
まうというような、太陽電池の寿命に関する欠点がな
く、太陽電池の寿命を大幅に向上させることができた。
【００３２】また、前述したこのチタニア電極１０１に
は、太陽光等の光の吸収波長を増感するために、Cr、
V、Feなどの不純物を含んでいるが、チタニア（二酸化
チタン）の電極を燒結するときに、チタニアのTiの部分
が、図３に示すようにCr、Vに置換された状態にすると
通常のチタニア電極では吸収できない４００nm以上の可
視光を吸収することができるようになるので、太陽光を
実用レベルで吸収することができる。
は、太陽光等の光の吸収波長を増感するために、Cr、
V、Feなどの不純物を含んでいるが、チタニア（二酸化
チタン）の電極を燒結するときに、チタニアのTiの部分
が、図３に示すようにCr、Vに置換された状態にすると
通常のチタニア電極では吸収できない４００nm以上の可
視光を吸収することができるようになるので、太陽光を
実用レベルで吸収することができる。
【００３３】第２実施形態 さて、本願発明に用いられる半導体、混晶半導体、半導
体組成物、ルミネッセンス材料は、いわゆる粉末射出成
形法(Powder Injection Molding:一般的にPIM法と呼ば
れる)または、金属射出成形法（Metal Injection Moldi
ng:一般的にMIM法と呼ばれる）技術により形成される。
体組成物、ルミネッセンス材料は、いわゆる粉末射出成
形法(Powder Injection Molding:一般的にPIM法と呼ば
れる)または、金属射出成形法（Metal Injection Moldi
ng:一般的にMIM法と呼ばれる）技術により形成される。
【００３４】すなわち、２nm〜200μｍ程度の微粉末
に、体積比で９９〜５０％の樹脂やワックス等のバイン
ダーを添加・混練し、射出成形可能な低粘度（１０００
〜３０００ポイズ）の原料コンパウンドを形成する。
に、体積比で９９〜５０％の樹脂やワックス等のバイン
ダーを添加・混練し、射出成形可能な低粘度（１０００
〜３０００ポイズ）の原料コンパウンドを形成する。
【００３５】このとき、チタニア半導体はCrまたはVはC
rの酸化物またはVの酸化物で添加されるか、または金属
の状態で前記原料コンパウンドに添加される。
rの酸化物またはVの酸化物で添加されるか、または金属
の状態で前記原料コンパウンドに添加される。
【００３６】任意形状に成形された後、樹脂やワックス
を除去するための脱バインダー工程（脱脂工程）を経
て、脱バインダーされたチタニア微粉末は上述した添加
物とtもに燒結され、狙いの不純物含有チタニアを得
た。このとき、チタニアは熱的にはルチルが安定であ
り、アナターゼの結晶構造は９００℃以上の加熱でルチ
ルに変化してしまうため、前記脱バインダー工程及び燒
結工程の温度はチタニアがアナターゼの結晶構造を保て
るように９００℃以下で行われなければならない。
を除去するための脱バインダー工程（脱脂工程）を経
て、脱バインダーされたチタニア微粉末は上述した添加
物とtもに燒結され、狙いの不純物含有チタニアを得
た。このとき、チタニアは熱的にはルチルが安定であ
り、アナターゼの結晶構造は９００℃以上の加熱でルチ
ルに変化してしまうため、前記脱バインダー工程及び燒
結工程の温度はチタニアがアナターゼの結晶構造を保て
るように９００℃以下で行われなければならない。
【００３７】さらに、燒結工程においては、アナターゼ
型の結晶構造を壊さずに、チタニア半導体を得るために
は燒結助剤としてIn、Sn、Ga、Al等の金属を使用して、
燒結時に酸化し混晶半導体を作ったり、あるいは融点が
７９５℃であるMoO3(モリブデン酸化物)をあらかじめ原
料コンパウンドに添加し、チタニア半導体を得た。
型の結晶構造を壊さずに、チタニア半導体を得るために
は燒結助剤としてIn、Sn、Ga、Al等の金属を使用して、
燒結時に酸化し混晶半導体を作ったり、あるいは融点が
７９５℃であるMoO3(モリブデン酸化物)をあらかじめ原
料コンパウンドに添加し、チタニア半導体を得た。
【００３８】チタニアを例にとり実施形態を述べたが本
発明にはGaP、ZrO2、Si、CdS、KTaO 3、CdSe、SrTiO3、N
