JP2003500815A

JP2003500815A - 光起電的に自己充電する蓄電システム

Info

Publication number: JP2003500815A
Application number: JP2000620646A
Authority: JP
Inventors: アンドレアスゲオルグ，; アンネケハウフ，
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2003-01-07
Also published as: US6541697B1; WO2000072340A1; DE19923112A1; EP1185992A1; DE50005145D1; ATE258710T1; EP1185992B1

Abstract

(57)【要約】本発明は、第１のレドックス系を形成する第１の材料（１）と、第２のレドックス系を形成する第２の材料（２）と、感光材料（３）とが、第１（４）と第２（５）の導電層中またはこれらの間に配置される、層構造を有する光起電的に自己充電する蓄電システムに関する。少なくとも１つの導電層（４、５）は可視光線に対して透過性である。第１および第２の材料（１、２）は、それぞれ導電層（４、５）の１つと電気的に接触しており、感光材料（３）が光の作用でレドックス反応Ａｏｘ＋Ｂｒｅｄ→Ａｒｅｄ＋Ｂｏｘを引き起こすような方法で層構造に配置されている。この反応は光が停止すると逆転できる。第１（１）および／または第２（２）の材料が覆って延びる層の厚さは、電気消費装置を作動させるために充分な電荷蓄積を可能にするような形で構成される。追加的な触媒材料の導入によって前記逆反応が加速されることにより、正反応と逆反応との空間的な分離が可能になる。本発明のシステムは、単純な層構造を有利な方法で使用して、光起電変換および電荷蓄積を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、第１のレドックス系を形成する第１の材料と、第２のレドックス系
を形成する第２の材料と、感光材料とが、第１の導電層と第２の導電層の中また
はこれらの間に配置される、層構造を有する光起電的に自己充電する蓄電システ
ムに関する。このシステムは、光照射されたときに電気エネルギーを電気化学的
に蓄え、後で電気消費装置を作動させるために電気エネルギーを放出することが
できる多層システムである。

【０００２】電気消費装置を作動させる上述の応用例の場合、現況技術は、目下のところ、
必要とされるエネルギーを消費装置に直接放出する光起電システムを提供してい
る。後々までエネルギーが必要とされない場合、これらのシステムは蓄電用に追
加の電池を必要とする。

【０００３】さらに、ＤＥ２９２４０７９は、固体電解質と共にｐ−ｎ接合を利用し
て電荷を発生させ、それを蓄積する構成を開示している。しかし、この種のシス
テムは、構造が比較的複雑で、材料の選択が非常に限られているという不都合を
有する。

【０００４】本発明の目的は、単純構造を有し、電気消費装置の作動のために供給されるエ
ネルギーを光起電によって蓄えることを可能にする光起電的に自己充電する蓄電
システムを提供することである。

【０００５】この目的は、有効な請求項１の光起電的に自己充電する蓄電システムで解決さ
れる。有利な実施形態およびこのシステムの更なる進展は、従属クレームの内容
である。

【０００６】本発明の主要な要素は、光起電的に自己充電する蓄電システムが層構造を有し
、第１のレドックス系Ａｏｘ／Ａｒｅｄを形成する第１の材料、第２のレドック
ス系Ｂｏｘ／Ｂｒｅｄを形成する第２の材料、および感光材料が、第１および第
２の導電層の中またはそれらの間に配置され、その少なくとも１つの導電層が可
視光線に対して透過性であることである。第１の材料と第２の材料はそれぞれ導
電層の１つと電気的に接触する。さらに、第１の材料、第２の材料、および感光
材料は、光の作用により感光材料が第１のレドックス系に電子を放出し、それら
を第２のレドックス系から再度拾い上げ、それにより、レドックス反応Ａｏｘ＋
Ｂｒｅｄ→Ａｒｅｄ＋Ｂｏｘ（正反応）を引き起こし、光が停止した場合は逆転
（逆反応）することができ、逆反応が正反応よりも実質的に遅いような形で選択
され、層構造内に配置される。当業者はこの目的に適した材料の組合せに通じて
いる。第１および／または第２の材料が覆って延びる層の厚さは、正反応によっ
て層構造内に生じる電荷の蓄積が電気消費装置を作動させるために充分な容量で
可能になるような形で構成される。

