JP2003151648A - 可視光応答型酸化チタンを利用した太陽電池及びその作製方法 - Google Patents
可視光応答型酸化チタンを利用した太陽電池及びその作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 色素を利用しなくとも可視光で作動する
ことが可能な酸化チタンを利用した安価な太陽電池及び
その作製方法の提供。 【解決手段】 可視光領域で作動する可視光応答型酸化
チタンである、式：ＴｉＯ２−ｘＮｙ（式中、０＜ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）を有する酸化チタンを電極として利用
した湿式タイプ又はｐｎ接合型の乾式タイプの太陽電
池。ＴｉＯ２を窒素含有ガス（純ＮＨ３ガス又はＮＨ３
含有混合ガス）雰囲気中で４００℃以上に加熱して、Ｔ
ｉＯ２を窒化し、かくして得られた可視光応答型酸化チ
タンを一方の極として利用して太陽電池を作製する。
ことが可能な酸化チタンを利用した安価な太陽電池及び
その作製方法の提供。 【解決手段】 可視光領域で作動する可視光応答型酸化
チタンである、式：ＴｉＯ２−ｘＮｙ（式中、０＜ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）を有する酸化チタンを電極として利用
した湿式タイプ又はｐｎ接合型の乾式タイプの太陽電
池。ＴｉＯ２を窒素含有ガス（純ＮＨ３ガス又はＮＨ３
含有混合ガス）雰囲気中で４００℃以上に加熱して、Ｔ
ｉＯ２を窒化し、かくして得られた可視光応答型酸化チ
タンを一方の極として利用して太陽電池を作製する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可視光応答型酸化
チタンを電極として利用した太陽電池及びその作製方法
に関するものである。特に、本発明は、太陽光の大部分
（約５０〜６０％）を占める可視光を吸収することが可
能であるＴｉＯ２−ｘＮｙを電極として利用した太陽電
池及びその作製方法に関するものである。
チタンを電極として利用した太陽電池及びその作製方法
に関するものである。特に、本発明は、太陽光の大部分
（約５０〜６０％）を占める可視光を吸収することが可
能であるＴｉＯ２−ｘＮｙを電極として利用した太陽電
池及びその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池は、照射された光により起電力
を生じせしめて、光電変換を行うものであり、電解液を
使用する湿式タイプやｐｎ接合型の乾式タイプがある。
を生じせしめて、光電変換を行うものであり、電解液を
使用する湿式タイプやｐｎ接合型の乾式タイプがある。
【０００３】湿式タイプの太陽電池として、従来から、
二酸化チタン等の光触媒と呼ばれる酸化物を電極として
利用したものが提案されている。二酸化チタンを利用す
る場合には、二酸化チタンの価電子帯の電子を伝導帯に
励起させるために、約３．２ｅＶに相当する波長の光が
必要となる。この波長の光は、太陽光でいうと紫外光よ
りも強い波長の光（３８０ｎｍ以下）に相当する。つま
り、二酸化チタンを利用した湿式太陽電池では、太陽光
のうち約５％の光しか利用できないということになる。
このため、可視光領域の光を利用することができる色素
を二酸化チタンに吸着させたものを電極として利用して
太陽電池を構成する方法がとられている。
二酸化チタン等の光触媒と呼ばれる酸化物を電極として
利用したものが提案されている。二酸化チタンを利用す
る場合には、二酸化チタンの価電子帯の電子を伝導帯に
励起させるために、約３．２ｅＶに相当する波長の光が
必要となる。この波長の光は、太陽光でいうと紫外光よ
りも強い波長の光（３８０ｎｍ以下）に相当する。つま
り、二酸化チタンを利用した湿式太陽電池では、太陽光
のうち約５％の光しか利用できないということになる。
このため、可視光領域の光を利用することができる色素
を二酸化チタンに吸着させたものを電極として利用して
太陽電池を構成する方法がとられている。
【０００４】図１は、従来の湿式タイプの太陽電池の構
成及び原理を説明するための模式図である。この太陽電
池１は一対の電極２及び３からなり、これらの電極２及
び３の間に電解液４が存在しているものである。電極２
は、半導体である二酸化チタンで構成され、電極３は、
例えば、白金、ＩＴＯ（９５％酸化インジウムと５％酸
化錫からなる化合物）等で構成されている。電解液は、
例えば、ヨウ素水溶液等が用いられる。
成及び原理を説明するための模式図である。この太陽電
池１は一対の電極２及び３からなり、これらの電極２及
び３の間に電解液４が存在しているものである。電極２
は、半導体である二酸化チタンで構成され、電極３は、
例えば、白金、ＩＴＯ（９５％酸化インジウムと５％酸
化錫からなる化合物）等で構成されている。電解液は、
例えば、ヨウ素水溶液等が用いられる。
【０００５】この湿式タイプの太陽電池１は、電極２に
太陽光が照射されると、この電極内で電子と正孔とが発
生する。次いで、電極２で発生した電子は、外部回路５
を介して、対極の電極３に引き渡される。一方、電極２
に残った正孔は、ヨウ素イオンを還元してＩ−をＩ３ −
に変える。このＩ３ −は、電解液４中を拡散し、電極３
の表面に達すると、外部回路５を介して運ばれてきた電
子を受け取る。このサイクルが両電極の間に形成され、
電池として機能する。従来の太陽電池では、上記したよ
うに、二酸化チタンで構成された電極２に色素を混ぜて
可視光領域まで光の吸収を増感させているのが現状であ
る。