b2O5、ZnO、WO3、SnO2、Fe2O3等の半導体やGaAs、CuInS
2など広範囲に適用でき図７に例示した如く、混晶半導
体としてエネルギーギャップの異なる半導体を組み合わ
せる事が、燒結法を利用することから形状の自由度も含
め機能をケースバイケースで発揮可能となった。
発明にはGaP、ZrO2、Si、CdS、KTaO 3、CdSe、SrTiO3、N
b2O5、ZnO、WO3、SnO2、Fe2O3等の半導体やGaAs、CuInS
2など広範囲に適用でき図７に例示した如く、混晶半導
体としてエネルギーギャップの異なる半導体を組み合わ
せる事が、燒結法を利用することから形状の自由度も含
め機能をケースバイケースで発揮可能となった。
【００３９】第３実施形態 図５に３種類のルミネッセンス材料の発光分光特性を示
す。ルミネッセンス材料はX線のエネルギーや真空紫外
線のエネルギーを自らは長波長の光エネルギーに変換す
る光増幅器として作用するもので（培風館発行 物理学
辞典）光増幅器の項に記載されている。これに述べられ
ている内容は蛍光材に強制的に電界を掛けて増幅してい
るが、発明者らは昼間の太陽光強度をもってすれば電気
の消費なしに光増幅できる事が確認された。近年の残光
性能の追求は目覚ましい技術発展をしており、我々は二
次電池等の自己放電量に値する電力量は夜間の微弱電流
で賄えるレベルに到達しつつあることを把握している。
その良い例として上げるとするとソーラーバッテリーの
電源と蓄光材の組み合わせによる腕時計の駆動があげら
れる。
す。ルミネッセンス材料はX線のエネルギーや真空紫外
線のエネルギーを自らは長波長の光エネルギーに変換す
る光増幅器として作用するもので（培風館発行 物理学
辞典）光増幅器の項に記載されている。これに述べられ
ている内容は蛍光材に強制的に電界を掛けて増幅してい
るが、発明者らは昼間の太陽光強度をもってすれば電気
の消費なしに光増幅できる事が確認された。近年の残光
性能の追求は目覚ましい技術発展をしており、我々は二
次電池等の自己放電量に値する電力量は夜間の微弱電流
で賄えるレベルに到達しつつあることを把握している。
その良い例として上げるとするとソーラーバッテリーの
電源と蓄光材の組み合わせによる腕時計の駆動があげら
れる。
【００４０】図６には上層部にポーラス光電変換素子６
０１、その下層部に図５で示したルミネッセンスポーラ
ス材６０４を近接設置せしめた状態を模式的に示す。上
層部の素子には上下に電極（６０２、６０３）を設け、
外装容器６０５の上面（６０６）を除く内面にはAlのミ
ラー反射膜を配して発電ユニットとなした。
０１、その下層部に図５で示したルミネッセンスポーラ
ス材６０４を近接設置せしめた状態を模式的に示す。上
層部の素子には上下に電極（６０２、６０３）を設け、
外装容器６０５の上面（６０６）を除く内面にはAlのミ
ラー反射膜を配して発電ユニットとなした。
【００４１】第４実施形態 本発明の特徴の一つに混晶半導体が真空プロセスを経る
ことなく任意比率で得ることが可能であることである。
図７にN型混晶半導体光電変換素子を模式的に示す。太
陽電池の高効率化、及び如何に安価に半導体を作り出す
かにあり、発明者らは本新規技術がエネルギーギアップ
の異なる半導体の組み合わせ製造に極めて向いていて、
高効率で安価に素子化が可能である事に着目した。
ことなく任意比率で得ることが可能であることである。
図７にN型混晶半導体光電変換素子を模式的に示す。太
陽電池の高効率化、及び如何に安価に半導体を作り出す
かにあり、発明者らは本新規技術がエネルギーギアップ
の異なる半導体の組み合わせ製造に極めて向いていて、
高効率で安価に素子化が可能である事に着目した。
【００４２】まず太陽光の強度に合わせるためにCuInS2
を主体としSnO2とチタニアおよびInP混晶（７０１）半
導体となした。実験室段階で２８％台の変換効率の素子
が得られた。
を主体としSnO2とチタニアおよびInP混晶（７０１）半
導体となした。実験室段階で２８％台の変換効率の素子
が得られた。
【００４３】第５実施形態 界面化学光反応の一例として酸素と水素を取り出す事が