【０００７】本発明の蓄電システムは、光起電性素子と電気化学的蓄電を有利な方法で層構
造に組み合せる。感光材料、好適には色素、および２つのレドックス対Ａｏｘ、
ＡｒｅｄおよびＢｏｘ、Ｂｒｅｄが適切な方法で組み合わされ、２つの導電層間
に配置される。当然ながら、この材料のうちの１つは、導電層内にそれぞれ埋め
込まれてそれ自体が導電層を形成することもできる。蓄電システムの充電は、光
を受けた感光材料（例えば、色素）によって開始される反応Ａｏｘ＋Ｂｒｅｄ→
Ａｒｅｄ＋Ｂｏｘによって行われる。色素（Ｆ）は光によって励起され、電子ｅ ⁻ を直接、または半導体を介してＡｏｘに放出することができ、その結果、Ａｏ
ｘの還元が起る。色素の電荷補償のために、後者は電子をＢｒｅｄから拾い上げ
（直接的または間接的）、それによってＢｒｅｄを酸化する。このプロセスは、
以下の式によって表わすことができる。

【０００８】（１）Ｆ＋フォトン→Ｆ^＊（色素の励起）（２）Ｆ^＊＋Ａ→Ｆ^＋（色素からＡへのｅ⁻の急速注入、Ａの酸化）（３）Ｆ^＋＋Ｂ→Ｆ＋Ｂ^＋（Ｂから色素へのｅ⁻の注入、Ｂの還元）蓄電システムの機能原理は、感光材料が光を受けて強力に励起された電荷担体
（キャリア）を直接的に、または別の材料を介して間接的に（例えば、請求項４
を参照のこと）レドックス対Ａ内に注入し、そこでレドックス反応を導くことで
ある。電子注入の場合はＡが還元される。レドックス対Ｂから、感光材料は電荷
担体（キャリア）を再度受け取る。電子注入の場合はＢが酸化される。それぞれ
の層の順序（例えば、請求項６、９、および１３を参照のこと）を有する層構造
に応じて、ＡｒｅｄおよびＢｏｘが、例えば、（感光材料による電子注入の場合
は）直接的に隣接し、電気化学的な２層を形成することができ、あるいはレドッ
クス対の構成要素の１つに対する対イオンが反対側に渡り、この方法で感光材料
による電荷移動を補償する。後者の場合、レドックス対の間に存在することのあ
る中間層は、対イオンに対して透過性でなければならない。

【０００９】レドックス反応では、この正反応の他に常に逆反応が同時に発生する。しかし
、これは材料の選択によって大幅に防止すべきである。本発明のシステムを蓄電
システムとして機能させるために、正反応が発生する領域では遅い逆反応速度が
必要となる。当業者には、これらの性質を有する多数の材料は周知である。例え
ば、無機ルテニウム化合物を感光材料とし、また炭酸プロピレン中のＬｉＩを第
２レドックス系として組み合わされる第１のレドックス系としてのＷＯ_３または
ＴｉＯ_２の組合せは、非常に遅い逆反応速度を呈する。

【００１０】逆反応はシステムの放電のための前提条件である。遅い逆反応は、非常に電流
要件の低い消費装置の作動を可能にするだけである。適切な層構造と組み合わさ
れたこのシステムの適切な外部回路は、以下でより詳細に説明するように、正反
応と逆反応との間に空間的な分離をもたらすことができる。層構造における逆反
応に対して逆反応の個所に触媒材料が提供される場合、外部回路に基づいて逆反
応を実質的に加速することができ、したがって、より大きな電流強度を供給する
ことができる。上記で説明したレドックス系の逆反応では、プラチナの添加物は
僅かであっても触媒として働く。

【００１１】本発明の蓄電システムの機能は、第１または第２のレドックス系が延びる層の
厚さが、電気消費装置を作動させるために充分な量の電荷を蓄えることができる
ほど充分に厚いことを必要とする。０．０１から１ｍｍまたはそれ以上の層の厚
さを利用することが好ましい。

【００１２】したがって、請求項１による光起電蓄電システムによって、光エネルギーは光
起電的に変換され、単純な層構造内に蓄電されて、そのエネルギーによって即座
に、または少し後で電気消費装置を作動させる。単純な構造に加え、このシステ
ムは、電荷蓄積のためにもはや追加の電池を必要としないという、現況技術に勝
る大きな利点を有する。