太陽光が照射されると、この電極内で電子と正孔とが発
生する。次いで、電極２で発生した電子は、外部回路５
を介して、対極の電極３に引き渡される。一方、電極２
に残った正孔は、ヨウ素イオンを還元してＩ−をＩ３ −
に変える。このＩ３ −は、電解液４中を拡散し、電極３
の表面に達すると、外部回路５を介して運ばれてきた電
子を受け取る。このサイクルが両電極の間に形成され、
電池として機能する。従来の太陽電池では、上記したよ
うに、二酸化チタンで構成された電極２に色素を混ぜて
可視光領域まで光の吸収を増感させているのが現状であ
る。
【０００６】また、乾式タイプの太陽電池は、Ｐ型半導
体とＮ型半導体とを接合させたシリコン系太陽電池が主
流である。Ｐ型半導体にはシリコンにリンをドーピング
したものが、Ｎ型半導体にはシリコンに硼素をドーピン
グしたものが用いられている。 図２は、従来のｐｎ接
合型の乾式タイプ太陽電池の構成及び原理を説明するた
めの模式図である。ｐｎ接合が形成されている半導体に
太陽光を照射すると、入射した光のうち、半導体のＥｇ
よりも大きなエネルギー（短波長）によって、価電子帯
の電子が伝導帯に励起され、同時に価電子帯には正孔が
発生する。この半導体内で発生した電子−正孔対は、ｐ
ｎ接合部に形成された内部電界により、電子がｎの方
向、正孔がｐの方向にそれぞれ移動し、結果として起電
力が発生する。このｐｎ接合型太陽電池では、ｐ層側、
ｎ層側にそれぞれ電極を形成して負荷を接続することに
より、上記のようにして発生した起電力・電流を利用し
て電池として機能する。
体とＮ型半導体とを接合させたシリコン系太陽電池が主
流である。Ｐ型半導体にはシリコンにリンをドーピング
したものが、Ｎ型半導体にはシリコンに硼素をドーピン
グしたものが用いられている。 図２は、従来のｐｎ接
合型の乾式タイプ太陽電池の構成及び原理を説明するた
めの模式図である。ｐｎ接合が形成されている半導体に
太陽光を照射すると、入射した光のうち、半導体のＥｇ
よりも大きなエネルギー（短波長）によって、価電子帯
の電子が伝導帯に励起され、同時に価電子帯には正孔が
発生する。この半導体内で発生した電子−正孔対は、ｐ
ｎ接合部に形成された内部電界により、電子がｎの方
向、正孔がｐの方向にそれぞれ移動し、結果として起電
力が発生する。このｐｎ接合型太陽電池では、ｐ層側、
ｎ層側にそれぞれ電極を形成して負荷を接続することに
より、上記のようにして発生した起電力・電流を利用し
て電池として機能する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
色素を利用した湿式タイプの太陽電池では、二酸化チタ
ンによる色素の劣化や蒸発の問題などがあり、実用電池
寿命が短く、実用化は困難であった。また、乾式タイプ
の太陽電池ではシリコンを使用するが、シリコンは高価
である上、その資源は有限である。このため、実用化は
しているもののそれほど普及していないのが現状であ
る。本発明の課題は、色素を利用しなくとも可視光で作
動することが可能な酸化チタンを利用した安価な太陽電
池及びその作製方法を提供することにある。
色素を利用した湿式タイプの太陽電池では、二酸化チタ
ンによる色素の劣化や蒸発の問題などがあり、実用電池
寿命が短く、実用化は困難であった。また、乾式タイプ
の太陽電池ではシリコンを使用するが、シリコンは高価
である上、その資源は有限である。このため、実用化は
しているもののそれほど普及していないのが現状であ
る。本発明の課題は、色素を利用しなくとも可視光で作
動することが可能な酸化チタンを利用した安価な太陽電
池及びその作製方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、二酸化チ
タン（ＴｉＯ２）を窒素含有ガス雰囲気中で加熱処理し
て得たＴｉＯ２−ｘＮｙを有する可視光応答型酸化チタ
ンを太陽電池の対極として利用することにより、上記課
題を解決することに成功し、本発明を完成するに至っ
た。
タン（ＴｉＯ２）を窒素含有ガス雰囲気中で加熱処理し
て得たＴｉＯ２−ｘＮｙを有する可視光応答型酸化チタ
ンを太陽電池の対極として利用することにより、上記課
題を解決することに成功し、本発明を完成するに至っ
た。
【０００９】本発明の太陽電池は、電極として利用する
酸化チタンを、可視光領域で作動する可視光応答型酸化
チタンとしたものである。この可視光応答型酸化チタン
は、紫外光をも含む可視光領域（２００ｎｍ〜１１００
ｎｍ）の波長の光を吸収する。また、可視光応答型酸化
チタンは、式：ＴｉＯ２−ｘＮｙ（式中、０＜ｘ＜１、
０＜ｙ＜１）を有するものであることが好ましい。上記
可視光応答型酸化チタンを利用した太陽電池には、電解
液を使用する湿式タイプやｐｎ接合型の乾式タイプがあ
る。
酸化チタンを、可視光領域で作動する可視光応答型酸化
チタンとしたものである。この可視光応答型酸化チタン
は、紫外光をも含む可視光領域（２００ｎｍ〜１１００
ｎｍ）の波長の光を吸収する。また、可視光応答型酸化
チタンは、式：ＴｉＯ２−ｘＮｙ（式中、０＜ｘ＜１、
０＜ｙ＜１）を有するものであることが好ましい。上記
可視光応答型酸化チタンを利用した太陽電池には、電解
液を使用する湿式タイプやｐｎ接合型の乾式タイプがあ
る。
【００１０】本発明の太陽電池の作製方法は、ＴｉＯ２
を窒素含有ガス雰囲気中で加熱して、ＴｉＯ２を窒化
し、式：ＴｉＯ２−ｘＮｙ（式中、０＜ｘ＜１、０＜ｙ
＜１）を有する可視光応答型酸化チタンを得、この可視
光応答型酸化チタンからなる電極を一方の極として用い
て、既知の手順で、電解液を使用する湿式タイプ又はｐ