以前より提案されている。表面積の豊富さと安定な電極
である事が反応系の良否を決定する。図８に示すような
光電池を作成してガスを取り出す事に取り組んだ。
以前より提案されている。表面積の豊富さと安定な電極
である事が反応系の良否を決定する。図８に示すような
光電池を作成してガスを取り出す事に取り組んだ。
【００４４】８０１はチタニアに酸化クロムをドーピン
グしかつ図５に示した（株）オハラ製の無機酸化物に希
土類ドープの蓄光性ルミネッセンス材を配しポーラスN
型半導体カソード電極となした。対極はチタン金属微粉
末を燒結した後、電気めっきにより白金パラジュウム合
金表面としアノード電極として電池構成とした。これら
の湿式方式は熱エネルギーも得る事ができ今後の注目技
術であり、可視光や長波長領域に波長変換する技術も本
願発明を脱するものではない。これらによって得られた
がスは水素吸蔵合金に蓄えて燃料に使用したり図９に示
した燃料電池とのハイブリット型エネルギー変換装置と
して使用可能でる。
グしかつ図５に示した（株）オハラ製の無機酸化物に希
土類ドープの蓄光性ルミネッセンス材を配しポーラスN
型半導体カソード電極となした。対極はチタン金属微粉
末を燒結した後、電気めっきにより白金パラジュウム合
金表面としアノード電極として電池構成とした。これら
の湿式方式は熱エネルギーも得る事ができ今後の注目技
術であり、可視光や長波長領域に波長変換する技術も本
願発明を脱するものではない。これらによって得られた
がスは水素吸蔵合金に蓄えて燃料に使用したり図９に示
した燃料電池とのハイブリット型エネルギー変換装置と
して使用可能でる。
【００４５】第６実施形態 太陽光の利用で有用なものとして大気や水系の浄化が循
環社会構築の中で検討されている。本願発明の多孔質・
可視光利用の半導体、混晶半導体、半導体組成物は自身
の有するセルフクリーニング性と酸化・還元反応によ
り、有害ガスや有機物を分解し、太陽からの自然光で作
用するため地球環境浄化に寄与できるものである。ルミ
ネッセンス材料との抱き合わせの光触媒は、使い道によ
り交通関係で安全を確保しながら排気ガスを浄化できる
というメリットを有している。
環社会構築の中で検討されている。本願発明の多孔質・
可視光利用の半導体、混晶半導体、半導体組成物は自身
の有するセルフクリーニング性と酸化・還元反応によ
り、有害ガスや有機物を分解し、太陽からの自然光で作
用するため地球環境浄化に寄与できるものである。ルミ
ネッセンス材料との抱き合わせの光触媒は、使い道によ
り交通関係で安全を確保しながら排気ガスを浄化できる
というメリットを有している。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体、混晶半導体、半導体組成物電極を用い、必要に応
じルミネッセンス材料との組み合わせによりその表面積
の広さと可視光の利用により、得たい機能を自然の光よ
りいかんなく発揮可能となり、発電効率やガス発生量・
大気や汚れた水の浄化能力を大幅に向上させる事ができ
る。
導体、混晶半導体、半導体組成物電極を用い、必要に応
じルミネッセンス材料との組み合わせによりその表面積
の広さと可視光の利用により、得たい機能を自然の光よ
りいかんなく発揮可能となり、発電効率やガス発生量・
大気や汚れた水の浄化能力を大幅に向上させる事ができ
る。
【図１】 図１は本発明に係る実施形態としての太陽電
池の構造を示す模式的な概略図である。
池の構造を示す模式的な概略図である。
【図２】 図２は本発明に係る実施形態としての太陽電
池の等価回路を示す図である。
池の等価回路を示す図である。
【図３】 図３は本発明に係る実施形態としての太陽電
池に用いるチタニア電極を示す模式的な概略断面図であ
る。
池に用いるチタニア電極を示す模式的な概略断面図であ
る。
【図４】 図４は従来の湿式太陽電池の構造を模式的に
示す概略構成図。
示す概略構成図。
【図５】 ルミネッセンス材料の発光分光特性を示した
ものである。
ものである。
【図６】 図６は本発明に係る実施形態としてルミネッ
センス材料と発電素子との組み合わせ使用を示した概略
断面図である。