【００１３】色素で感光する太陽電池、エレクトロクロミック・システム、およびエレクト
ロクロミック色素で感光する太陽電池に使用されるような材料を、層構造に利用
することができる。これらのシステムは、光照射または外部回路によって光学的
性質または電気的性質を可逆的に変えることができる光学的構成要素である。こ
のような光学的構成要素は、例えば、「Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉ
ｃＷｉｎｄｏｗａｎｄＤｉｓｐｌａｙｓ」Ｃ．Ｂｅｃｈｉｎｇｅｒ他、Ｎ
ａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３８３，１７，Ｏｃｔ．１９９６，ｐｐ．６０８〜６１０
に記載されている。このシステムでは、層構造は、本発明に類似の２つのレドッ
クス系および色素によって実現される。外部回路の１つを開閉することにより、
この層構造内部のエレクトロクロミックＷＯ_３の着色を保持または逆転させるこ
とが可能になる。

【００１４】しかし、設けられている層の１μｍよりも厚さが薄いと、電気消費装置を作動
させるための電荷蓄積は不可能になる。相当に厚い層が必要となる。

【００１５】本発明に利用される材料は、層構造内に異なる層の形式の混合または積層とし
て配置することができる。さらに、追加の材料を、これらの材料に混合すること
も、あるいは層構造に追加の層として形成することもできる。例えば、第１のレ
ドックス系に対する感光材料の結合を向上させるため、または逆反応の速度を高
めるためのこの種の追加的な材料により、プロセスの反応速度とシステムの安定
性を高めることができる。

【００１６】レドックス系を形成する材料の例としては、ＡｏｘとしてのＴｉＯ_２またはＷ
Ｏ_３と、ＢｏｘおよびＢｒｅｄとしてのＩ_３ ⁻およびＩ⁻が挙げられる。レドッ
クス系Ｂは、例えば、アセトニトリル層内に溶解されたＬｉＩおよびＩ_２の形態
で存在する。感光材料は、例えば、色素で感光する太陽電池に利用される無機ル
テニウム化合物、アントシアニン、クロロピルル、ペリレン色素などの色素であ
る。

【００１７】単一システムは、上述のように、直接的に隣接した層であり、電気化学的二重
層を形成することができる。

【００１８】別の実施形態では、レドックス反応において、レドックス系の構成要素に対す
る対イオンがこのレドックス系の相から別のレドックス系の相に移動でき、この
ようにして、感光材料による電荷転送を補償できることが規定される場合がある
。

【００１９】この一例として、無機ルテニウム化合物の単層を感光材料（色素）としてその
上に加えられる、第１のレドックス系としてのナノ多孔質ＷＯ_３層がある。ＷＯ _３層の細孔は、塩としてＬｉＩおよびＬｉＩ_３を含む電解液によって飽和される
（第２のレドックス系）。露光されると、色素はＩ⁻からＩ_３ ⁻に酸化し、Ｌｉ ^＋イオンは色素からの付加的な電子を含むＷＯ_３中に移動する。第２のレドック
ス系は次いでＷ^（＋６）Ｏ_３＋Ｌｉ^＋＋ｅ⁻→ＬｉＷ^（＋５）Ｏ_３となる。第１
のレドックス系への色素の結合を向上させるために、ＷＯ_３上に配置された追加
のＴｉＯ_２層上に色素を加えることができる。

【００２０】本発明の蓄電システムの好ましい実施形態では、第１の材料、第２の材料、お
よび感光材料は、導電層、第１の材料、感光材料、第２の材料、任意選択により
触媒層、および第２の導電層の層の順序で配置される異なる層を形成する。任意
選択で、例えば、感光材料と第１の材料との結合を向上させるために第１の材料
と感光材料の間に中間層を置くことができる。レドックス系を形成する材料の１
つは、好適には０．０１（Ωｃｍ）^−１より大きな良好な伝導率を有し、他の不
十分な伝導率は１０^−４（Ωｃｍ）^−１よりも小さい。これは、外部接続した消
費装置を介して電流が流れることを防止するが、むしろ内部的に２つの導電層間
で防止する。

【００２１】第２の好ましい実施形態では、層の順序が導電層、任意選択で中間層、感光材
料、任意選択で触媒層、第２の材料、第１の材料、および別の導電層によって実
現される層構造が形成される。この場合も、２つのレドックス材料を形成する材
料の１つは良好な伝導率を有し、他方は不十分な伝導率を有する。好適な伝導値
は前の実施形態に関して記述した。したがって、どちらの実施形態においても、
外部の消費装置を介した電流の伝導を可能にする正反応と逆反応との間の空間的
な分離は、適切な層構造によって達成される。