ｎ接合型の乾式タイプである太陽電池を作製することか
らなる。
を窒素含有ガス雰囲気中で加熱して、ＴｉＯ２を窒化
し、式：ＴｉＯ２−ｘＮｙ（式中、０＜ｘ＜１、０＜ｙ
＜１）を有する可視光応答型酸化チタンを得、この可視
光応答型酸化チタンからなる電極を一方の極として用い
て、既知の手順で、電解液を使用する湿式タイプ又はｐ
ｎ接合型の乾式タイプである太陽電池を作製することか
らなる。
【００１１】上記窒素含有ガスは、純ＮＨ３ガス又はＮ
Ｈ３含有混合ガスであることが好ましく、前記加熱温度
は４００℃以上、好ましくは５００℃以上であり、そし
て前記可視光応答型酸化チタンは、紫外光をも含む可視
光領域（２００ｎｍ〜１１００ｎｍ）の波長の光を吸収
するものである。加熱温度が４００℃未満であると、得
られた酸化チタンは、紫外光領域の波長の光は吸収でき
るが、可視光領域の波長の光を吸収し難いため、可視光
の照射では機能しないという問題がある。特に、５００
℃以上で加熱処理して得たＴｉＯ２−ｘＮｙの場合、そ
の可視光領域の光吸収率は、従来の未処理のＴｉＯ２の
場合と比較すると大幅に増大する。なお、加熱処理する
前の二酸化チタンの形状には特に制限がない。
Ｈ３含有混合ガスであることが好ましく、前記加熱温度
は４００℃以上、好ましくは５００℃以上であり、そし
て前記可視光応答型酸化チタンは、紫外光をも含む可視
光領域（２００ｎｍ〜１１００ｎｍ）の波長の光を吸収
するものである。加熱温度が４００℃未満であると、得
られた酸化チタンは、紫外光領域の波長の光は吸収でき
るが、可視光領域の波長の光を吸収し難いため、可視光
の照射では機能しないという問題がある。特に、５００
℃以上で加熱処理して得たＴｉＯ２−ｘＮｙの場合、そ
の可視光領域の光吸収率は、従来の未処理のＴｉＯ２の
場合と比較すると大幅に増大する。なお、加熱処理する
前の二酸化チタンの形状には特に制限がない。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本発明の一実施の形態である湿式タイプの太陽電
池は、一対の電極からなり、これらの電極の間に電解液
が介在している。この一対の電極のうち一方の電極は、
半導体であるＴｉＯ２−ｘＮｙ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜
１）を有する可視光応答型酸化チタンから構成されたも
のであり、２００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長の光を吸収
する。この電極は透明（無色透明、着色透明又は半透
明）電極上にＴｉＯ２−ｘＮｙ膜を設けたものである。
する。本発明の一実施の形態である湿式タイプの太陽電
池は、一対の電極からなり、これらの電極の間に電解液
が介在している。この一対の電極のうち一方の電極は、
半導体であるＴｉＯ２−ｘＮｙ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜
１）を有する可視光応答型酸化チタンから構成されたも
のであり、２００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長の光を吸収
する。この電極は透明（無色透明、着色透明又は半透
明）電極上にＴｉＯ２−ｘＮｙ膜を設けたものである。
【００１３】他方の電極は、例えば、アルミニウム、ニ
ッケル、クロム、白金、銀、金、銅、モリブデン、チタ
ン、タンタルのような金属、又はこれらの合金、ＩＴＯ
（９５％酸化インジウムと５％酸化錫からなる化合
物）、酸化インジウム、酸化錫のような金属酸化物等で
構成されていても良い。また、電解液としては、例え
ば、ヨウ素水溶液等を含めて公知のものを使用すること
ができ、電解質としては固体の電解質を用いても良い。
ッケル、クロム、白金、銀、金、銅、モリブデン、チタ
ン、タンタルのような金属、又はこれらの合金、ＩＴＯ
（９５％酸化インジウムと５％酸化錫からなる化合
物）、酸化インジウム、酸化錫のような金属酸化物等で
構成されていても良い。また、電解液としては、例え
ば、ヨウ素水溶液等を含めて公知のものを使用すること
ができ、電解質としては固体の電解質を用いても良い。
【００１４】この湿式タイプの太陽電池の作動原理は、
従来技術を示す図１を参照して既に説明した通りであ
る。例えば、可視光応答型酸化チタン電極と、白金電極
と、これらの間に存在するヨウ素水溶液とからなる太陽
電池は、酸化チタン電極に太陽光が照射されると、この
電極内で電子と正孔とが発生する。次いで、この酸化チ
タン電極で発生した電子は、外部回路を介して、対極の
白金電極に引き渡される。一方、酸化チタン電極に残っ
た正孔は、ヨウ素イオンを還元してＩ−をＩ３ −に変え
る。このＩ３ −は、電解液中を拡散し、白金電極の表面
に達すると、外部回路を介して運ばれてきた電子を受け
取る。このサイクルが両電極の間に形成され、所望の太
陽電池として機能する。従来の太陽電池と異なり、本発
明で用いる酸化チタン電極は、可視光領域の波長の光を
充分に吸収することができるので、色素を混ぜて可視光
領域まで光の吸収を増感させる必要がない。
従来技術を示す図１を参照して既に説明した通りであ
る。例えば、可視光応答型酸化チタン電極と、白金電極
と、これらの間に存在するヨウ素水溶液とからなる太陽
電池は、酸化チタン電極に太陽光が照射されると、この
電極内で電子と正孔とが発生する。次いで、この酸化チ
タン電極で発生した電子は、外部回路を介して、対極の
白金電極に引き渡される。一方、酸化チタン電極に残っ