センス材料と発電素子との組み合わせ使用を示した概略
断面図である。
【図７】 図７は本発明に係る実施形態としての混晶半
導体を用いた太陽電池の概略断面図である。
導体を用いた太陽電池の概略断面図である。
【図８】 図８は本発明に係る実施形態としての界面化
学反応に利用した湿式電池を示す概略断面図である。
学反応に利用した湿式電池を示す概略断面図である。
【図９】 図９は一般的な燃料電池の概略断面図を示
し、詳細説明中のハイブリット化のための補足図面であ
る。
し、詳細説明中のハイブリット化のための補足図面であ
る。
１０１、３０１、６０１、７０１ 半導体もしくは混晶
半導体電極 １０２，３０２，６０２，７０２ 第２電極 １０３，３０３，６０３，７０３ 第１電極 １０４，３０４ 基板 ６０５ 包装容器 ６０６ 容器上蓋 ８０１ 半導体組成物電極 ８０２ 白金パラジュウム電
極
半導体電極 １０２，３０２，６０２，７０２ 第２電極 １０３，３０３，６０３，７０３ 第１電極 １０４，３０４ 基板 ６０５ 包装容器 ６０６ 容器上蓋 ８０１ 半導体組成物電極 ８０２ 白金パラジュウム電
極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F051 AA07 AA08 DA05 FA03 FA04 FA06 GA02 GA03 5H032 AA06 AS16 EE15 EE16 HH01 HH04
Claims (12)
- 【請求項１】 半導体、混晶半導体、前記混晶半導体と
ルミネッセンス材料の混合物（以下「半導体組成物」と
いう）またはルミネッセンス材料を、それらの微粒子を
焼結する工程を経て形成したことを特徴とする半導体、
混晶半導体、半導体組成物、ルミネッセンス材料。 - 【請求項２】 焼結による空孔率が５〜９０％である事
を特徴とする請求項1に記載の半導体、混晶半導体、半
導体組成物、ルミネッセンス材料。 - 【請求項３】 元素の周期表の４A,５A,６A族から選ば
れた一種または二種以上の化合物が含有されてなる事を
特徴とする請求項1または２に記載の半導体、混晶半導
体、半導体組成物、ルミネッセンス材料。 - 【請求項４】 前記半導体、混晶半導体、半導体組成
物、ルミネッセンス材料の微粒子は、２nm〜200μmの粒
径である事を特徴とする請求項１乃至３記載の半導体、
混晶半導体、半導体組成物、ルミネッセンス材料。 - 【請求項５】 前記ルミネッセンス材料の発光分光特性
が紫外域から可視光、赤外領域に亘っている事を特徴と
する請求項１乃至請求項4記載の半導体組成物、ルミネ
ッセンス材料。 - 【請求項６】 半導体、混晶半導体、半導体組成物、ル
ミネッセンス材料の微粉末に樹脂やワックス等のバイン
ダーを添加・混練して原料コンパンドを形成する工程
と、 前記樹脂やワックス等のバインダーを除去するための工
程と、 バインダーが除去された前記半導体、混晶半導体、半導
体組成物、ルミネッセンス材料を加熱焼結する工程とを
有する事を特徴とする半導体、混晶半導体、半導体組成
物、ルミネッセンス材料の製造方法。 - 【請求項７】 請求項６の加熱焼結時に、電極を前記半
導体、混晶半導体、半導体組成物、ルミネッセンス材料
に焼き付け形成してなることを特徴とする半導体、混晶
半導体、半導体組成物、ルミネッセンス材料の製造方
法。 - 【請求項８】 請求項７に記載の焼き付け電極は櫛状に
配置されてなり、前記半導体、混晶半導体、半導体組成
物の内部から集電可能に構成された事を特徴とする半導
体、混晶半導体、半導体材料、半導体組成物の製造方
法。 - 【請求項９】 半導体、混晶半導体、半導体組成物と、
前記半導体、混晶半導体、半導体組成物に必要に応じて
近接配置されたルミネッセンス材料と、アノード電極お
よびカソード電極とが配設された湿式光電変換装置にお
いて、電気エネルギー以外の熱エネルギーと電気化学反
応とによって生じたガスを取り出す事を特徴とするエネ
ルギー変換装置。 - 【請求項１０】 乾式光電変換装置において、半導体、
混晶半導体、または半導体組成物が一対の電極間に挟持
されてなり、第１の電極上には前記半導体、混晶半導体
または半導体組成物が形成されてなり、前記半導体、混