【００２２】さらに、光学的性質と電気的性質を電荷状態によって変える材料を利用するこ
とができる。これらは、例えば、色素で感光する太陽電池に使用されるような材
料である。本発明では、このような方法でこれら周知の光学システムのさらなる
効果も利用することができる。

【００２３】本発明は、以下で次の図面を参照しながら好ましい実施形態を使用すると、よ
り明らかになろう。

【００２４】図１に、第１のレドックス対Ａを形成する材料１と第２のレドックス対Ｂを形
成する材料２が、相互に直接接触を有する異なる層である本発明の蓄電システム
の好ましい実施形態を示す。この例では、レドックス対Ａ層上に色素３が直接的
に加えられている。２つの材料１、２は２つの導電基板４、５の間に配置される
。導電層４、５は、電気消費装置８と回路素子９の両方を含む外部導体７を介し
て接続されている。レドックス対Ｂのレドックス反応の逆反応を非常に速く行う
ことができる薄い触媒層６が、層２とそれに隣接する導電基板５との間に設けら
れる。レドックス対Ａは、導電層４、５および外部導体７を介してこの触媒層に
電気的に接続される。

【００２５】蓄電システムの充電は、光の作用下で、開いたスイッチ９によりレドックス反
応（正反応）を誘導することによって行われる。色素層の電荷補償は、色素３へ
の界面層でレドックス対Ｂによって行われる。レドックス対Ｂによる層２の導電
性の低さのため、逆反応はスイッチ９が開いたときに触媒層６で非常に小さい度
合いでしか発生することができない。レドックス対Ａから外部導体７および基板
５を介した、触媒６の作用によるレドックス対Ｂの層２領域内への電荷転送は、
スイッチ９が閉じるまで発生することはできない。これは、それによって作動す
る電気消費装置８によるシステムの放電に対応している。

【００２６】この場合、触媒層６および外部回路７は、正反応と逆反応との空間的分離をも
たらし、電気消費装置を作動させるための本発明の蓄電システムの有利な使用を
可能にする。

【００２７】蓄電能力をそれぞれに高めるために、色素からレドックス対Ａへの電荷担体（
キャリア）接合部の結合、すなわちレドックス対Ａを有する層１と色素を有する
層３との間に追加の層を配置することができる。

【００２８】図２による別の好ましい実施形態において、色素３は、２つのレドックス対を
有する層の間ではなく、レドックス対Ｂを有する層２と導電基板５との間に設け
られている。色素から導電基板への電子の転送を向上させ、かつ／または色素を
配置する表面を拡大することが目的である、すなわちその目的が光の吸収である
、図にも示した中間層１０は、省略することも可能である。任意選択で、逆反応
に対する触媒を、層２の蓄電側である色素側面上、したがって逆反応の速度すな
わち電流の放出は高めるが充電電流を減少させるレドックス対Ａを含む層の側面
上に設けることができる。この実施形態では、２つのスイッチ９ａと９ｂが、２
つの導電基板４、５を接続する外部導体７内に並列に設けられている。消費機器
８は、外部導体７の２つの並列した分岐の１つに接続される。対応するスイッチ
の位置により、消費機器８には、蓄電システムを充電する電池を充電せずに、光
を受けた電流を直接的に供給することができる。

【００２９】上述の好ましい実施形態のどちらの変形形態でも、２つの導電基板４、５の少
なくとも１つは光に対して透過性でなければならない。この性質を有する適切な
材料の一例としては、ガラス上のフッ素でドープしたスズがある。

【００３０】図示した蓄電システムの２つの好ましい実施形態において、２つのレドックス
系ＡおよびＢは別個の層内にある。しかし、２つのレドックス系が相互に浸透す
る別の実施形態も可能である。ＬｉＩを有する電解液をレドックス系Ｂとしてそ
の細孔に取り入れている第１のレドックス系Ａとして、ナノ結晶体ＴｉＯ_２層を
設けることによってこれを行うことができる。蓄電システムのこのようなタイプ
の実施形態では、正反応と逆反応の空間的分離も可能である。この実施形態では
、２つのレドックス系を含む層を挟んだ２つの対抗する側面の一方には色素、も
う一方には触媒材料が、層とそれぞれの電解質との間に加えられる。２つの電解
質の外部回路によって、蓄電システムの充電と放電の間の切替が可能になる。