た正孔は、ヨウ素イオンを還元してＩ−をＩ３ −に変え
る。このＩ３ −は、電解液中を拡散し、白金電極の表面
に達すると、外部回路を介して運ばれてきた電子を受け
取る。このサイクルが両電極の間に形成され、所望の太
陽電池として機能する。従来の太陽電池と異なり、本発
明で用いる酸化チタン電極は、可視光領域の波長の光を
充分に吸収することができるので、色素を混ぜて可視光
領域まで光の吸収を増感させる必要がない。
【００１５】上記湿式タイプの太陽電池は、次のように
して作製される。例えば、酸化錫等から構成された透明
電極上に、公知の条件下、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を
ＥＢガンで蒸着して、又は二酸化チタンゾルをスピンコ
ート法で塗布して、ＴｉＯ２膜（例えば、膜厚５００ｎ
ｍ）を形成し、次いで、純ＮＨ３ガス又はＮＨ３含有混
合ガス等の雰囲気中で、４００℃以上の温度で所定の時
間加熱焼成し、式：ＴｉＯ２−ｘＮｙ（式中、０＜ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）を有する可視光応答型酸化チタン膜を
得、この可視光応答型酸化チタン膜を一方の電極として
用い、他方の電極として上記したような白金等からなる
電極を用い、また、電解液として、例えば、ヨウ素水溶
液を用い、公知の湿式タイプの太陽電池の場合と同様に
して本発明の湿式タイプの太陽電池を作製する。
して作製される。例えば、酸化錫等から構成された透明
電極上に、公知の条件下、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を
ＥＢガンで蒸着して、又は二酸化チタンゾルをスピンコ
ート法で塗布して、ＴｉＯ２膜（例えば、膜厚５００ｎ
ｍ）を形成し、次いで、純ＮＨ３ガス又はＮＨ３含有混
合ガス等の雰囲気中で、４００℃以上の温度で所定の時
間加熱焼成し、式：ＴｉＯ２−ｘＮｙ（式中、０＜ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）を有する可視光応答型酸化チタン膜を
得、この可視光応答型酸化チタン膜を一方の電極として
用い、他方の電極として上記したような白金等からなる
電極を用い、また、電解液として、例えば、ヨウ素水溶
液を用い、公知の湿式タイプの太陽電池の場合と同様に
して本発明の湿式タイプの太陽電池を作製する。
【００１６】なお、スピンコート法によりＴｉＯ２膜を
形成した場合は、まず、空気中で３００〜６００℃で加
熱焼成した後、純ＮＨ３ガス又はＮＨ３含有混合ガス等
の雰囲気中で所定の温度で焼成することが好ましい。上
記作製方法で用いる原料の二酸化チタンは資源が豊富で
あり、低コストであるために、製造コストはシリコン系
太陽電池の１／１０〜１／５に抑えることができる。
形成した場合は、まず、空気中で３００〜６００℃で加
熱焼成した後、純ＮＨ３ガス又はＮＨ３含有混合ガス等
の雰囲気中で所定の温度で焼成することが好ましい。上
記作製方法で用いる原料の二酸化チタンは資源が豊富で
あり、低コストであるために、製造コストはシリコン系
太陽電池の１／１０〜１／５に抑えることができる。
【００１７】また、本発明の別の実施の形態である乾式
タイプの太陽電池は、Ｐ型半導体とＮ型ＴｉＯ２−ｘＮ
ｙとを接合させた可視光応答型ＴｉＯ２太陽電池であ
る。Ｐ型半導体としては、例えば、リンドープのシリコ
ンや、ＣｕＩ等が用いられ、これにＥＢガン等でＴｉＯ
２を蒸着して、又はＴｉＯ２ゾルをスピンコート法で塗
布して、ＴｉＯ２膜（例えば、膜厚５００ｎｍ）を形成
し、次いで、純ＮＨ ３ガス又はＮＨ３含有混合ガス等の
雰囲気中で、４００℃以上の温度で所定の時間加熱焼成
し、式：ＴｉＯ２−ｘＮｙ（式中、０＜ｘ＜１、０＜ｙ
＜１）を有するＮ型可視光応答型酸化チタン膜を得、こ
のＮ型可視光応答型酸化チタン膜を備えた太陽電池が得
られる。なお、スピンコート法によりＴｉＯ２膜を形成
した場合は、まず、空気中で３００〜６００℃で加熱焼
成した後、純ＮＨ３ガス又はＮＨ３含有混合ガス等の雰
囲気中で所定の温度で焼成することが好ましい。
タイプの太陽電池は、Ｐ型半導体とＮ型ＴｉＯ２−ｘＮ
ｙとを接合させた可視光応答型ＴｉＯ２太陽電池であ
る。Ｐ型半導体としては、例えば、リンドープのシリコ
ンや、ＣｕＩ等が用いられ、これにＥＢガン等でＴｉＯ
２を蒸着して、又はＴｉＯ２ゾルをスピンコート法で塗
布して、ＴｉＯ２膜（例えば、膜厚５００ｎｍ）を形成
し、次いで、純ＮＨ ３ガス又はＮＨ３含有混合ガス等の
雰囲気中で、４００℃以上の温度で所定の時間加熱焼成
し、式：ＴｉＯ２−ｘＮｙ（式中、０＜ｘ＜１、０＜ｙ
＜１）を有するＮ型可視光応答型酸化チタン膜を得、こ
のＮ型可視光応答型酸化チタン膜を備えた太陽電池が得
られる。なお、スピンコート法によりＴｉＯ２膜を形成
した場合は、まず、空気中で３００〜６００℃で加熱焼
成した後、純ＮＨ３ガス又はＮＨ３含有混合ガス等の雰
囲気中で所定の温度で焼成することが好ましい。
【００１８】ｐｎ接合が形成されている半導体に太陽光
を照射すると、入射した光のうち、半導体のＥｇよりも
大きなエネルギー（短波長）によって、価電子帯の電子
が伝導帯に励起され、同時に価電子帯には正孔が発生す
る。この半導体内で発生した電子−正孔対は、ｐｎ接合
部に形成された内部電界により、電子がｎの方向、正孔
がｐの方向にそれぞれ移動し、結果として起電力が発生
する。このｐ層側、ｎ層側にそれぞれ電極を形成して負
荷を接続することにより、上記したようにして発生した
起電力・電流を利用した本発明の乾式タイプの太陽電池