晶半導体、半導体組成物上には第２の電極が形成されて
なる事を特徴とするエネルギー変換装置。 - 【請求項１１】 請求項9または１０に記載のエネルギ
ー変換装置おいて、前記半導体、混晶半導体、半導体組
成物、ルミネッセンス材料を積層構造とした事を特徴と
するエネルギー変換装置。 - 【請求項１２】請求項１〜１０記載の半導体、混晶半導
体、半導体組成物、ルミネッセンス材料を単独もしくは
組み合わせて光触媒製品又は装飾品とし光電変換しなが
ら使用する事を特徴とする界面化学光反応または自発光
の利用方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000138770A JP2001320072A (ja) | 2000-05-11 | 2000-05-11 | 半導体、混晶半導体、半導体組成物、ルミネッセンス材料及びそれらの製造方法、エネルギー変換装置、界面化学光反応の利用方法または自発光の利用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000138770A JP2001320072A (ja) | 2000-05-11 | 2000-05-11 | 半導体、混晶半導体、半導体組成物、ルミネッセンス材料及びそれらの製造方法、エネルギー変換装置、界面化学光反応の利用方法または自発光の利用方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001320072A true JP2001320072A (ja) | 2001-11-16 |
Family
ID=18646337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000138770A Withdrawn JP2001320072A (ja) | 2000-05-11 | 2000-05-11 | 半導体、混晶半導体、半導体組成物、ルミネッセンス材料及びそれらの製造方法、エネルギー変換装置、界面化学光反応の利用方法または自発光の利用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001320072A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2019069585A1 (ja) * | 2017-10-04 | 2020-09-17 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光デバイス、光電変換装置、および燃料生成装置 |
-
2000
- 2000-05-11 JP JP2000138770A patent/JP2001320072A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2019069585A1 (ja) * | 2017-10-04 | 2020-09-17 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光デバイス、光電変換装置、および燃料生成装置 |
| JP7228815B2 (ja) | 2017-10-04 | 2023-02-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光デバイス、光電変換装置、および燃料生成装置 |
| US11652185B2 (en) | 2017-10-04 | 2023-05-16 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Optical device, photoelectric conversion apparatus, and fuel production apparatus |
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|---|---|---|---|
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