【００３１】本発明のシステムに関して特別なことは、光電池としての使用を可能にするそ
の蓄電容量である。この蓄電容量は、具体的には電荷蓄積材料の層の厚さを増す
ことによってさらに高めることができる。したがって、色素で感光する太陽電池
にも使用されるＴｉＯ_２の蓄電能力を、適合させた構造によって、すなわち、例
えば、色素で感光する太陽電池に通例のコロイド状のナノ結晶質構造ではなく、
多孔性のポリマー構造によって、また、色素で感光する太陽電池と比較して例え
ば１００μｍ以上の実質上厚い層によって個別に向上させることができる。当然
ながら、同様のことは他の蓄電材料にも適用される。

【００３２】システムの蓄電能力は、層構造への良好なイオン蓄積特性を有する追加材料を
導入することによってさらに高めることができる。この蓄電材料は、さらに、電
池がそれ自体で短時間に放電することがないように、レドックス対Ｂのレドック
ス反応の逆反応が遅くなるよう保証すべきである。材料ＴｉＯ_２とＷＯ_３の組合
せは上述の要件を特に満たすものである。

【００３３】本発明の光起電的に自己充電する蓄電システムの実際の大きさは、それぞれの
応用分野の条件によって異なる。必須の要因は、電気消費装置を作動させるため
に必要とされる電力ならびにその消費装置が作動する時間の長さである。以下で
、蓄電材料の層の厚さの可能な大きさを、特定の条件における一例として記述す
る。

【００３４】例えば、一日の太陽エネルギーを夜間用に蓄電する場合、エネルギー変換効率
を４％、光の照射を４００Ｗ／ｍ^２と想定したときの要求される蓄電容量は電圧
１Ｖで１００Ｃ／ｃｍ^２である。層構造内の蓄電材料としてＷＯ_３が利用される
場合、この値はＷ原子１つあたり０．５Ｌｉ^＋イオンを蓄電すると仮定するとＷ
Ｏ_３に約１ｍｍの層の厚さを必要とする（Ｌｉ_０．５ＷＯ_３）。

【００３５】しかし、１時間の日射量分だけを蓄電する場合、要求される蓄電容量は減り、
これに相応して層の厚さも約１０分の１に減る。

【００３６】１日に蓄電されたエネルギーが１時間で除去される場合、これは電荷を約１０
０Ｃ／ｃｍ^２として、約１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流に相当する。このような設計の
蓄電システムでは、個々のセルが直列または並列に接続される場合、電気消費装
置を、蓄電層の１ｃｍ^２面積あたりの電流約１０ｍＡ、電圧約１Ｖで、それぞれ
１０ｍＷ／ｃｍ^２の電力で１時間作動させることができる。

【００３７】図１の実施形態では、触媒層で電圧の低下が０．１ボルトより大きくならない
ようにするために、触媒の浸透抵抗を好適には１０オーム・ｃｍ^２よりも小さく
すべきである。この値は、レドックス反応Ｉ⁻⇔Ｉ_３ ⁻＋２ｅ⁻に対する触媒と
してプラチナの薄い層（約１ｎｍの厚さ）を用いて容易に達成することができる
。

【００３８】図１の触媒と反対側の側面上のイオン蓄積層の浸透抵抗は、電解質中のレドッ
クス反応のために、電解質に対して約１０００オーム・ｃｍ^２よりも大きくすべ
きである。このようにして、この界面を介した自己放電による電荷損失を電荷全
体の３分の１より少なくすべきである。これらの要件は、レドックス系としてＷ
Ｏ_３またはＴｉＯ_２を用いることによっても容易に達成することができる。

【００３９】１０ｍＡ／ｃｍ^２という所望の放電電流の前記場合において、レドックス対の
担体材料のイオン伝導率は約０．０１（オーム・ｃｍ）^−１にすべきである。こ
のようにして、０．１Ｖの電圧の最大低下は層を介して保証される。１ｍｍの層
の厚さでは、これは１０^−７ｃｍ^２／ｓの拡散係数に相当する。