を公知の方法により構成することができる。
を照射すると、入射した光のうち、半導体のＥｇよりも
大きなエネルギー（短波長）によって、価電子帯の電子
が伝導帯に励起され、同時に価電子帯には正孔が発生す
る。この半導体内で発生した電子−正孔対は、ｐｎ接合
部に形成された内部電界により、電子がｎの方向、正孔
がｐの方向にそれぞれ移動し、結果として起電力が発生
する。このｐ層側、ｎ層側にそれぞれ電極を形成して負
荷を接続することにより、上記したようにして発生した
起電力・電流を利用した本発明の乾式タイプの太陽電池
を公知の方法により構成することができる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （実施例１）酸化錫透明電極上に二酸化チタン（ＴｉＯ
２）をＥＢガンで蒸着してＴｉＯ２膜（膜厚５００ｎ
ｍ）を形成し、これをＮＨ３ガス雰囲気中でランプ方式
の加熱炉で５００℃、１５分間焼成した。かくして得ら
れた酸化チタン膜を有する電極を一方の極として、もう
一方の極として白金電極を用いた。両極をクリップで固
定した後、電解液（ヨウ素水溶液）を注入し、疑似太陽
光を照射して光電変換効率測定を行った。開放電圧値は
１．０Ｖ、短絡電流値は０．３ｍＡ／ｃｍ２、光電変換
効率は１．０％であった。
する。 （実施例１）酸化錫透明電極上に二酸化チタン（ＴｉＯ
２）をＥＢガンで蒸着してＴｉＯ２膜（膜厚５００ｎ
ｍ）を形成し、これをＮＨ３ガス雰囲気中でランプ方式
の加熱炉で５００℃、１５分間焼成した。かくして得ら
れた酸化チタン膜を有する電極を一方の極として、もう
一方の極として白金電極を用いた。両極をクリップで固
定した後、電解液（ヨウ素水溶液）を注入し、疑似太陽
光を照射して光電変換効率測定を行った。開放電圧値は
１．０Ｖ、短絡電流値は０．３ｍＡ／ｃｍ２、光電変換
効率は１．０％であった。
【００２０】上記のようにして得られた酸化チタン膜中
の窒素含有量を燃焼法にて測定したところ、その組成は
ＴｉＯ２−ｘＮｙ（ｘ＝０．２、ｙ＝０．２）であるこ
とがわかった。また、得られた酸化チタン膜の電気伝導
度（抵抗値）は、１００Ωｃｍであった。さらに、得ら
れた酸化チタン（ＴｉＯ１．８Ｎ０．２）膜の吸収スペ
クトルを調べるために、蛍光分光光度計による測定を行
った。無処理のＴｉＯ２膜の吸収スペクトルを図３に、
５００℃で１５分間処理して得た酸化チタン膜の吸収ス
ペクトルを図４に示す。また、得られた酸化チタン膜に
ついて、エネルギーバンドギャップの測定を行った。無
処理のＴｉＯ２膜の結果を図５に、５００℃で処理して
得た酸化チタン膜の結果を図６に示す。
の窒素含有量を燃焼法にて測定したところ、その組成は
ＴｉＯ２−ｘＮｙ（ｘ＝０．２、ｙ＝０．２）であるこ
とがわかった。また、得られた酸化チタン膜の電気伝導
度（抵抗値）は、１００Ωｃｍであった。さらに、得ら
れた酸化チタン（ＴｉＯ１．８Ｎ０．２）膜の吸収スペ
クトルを調べるために、蛍光分光光度計による測定を行
った。無処理のＴｉＯ２膜の吸収スペクトルを図３に、
５００℃で１５分間処理して得た酸化チタン膜の吸収ス
ペクトルを図４に示す。また、得られた酸化チタン膜に
ついて、エネルギーバンドギャップの測定を行った。無
処理のＴｉＯ２膜の結果を図５に、５００℃で処理して
得た酸化チタン膜の結果を図６に示す。
【００２１】図３から明らかなように、無処理のＴｉＯ
２膜は２００〜４００ｎｍ程度の紫外光領域の波長の光
を吸収することができたに過ぎなかったが、加熱処理し
て得られた膜は、図４から明らかなように、２００〜６
７５ｎｍの波長の光を吸収することができることがわか
る。また、無処理のＴｉＯ２膜の場合、図５から明らか
なように、２．９７ｅＶよりも大きなエネルギー準位に
相当する波長の光（紫外光のような短波長光）が必要で
あったが、加熱処理して得られた酸化チタン膜の場合、
図６から明らかなように、２．６７ｅＶよりも大きなエ
ネルギー準位に相当する波長の光、すなわち、無処理の
場合よりも長波長側の光（可視光）で充分である。従っ
て、後者の酸化チタン膜の場合、バンドギャップが太陽
光の吸収に適した大きさであり、可視光で十分に光電変
換機能を果たすことがわかる。
２膜は２００〜４００ｎｍ程度の紫外光領域の波長の光
を吸収することができたに過ぎなかったが、加熱処理し
て得られた膜は、図４から明らかなように、２００〜６
７５ｎｍの波長の光を吸収することができることがわか
る。また、無処理のＴｉＯ２膜の場合、図５から明らか
なように、２．９７ｅＶよりも大きなエネルギー準位に
相当する波長の光（紫外光のような短波長光）が必要で
あったが、加熱処理して得られた酸化チタン膜の場合、
図６から明らかなように、２．６７ｅＶよりも大きなエ
ネルギー準位に相当する波長の光、すなわち、無処理の
場合よりも長波長側の光（可視光）で充分である。従っ
て、後者の酸化チタン膜の場合、バンドギャップが太陽
光の吸収に適した大きさであり、可視光で十分に光電変
換機能を果たすことがわかる。
【００２２】（実施例２）酸化錫透明電極上にＴｉＯ２
をＥＢガンで蒸着しＴｉＯ２膜（膜厚５００ｎｍ）を形
成し、これをＮＨ３ガス雰囲気中でランプ方式の加熱炉
で６００℃、１５分間焼成した。かくして得られた酸化
チタン膜を有する電極を一方の極として、もう一方の極
として白金電極を用いた。両極をクリップで固定した
後、電解液（ヨウ素水溶液）を注入し、疑似太陽光を照
射して光電変換効率測定を行った。開放電圧値は０．９
Ｖ、短絡電流値は０．２ｍＡ／ｃｍ２、光電変換効率は
０．８％であった。
をＥＢガンで蒸着しＴｉＯ２膜（膜厚５００ｎｍ）を形