【００４０】当然ながら、この寸法の決め方は、（所与の条件で）夜間用に１日の太陽エネ
ルギーを蓄電し、１時間以内の放電を１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流とする特別な場合
だけに適用されるものである。勿論、エネルギーを丸１日蓄電する必要はなく、
例えば１時間またはそれ以下のより短い期間だけ蓄電すればよい他の応用例もあ
る。個々のセルが直列または並列に接続される場合、それぞれ１０ｍＷ／ｃｍ^２、約１Ｖで１０ｍＡ／ｃｍ^２という前述の例よりも実質的に少ない電力しか必要
としない電気消費装置、または１時間より短期間または長期間の間作動させるこ
とができる電気消費装置を作動させることもできる。当業者には、変更された要
件に対して前述の層の厚さを適応させることは問題のないことである。蓄電シス
テムの好ましい実施形態の他の寸法は、小さい消費装置に対しては数ｃｍ^２、電
力供給のない家屋などの大きな消費装置に対しては数ｍ^２まである。

【００４１】勿論、レドックス対などのエレクトロクロミック材料の使用により、システム
は、光学的性質ならびに電気エネルギーの蓄積と放出を変化させることができ、
したがってこのシステムは、加熱またはグレア（まぶしさ）から保護するため、
または光記憶装置用に、様々な透過率または反射率を有する素子として使用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の好ましい実施形態による光起電的に自己充電する蓄電システム
の一例を示す図である。

【図２】本発明の第２の好ましい実施形態による光起電的に自己充電する蓄電システム
の一例を示す図である。

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１１月２０日（２００１．１１．２０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項１】層構造を有する光起電的に自己充電する蓄電システムであっ
て、第１のレドックス系Ａｏｘ／Ａｒｅｄを形成する第１の材料（１）と、第２の
レドックス系Ｂｏｘ／Ｂｒｅｄを形成する第２の材料（２）と、感光材料（３）
とが第１の導電層（４）と第２の導電層（５）の中、または、これらの間に配置
され、前記第１の導電層（４）と第２の導電層（５）の少なくとも１つが可視光線に
対して透過性であり、前記第１の材料（１）および前記第２の材料（２）のそれぞれが、前記第１の
導電層（４）と第２の導電層（５）の１つとそれぞれ接触し、前記第１の材料（１）と、前記第２の材料（２）と、前記感光材料（３）とが
、光の作用を受けると、前記感光材料（３）が前記第１のレドックス系に電子を
放出し、前記第２のレドックス系から電子を再度拾い上げることによって、レド
ックス反応Ａｏｘ＋Ｂｒｅｄ→Ａｒｅｄ＋Ｂｏｘを正反応として引き起こし、前記レドックス反応が、光が停止すると、前記正反応よりも遅く進む逆反応が起るような形で逆転できるように、選択されて、前記第１の材料（１）および／または前記第２の材料（２）が延びる層の厚さ
が、電気消費装置（８）を作動させるために充分な、前記正反応によって達成さ
れる少なくとも１００ｍＣ／ｃｍ^２の電荷の蓄積を可能にするほどの厚さで、選択されることを特徴とする蓄電システム。

【請求項２】前記第１の導電層（４）と第２の導電層（５）とが、外部の
切り替え可能な導電性の接続（７）を介して相互に接続されていることを特徴と
する請求項１に記載の蓄電システム。

【請求項３】前記第１の材料（１）および／または前記第２の材料（２）
の電気接点が、直接接触、または導電性の中間層（１０）を介して、それぞれ前
記第１の導電層（４）と第２の導電層（５）の１つによって生成されることを特
徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電システム。

【請求項４】前記第１の材料（１）および第２の材料（２）が、２つの異
なる層を形成する、または、２つの異なる層に埋め込まれている、ことを特徴と
する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の蓄電システム。

【請求項５】前記層構造が、第１の導電層（４）、第１の材料（１）、感
光材料（３）、第２の材料（２）、および第２の導電層（５）の層の順序を有し
、前記第１の材料（１）が高い導電性を有し、前記第２の材料（２）が低い導電性を有するか、または、その逆である、こと
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の蓄電システム。

【請求項６】前記第１の材料（１）と前記感光材料（３）との間に、特に
前記感光材料（３）のより良好な結合のために、更なる層が設けられることを特
徴とする請求項５に記載の蓄電システム。

【請求項７】前記第２の材料（２）と前記第２の導電層（５）との間に、
前記逆反応のための触媒材料（６）が提供されることを特徴とする請求項５また
は請求項６に記載の蓄電システム。

【請求項８】前記層構造が、前記第２の導電層（５）、前記感光材料（３
）、前記第２の材料（２）、前記第１の材料（１）、および前記第１の導電層（
４）の層の順序を有し、前記第１の材料（１）が高い導電性を有し、前記第２の材料（２）が低い導電性を有するか、または、その逆である、こと
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の蓄電システム。

【請求項９】前記第２の導電層（５）と、前記感光材料（３）との間に、
更なる層（１０）が提供されることを特徴とする請求項８に記載の蓄電システム
。

【請求項１０】前記感光材料（３）と前記第２の材料（２）との間に、前
記逆反応のための触媒材料が提供されることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の蓄電システム。

【請求項１１】前記第１の材料（１）と前記第２の材料（２）とが混合さ
れていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の蓄電シ
ステム。

【請求項１２】前記第１の材料（１）が多孔質相にあり、前記第２の材料
（２）が前記多孔質相の細孔を少なくとも部分的に充填することを特徴とする請
求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の蓄電システム。

【請求項１３】前記第１の導電層（４）および第２の導電層（５）の１つ
と、それぞれ細孔を充填する混合によって作製された前記第１の材料（１）およ
び前記第２の材料（２）の前記結合された層との間に、前記逆反応を加速するた
めの触媒材料があり、前記結合された層が前記第２の材料（２）だけが前記触媒材料と接触するよう
な形で配置されていることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の蓄
電システム。

【請求項１４】前記第１および第２のレドックス系の１つの一構成要素が
イオンであり、前記層構造内に逆の電荷を帯びた対イオンがあり、前記第１および第２のレドックス系の他の１つが、前記レドックス反応中に電
荷を中性に維持するように前記対イオンを蓄えることができる相にあることを特
徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の蓄電システム。

【請求項１５】前記感光材料（３）が色素であることを特徴とする請求項
１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の蓄電システム。

【請求項１６】前記層構造が、追加の層中にさらなる材料を含むか、また
は、既存の層の１つに対する添加物として更なる材料を含む、ことを特徴とする
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の蓄電システム。

【請求項１７】前記第１および第２レドックス系の一方、または、両方が
、前記レドックス反応中にその電気的性質、および／または、光学的性質を変え
ることを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の蓄電システ
ム。