成し、これをＮＨ３ガス雰囲気中でランプ方式の加熱炉
で６００℃、１５分間焼成した。かくして得られた酸化
チタン膜を有する電極を一方の極として、もう一方の極
として白金電極を用いた。両極をクリップで固定した
後、電解液（ヨウ素水溶液）を注入し、疑似太陽光を照
射して光電変換効率測定を行った。開放電圧値は０．９
Ｖ、短絡電流値は０．２ｍＡ／ｃｍ２、光電変換効率は
０．８％であった。
【００２３】上記のようにして得られた酸化チタン膜中
の窒素含有量を燃焼法にて測定したところ、その組成は
ＴｉＯ２−ｘＮｙ（ｘ＝０．５、ｙ＝０．５）であるこ
とがわかった。また、得られた酸化チタン膜の電気伝導
度（抵抗値）は、１０Ωｃｍであった。さらに、得られ
た酸化チタン（ＴｉＯ１．５Ｎ０．５）膜の吸収スペク
トルを調べるために、蛍光分光光度計による測定を行っ
た。得られた結果を図７に示す。図７から明らかなよう
に、加熱処理して得られた酸化チタン膜は、２００〜１
１００ｎｍの波長の光を吸収することができたことがわ
かる。
の窒素含有量を燃焼法にて測定したところ、その組成は
ＴｉＯ２−ｘＮｙ（ｘ＝０．５、ｙ＝０．５）であるこ
とがわかった。また、得られた酸化チタン膜の電気伝導
度（抵抗値）は、１０Ωｃｍであった。さらに、得られ
た酸化チタン（ＴｉＯ１．５Ｎ０．５）膜の吸収スペク
トルを調べるために、蛍光分光光度計による測定を行っ
た。得られた結果を図７に示す。図７から明らかなよう
に、加熱処理して得られた酸化チタン膜は、２００〜１
１００ｎｍの波長の光を吸収することができたことがわ
かる。
【００２４】（実施例３）酸化錫透明電極上に市販のＴ
ｉＯ２ゾル（石原産業(株)製）をスピンコート法で塗布
し、これを空気中で４００℃、３０分間焼成した。その
後、ＮＨ３ガス雰囲気中において５００℃、１５分間焼
成した。かくして得られた酸化チタン膜を有する電極を
一方の極として、もう一方の極として白金電極を用い
た。両極をクリップで固定した後、電解液（ヨウ素水溶
液）を注入し、疑似太陽光を照射して光電変換効率測定
を行った。開放電圧値は０．９Ｖ、短絡電流値は０．３
ｍＡ／ｃｍ２、光電変換効率は０．８％であった。上記
のようにして得られた酸化チタン膜中の窒素含有量を燃
焼法にて測定したところ、その組成はＴｉＯ２−ｘＮｙ
（ｘ＝０．２、ｙ＝０．２）であることがわかった。ま
た、得られた酸化チタン膜の電気伝導度（抵抗値）は、
１ｋΩｃｍであった。
ｉＯ２ゾル（石原産業(株)製）をスピンコート法で塗布
し、これを空気中で４００℃、３０分間焼成した。その
後、ＮＨ３ガス雰囲気中において５００℃、１５分間焼
成した。かくして得られた酸化チタン膜を有する電極を
一方の極として、もう一方の極として白金電極を用い
た。両極をクリップで固定した後、電解液（ヨウ素水溶
液）を注入し、疑似太陽光を照射して光電変換効率測定
を行った。開放電圧値は０．９Ｖ、短絡電流値は０．３
ｍＡ／ｃｍ２、光電変換効率は０．８％であった。上記
のようにして得られた酸化チタン膜中の窒素含有量を燃
焼法にて測定したところ、その組成はＴｉＯ２−ｘＮｙ
（ｘ＝０．２、ｙ＝０．２）であることがわかった。ま
た、得られた酸化チタン膜の電気伝導度（抵抗値）は、
１ｋΩｃｍであった。
【００２５】（実施例４）酸化錫透明電極上に実施例３
で用いたのと同じＴｉＯ２ゾルをスピンコート法で塗布
し、空気中で４００℃、３０分間焼成した。その後、Ｎ
Ｈ３ガス雰囲気中において６００℃、１５分間焼成し
た。かくして得られた酸化チタンを有する電極を一方の
極として、もう一方の極として白金電極を用いた。両極
をクリップで固定した後、電解液（ヨウ素水溶液）を注
入し、疑似太陽光を照射して光電変換効率測定を行っ
た。開放電圧値は１．０Ｖ、短絡電流値は０．３ｍＡ／
ｃｍ２、光電変換効率は０．９％であった。上記のよう
にして得られた酸化チタン膜中の窒素含有量を燃焼法に
て測定したところ、その組成はＴｉＯ２−ｘＮｙ（ｘ＝
０．５、ｙ＝０．５）であることがわかった。また、得
られた酸化チタン膜の電気伝導度（抵抗値）は、１００
Ωｃｍであった。
で用いたのと同じＴｉＯ２ゾルをスピンコート法で塗布
し、空気中で４００℃、３０分間焼成した。その後、Ｎ
Ｈ３ガス雰囲気中において６００℃、１５分間焼成し
た。かくして得られた酸化チタンを有する電極を一方の
極として、もう一方の極として白金電極を用いた。両極
をクリップで固定した後、電解液（ヨウ素水溶液）を注
入し、疑似太陽光を照射して光電変換効率測定を行っ
た。開放電圧値は１．０Ｖ、短絡電流値は０．３ｍＡ／
ｃｍ２、光電変換効率は０．９％であった。上記のよう
にして得られた酸化チタン膜中の窒素含有量を燃焼法に
て測定したところ、その組成はＴｉＯ２−ｘＮｙ（ｘ＝
０．５、ｙ＝０．５）であることがわかった。また、得
られた酸化チタン膜の電気伝導度（抵抗値）は、１００
Ωｃｍであった。
【００２６】（実施例５）Ｐ型半導体（リンドープのシ
リコン）にＥＢガンでＴｉＯ２膜（膜厚５００ｎｍ）を
蒸着し、これをＮＨ３ガス雰囲気中において４００℃、
１５分間焼成した。これと酸化錫透明電極とをクリップ
で固定し、疑似太陽光を照射して光電変換効率測定を行
った。開放電圧値は１．０Ｖ、短絡電流値は０．２ｍＡ
／ｃｍ２、光電変換効率は０．７％であった。上記のよ
うにして得られた酸化チタン膜中の窒素含有量を燃焼法
にて測定したところ、その組成はＴｉＯ２−ｘＮｙ（ｘ
＝０．１、ｙ＝０．１）であることがわかった。また、
得られた酸化チタン膜の電気伝導度（抵抗値）は、１０
ｋΩｃｍであった。
リコン）にＥＢガンでＴｉＯ２膜（膜厚５００ｎｍ）を
蒸着し、これをＮＨ３ガス雰囲気中において４００℃、
１５分間焼成した。これと酸化錫透明電極とをクリップ
で固定し、疑似太陽光を照射して光電変換効率測定を行
った。開放電圧値は１．０Ｖ、短絡電流値は０．２ｍＡ
／ｃｍ２、光電変換効率は０．７％であった。上記のよ
うにして得られた酸化チタン膜中の窒素含有量を燃焼法
にて測定したところ、その組成はＴｉＯ２−ｘＮｙ（ｘ
＝０．１、ｙ＝０．１）であることがわかった。また、
得られた酸化チタン膜の電気伝導度（抵抗値）は、１０
ｋΩｃｍであった。
【００２７】（実施例６）実施例１と同様にして、酸化
錫透明電極上にＴｉＯ２をＥＢガンで蒸着してＴｉＯ２
膜（膜厚５００ｎｍ）を形成し、これをＮＨ３ガス雰囲
気中において４００℃、１５分間焼成した。次いで、こ
の焼成されたＴｉＯ２膜の上にＣｕＩのＰ型半導体、酸
化錫透明電極の順に並べて封止した。これに疑似太陽光
を照射した結果、開放電圧値は０．９Ｖ、短絡電流値は
０．３ｍＡ／ｃｍ２、光電変換効率は０．７％であっ
た。上記のようにして得られた酸化チタン膜の組成は実
施例５の場合と同様であった。
錫透明電極上にＴｉＯ２をＥＢガンで蒸着してＴｉＯ２
膜（膜厚５００ｎｍ）を形成し、これをＮＨ３ガス雰囲
気中において４００℃、１５分間焼成した。次いで、こ
の焼成されたＴｉＯ２膜の上にＣｕＩのＰ型半導体、酸
化錫透明電極の順に並べて封止した。これに疑似太陽光
を照射した結果、開放電圧値は０．９Ｖ、短絡電流値は
０．３ｍＡ／ｃｍ２、光電変換効率は０．７％であっ
た。上記のようにして得られた酸化チタン膜の組成は実
施例５の場合と同様であった。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、特定の可視光応答型酸
化チタンを利用することにより、色素を使用せず、耐久
性がある太陽電池を提供することができる。この太陽電
池は、原料として二酸化チタンを用いるので、低コスト
で作製することができる。
化チタンを利用することにより、色素を使用せず、耐久
性がある太陽電池を提供することができる。この太陽電
池は、原料として二酸化チタンを用いるので、低コスト
で作製することができる。
【図１】 従来の湿式タイプの太陽電池の構成及び原理
を説明するための模式図。
を説明するための模式図。
【図２】 従来のｐｎ接合型の乾式タイプ太陽電池の構
成及び原理を説明するための模式図。
成及び原理を説明するための模式図。
【図３】 無処理ＴｉＯ２膜の、分光光度計による吸収
波長の測定結果を示すグラフ。
波長の測定結果を示すグラフ。
【図４】 実施例１で作製したＴｉＯ２−ｘＮｙ膜の、
分光光度計による吸収波長の測定結果を示すグラフ。
分光光度計による吸収波長の測定結果を示すグラフ。
【図５】 無処理ＴｉＯ２膜の、エネルギーバンドギャ
ップを測定したグラフ。
ップを測定したグラフ。
【図６】 実施例１で作製したＴｉＯ２−ｘＮｙ膜の、
エネルギーバンドギャップを測定したグラフ。
エネルギーバンドギャップを測定したグラフ。
【図７】 実施例２で作製したＴｉＯ２−ｘＮｙ膜の、
分光光度計による吸収波長の測定結果を示すグラフ。
分光光度計による吸収波長の測定結果を示すグラフ。
１ 太陽電池 ２、３ 電極
４ 電解液 ５ 外部回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F051 AA01 AA07 AA14 BA11 CB11
CB13 CB14 DA07 FA03
5H032 AA06 AS06 AS16 BB02 BB07
CC16 HH06 HH07
Claims (6)
- 【請求項１】 酸化チタンを電極として利用した太陽電
池において、該酸化チタンは可視光領域で作動する可視
光応答型であることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項２】 前記可視光応答型酸化チタンは、紫外光
をも含む可視光領域（２００ｎｍ〜１１００ｎｍ）の波
長の光を吸収するものである請求項１記載の太陽電池。 - 【請求項３】 前記可視光応答型酸化チタンは、式：Ｔ
ｉＯ２−ｘＮｙ（式中、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）を有
するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載
の太陽電池。 - 【請求項４】 前記可視光応答型酸化チタンを電極とし
て利用した太陽電池は、電解液を使用する湿式タイプ又
はｐｎ接合型の乾式タイプであることを特徴とする請求
項１〜３のいずれかに記載の太陽電池。 - 【請求項５】 酸化チタンを電極として利用した太陽電
池の作製方法において、ＴｉＯ２を窒素含有ガス雰囲気
中で加熱して、ＴｉＯ２を窒化し、式：ＴｉＯ２−ｘＮ
ｙ（式中、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）を有する可視光応
答型酸化チタンを得、この可視光応答型酸化チタンから
なる電極を一方の極として用いて、電解液を使用する湿
式タイプ又はｐｎ接合型の乾式タイプである太陽電池を
作製することを特徴とする太陽電池の作製方法。 - 【請求項６】 前記窒素含有ガスは、純ＮＨ３ガス又は
ＮＨ３含有混合ガスであり、前記加熱温度は４００℃以
上であり、そして前記可視光応答型酸化チタンは、紫外
光をも含む可視光領域（２００ｎｍ〜１１００ｎｍ）の
波長の光を吸収するものであることを特徴とする請求項