【請求項１８】前記第１および第２のレドックス系の一方、または、両方
が、エレクトロクロミックであることを特徴とする請求項１７に記載の蓄電シス
テム。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【０００２】電気消費装置を作動させる上述の応用例の場合、現況技術は、目下のところ、
必要とされるエネルギーを消費装置に直接放出する光起電システムを提供してい
る。後々までエネルギーが必要とされない場合には、これらのシステムは蓄電用
に追加の電池を必要とする。ＷＯ９１／１６７１９は、Ｇｒａｔｚｅｌ電池としても知られている、それぞれ光起電性である色素感光性太陽光電池に関するものである。前述の電池は、０．１から５０μｍの間の厚さを有するＴｉＯ_２層を第１のレドックス系として使用する、請求項１の包括的部分による構造を有する。この刊行物は、そのようなタイプの太陽電池の効率を感光材料の選択によって向上させるための加工を特に取り扱っている。しかし、このシステムでも、後の電気消費装置の作動を可能にする電気エネルギー用の蓄電は開示していない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人Ｌｅｏｎｒｏｄｓｔｒａｓｓｅ 54，Ｄ −80636 ＭｕｎｃｈｅｎＤｅｕｃｈｌａｎｄ (72)発明者ゲオルグ，アンドレアスドイツ国フライブルクデー−79104，リヒャルト−ワグネル−シュトラーセ 37 (72)発明者ハウフ，アンネケドイツ国フライブルクデー−79111，オベルガッセ１Ｆターム(参考） 5H032 AA05 AA06 AS06 AS11 AS16 BB07 CC14 CC16 EE02 HH08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】層構造を有する光起電的に自己充電する蓄電システムであっ
て、第１のレドックス系Ａｏｘ／Ａｒｅｄを形成する第１の材料（１）と、第２の
レドックス系Ｂｏｘ／Ｂｒｅｄを形成する第２の材料（２）と、感光材料（３）
とが第１の導電層（４）と第２の導電層（５）の中またはこれらの間に配置され
、前記第１の導電層（４）と第２の導電層（５）の少なくとも１つが可視光線に
対して透過性であり、前記第１の材料（１）および前記第２の材料（２）のそれぞれが、前記第１の
導電層（４）と第２の導電層（５）の１つとそれぞれ接触し、前記第１の材料（１）、前記第２の材料（２）と前記感光材料（３）とが、光の作用を受けると、前記感光材料（３）が前記第１のレドックス系に電子
を放出し、前記第２のレドックス系から電子を再度拾い上げることによって、レ
ドックス反応Ａｏｘ＋Ｂｒｅｄ→Ａｒｅｄ＋Ｂｏｘ（正反応）を引き起こし、光が停止すると、直ちに前記正反応よりも遅く進むような形で前記正反応を
逆転（逆反応）させることができるように、選択されて前記層構造内に配置され
、前記第１の材料（１）および／または前記第２の材料（２）が延びる層の厚さ
が、電気消費装置（８）を作動させるために充分な、前記正反応によって達成さ
れる電荷の蓄積を可能にするような形で構成されていることを特徴とする蓄電シ
ステム。
【請求項２】前記層の厚さが、少なくとも１００ｍＣ／ｃｍ^２の電荷蓄積
を可能にすることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】前記第１の導電層（４）と第２の導電層（５）とが、外部の
切り替え可能な導電性の接続（７）を介して相互に接続されていることを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項４】前記第１の材料（１）および／または前記第２の材料（２）
の電気接点が、直接接触、または導電性の中間層（１０）を介して、それぞれ前
記第１の導電層（４）と第２の導電層（５）の１つによって生成されることを特
徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項５】前記第１の材料（１）および第２の材料（２）が、２つの異
なる層を形成するか、または、２つの異なる層に埋め込まれている、ことを特徴
とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項６】前記層構造が、第１の導電層（４）、第１の材料（１）、感
光材料（３）、第２の材料（２）、および第２の導電層（５）の層の順序を有し
、前記第１の材料（１）が高い導電性を有し、前記第２の材料（２）が低い導電性を有するか、またはその逆である、ことを
特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項７】前記第１の材料（１）と前記感光材料（３）との間に、特に
前記感光材料（３）のより良好な結合のために、更なる層が設けられることを特
徴とする請求項６に記載の蓄電システム。
【請求項８】前記第２の材料（２）と前記第２の導電層（５）との間に、
前記逆反応のための触媒材料（６）が提供されることを特徴とする請求項６また
は請求項７に記載の蓄電システム。
【請求項９】前記層構造が、前記第２の導電層（５）、前記感光材料（３
）、前記第２の材料（２）、前記第１の材料（１）、および前記第１の導電層（
４）の層の順序を有し、前記第１の材料（１）が高い導電性を有し、前記第２の材料（２）が低い導電性を有するか、またはその逆である、ことを
特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項１０】前記第２の導電層（５）と前記感光材料（３）との間に、
更なる層（１０）が提供されることを特徴とする請求項９に記載の蓄電システム
。
【請求項１１】前記感光材料（３）と前記第２の材料（２）との間に、前
記逆反応のための触媒材料が提供されることを特徴とする請求項９または請求項
１０に記載の蓄電システム。
【請求項１２】前記第１の材料（１）と前記第２の材料（２）が混合され
ていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の蓄電シス
テム。
【請求項１３】前記第１の材料（１）が多孔質相にあり、前記第２の材料
（２）が前記多孔質相の細孔を少なくとも部分的に充填することを特徴とする請
求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項１４】前記第１の導電層（４）および第２の導電層（５）の１つ
と、それぞれ細孔を充填する混合によって作製された前記第１の材料（１）およ
び前記第２の材料（２）の前記結合された層との間に前記逆反応を加速するため
の触媒材料があり、前記結合された層が前記第２の材料（２）だけが前記触媒材料と接触するよう
な形で配置されていることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の蓄
電システム。
【請求項１５】前記第１および第２のレドックス系の１つの一構成要素が
イオンであり、前記層構造内に逆の電荷を帯びた対イオンがあり、前記第１および第２のレドックス系の他の１つが、前記レドックス反応中に電
荷を中性に維持するように前記対イオンを蓄えることができる相にあることを特
徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項１６】前記感光材料（３）が色素であることを特徴とする請求項
１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項１７】前記層構造が、追加の層中にさらなる材料を含むか、また
は、既存の層の１つに対する添加物としてさらなる材料を含む、ことを特徴とす
る請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項１８】前記第１および第２のレドックス系の一方、または、両方
が、前記レドックス反応中にその電気的性質、および／または、光学的性質を変
えることを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の蓄電シス
テム。
【請求項１９】前記第１および第２のレドックス系の一方、または、方が
、エレクトロクロミックであることを特徴とする請求項１８に記載の蓄電システ
ム。