５に記載の太陽電池の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001348658A JP2003151648A (ja) | 2001-11-14 | 2001-11-14 | 可視光応答型酸化チタンを利用した太陽電池及びその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001348658A JP2003151648A (ja) | 2001-11-14 | 2001-11-14 | 可視光応答型酸化チタンを利用した太陽電池及びその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003151648A true JP2003151648A (ja) | 2003-05-23 |
Family
ID=19161446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001348658A Withdrawn JP2003151648A (ja) | 2001-11-14 | 2001-11-14 | 可視光応答型酸化チタンを利用した太陽電池及びその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003151648A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005064493A (ja) * | 2003-07-31 | 2005-03-10 | Kyocera Corp | 光電変換装置およびそれを用いた光発電装置 |
| JP2011100676A (ja) * | 2009-11-09 | 2011-05-19 | Kuraray Co Ltd | 光電池および光蓄電池 |
| US8013321B2 (en) | 2005-05-31 | 2011-09-06 | Kyocera Corporation | Composite comprising array of needle-like crystal, method for producing the same, photovoltaic conversion element, light emitting element, and capacitor |
| JP2014116261A (ja) * | 2012-12-12 | 2014-06-26 | Kuraray Co Ltd | 半導体電極、光電変換素子、および太陽電池 |
| JP2014137968A (ja) * | 2013-01-18 | 2014-07-28 | Yamaguchi Univ | 光電極、光電変換素子及び光電極の製造方法 |
| KR20160030592A (ko) * | 2014-08-26 | 2016-03-21 | 주식회사 큐시스 | 전기영동 나노입자, 그 제조방법 및 전기영동 나노입자 분산용액 |
-
2001
- 2001-11-14 JP JP2001348658A patent/JP2003151648A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005064493A (ja) * | 2003-07-31 | 2005-03-10 | Kyocera Corp | 光電変換装置およびそれを用いた光発電装置 |
| US8013321B2 (en) | 2005-05-31 | 2011-09-06 | Kyocera Corporation | Composite comprising array of needle-like crystal, method for producing the same, photovoltaic conversion element, light emitting element, and capacitor |
| US8207522B2 (en) | 2005-05-31 | 2012-06-26 | Kyocera Corporation | Composite comprising array of needle-like crystal, method for producing the same, photovoltaic conversion element, light emitting element, and capacitor |
| JP2011100676A (ja) * | 2009-11-09 | 2011-05-19 | Kuraray Co Ltd | 光電池および光蓄電池 |
| JP2014116261A (ja) * | 2012-12-12 | 2014-06-26 | Kuraray Co Ltd | 半導体電極、光電変換素子、および太陽電池 |
| JP2014137968A (ja) * | 2013-01-18 | 2014-07-28 | Yamaguchi Univ | 光電極、光電変換素子及び光電極の製造方法 |
| KR20160030592A (ko) * | 2014-08-26 | 2016-03-21 | 주식회사 큐시스 | 전기영동 나노입자, 그 제조방법 및 전기영동 나노입자 분산용액 |
| KR101641054B1 (ko) * | 2014-08-26 | 2016-07-21 | 주식회사 큐시스 | 전기영동 나노입자, 그 제조방법 및 전기영동 나노입자 분산용액 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050201 |