JP2013051194A - 太陽光発電、電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電池や色素増感太陽光発電でセル内で従来のヨウ化電解液を極力使用せず、ヨウ素やヨウ化化合物を固体、半固体に近い状態で用い、ヨウ素を封じ込めることや、簡易な半導体のPN型太陽電池風の今までにない色素増感太陽光発電の電池を発明した。多機能な電池で夜間も発電するなどの新機能があり、電気自動車の電源をめざしている。
【選択図】図8
Description
液状では、セルの液漏れがあり、耐久性から電解液のゲル化や固体化に研究がすすめられているが、(例えば、特許第4556232号公報 特開2000−268890号公報 特開2006−196439号公報参照)、実用化にまで現在いたっていない。
電解質として用いられているヨウ素系電解質の元になるヨウ素が、昇華しやすく、金属などの素材を腐食させる作用を持ち、ヨウ素系電解質がセルの外に出易く、喪失し易い為である。
シリコン系の太陽電池は、真空工程を要し、それに比較して、色素増感太陽光発電の太陽電池は、その真空工程を必要とせず、セルの制作が出来るので、安価な太陽電池が将来、実用化できると、期待されているが、色素増感太陽光発電の太陽電池でも、実は、色素の耐久性を増すためにも、真空のようなセルを作ることは、従来から存在した。(例えば、特開2006−196439号公報参照)電解液などの液体を容器に注入するために、真空注入法は、従来からある公知の技術です。
1例に挙げました特開2006−196439号公報を見ますと、セルをナイロン製袋に挿入し、空気を抜くなどの手間を要しています。そうなりますと、色素増感太陽光発電は、手軽に実施できるものではありません。又、この特許申請は、光のみで発電する従来の太陽電池です。
夜間にも発電できるよう二次電池もかねる色素増感太陽光発電の太陽電池は、1例に挙げました特許第4081084号公報や特許第4081084号公報でも実施例で見ることできますが、まだまだ実用化できるほどの発電力を夜間は発揮しておりません。色素増感太陽光発電とは、別の技術である非特許文献の1例の特開2011−40659号公報では、希土類鉄酸化物を用いて半導体のPN接合による太陽光発電も研究されていますが、熱でも発電する可能性があるらしいのですが、まだ実用化にはいたっていません。
はやり、製造に手間がかかり、原材料が手に入りにくく、価格の高いシリコン系太陽電池が、確立された技術で太陽電池の主流として現在の社会で、広く実施されています。
特許第4081084号公報
特許第4328857号公報
特許第4556232号公報
特許第4081084号公報
特表2008−543029号公報
特表2002−523904号公報
特開2011−40659号公報
特開2000−268890号公報
特開2006−196439号公報
再生可能エネルギーとしての太陽光発電は、まだまだ、一般家庭で手軽に実施するには、価格や発電力で課題があります。
本発明はこれらの課題を解決している。本発明は、極力、安く、身近な所から得やすい原料を用い、製造工程を簡易にしていて、手軽に大量生産が可能で、安価で製造できる。平成24年1月現在、例えば、シリコン系の太陽電池で100万円実施の費用が必要なら、その10分の1の値段で実施できる。色素増感太陽光発電のある本電池の下に熱や、他から電圧をえることで発電するなどの光を必要とせず発電する電池を配置できるので、従来出来なかったセル、モジュールなどを2段以上の多段にすれば、施行面積を広く必要としない。
さらに本発明の色素増感太陽光発電のある電池は、光あり、なしの2ウェイの発電をし、太陽光や室内光のない夜間の発電も可能である。光がなくとも発電できるので、太陽光の少ない雪国でも実施でき、発電した電力で降雪を水に変える除雪機能付きのソーラーパネル、ソーラーハウスが可能である。電気自動車を完全にこの発電で動かせる高出力であるが、二酸化炭素を排出せず、一般大衆に環境にやさしい新エネルギーとして世界中で、地球規模で商品化が待たれている画期的な本発明、本特許申請である。
図3。
現在の透明伝導性膜ありのガラスやプラスチックや金属の上にテスターを当てても、電圧を示さないが、それらの上にヨードチンキ(一般に市販のもの)を数滴たらし、ヨードチンキと共にそれらにテスターをあて測定するとヨウ素で電圧を示すことわかった。下記は、およその電圧の数値である。厳密に正確に測定した数値ではないが、素材により違った電圧を示すことの概略である。
ノーベル賞を受賞された白川英樹氏が、不導電性のプラスチックにヨウ素を入れ、電気の通るプラスチックを作り出されたことに、さらに本発明は、改良をくわえたのです。
色々な電池を試作した結果、上下基板の間に光を受ける透明導電性膜の施された上部基板(透明導電性ガラス、SUNGATE500,PPGインダストリーズ社、ITO膜、抵抗15〜20オーム、下部基板はアルミ板 厚み0.5mm)は、色素(ハイビスカスティ 市販品)を含む酸化チタン(市販品の陶芸用チタン、又は、アエロジェル社のP25)の層を作り、その下にでんぷん性接着剤とヨウ素を混ぜて二酸化マンガン(市販品 陶芸用)と塩(青海という商品名、市販品)の2層に入れるとか、その塩(青海という商品名のものには、下記のカルシウムが多く含まれている。)二酸化マンガンの層を重層にすれば、高出力の電池が作れること判明しました。市販品のマンガン乾電池を参考にもしました。図1。
まず、ヨウ素(和光純薬製)をヨードチンキ(市販品)で溶かし、でんぷん性接着剤(市販品)と炭の粉(炭素や黒鉛も可)と少量のヨウ化化合物を、半導体である酸化チタン(陶芸用 市販品)と酸化亜鉛(陶芸用 市販品)にそれらを入れ混ぜました。かつ酸化チタンと酸化亜鉛にホウ酸(健栄製薬 市販品)を微量入れると同時にそのホウ酸の量の差をつけることで、4価の酸化チタンに微量の3価のホウ酸を入れて、正孔が出来易いP型半導体風に、2価の酸化亜鉛に微量の3価のホウ酸を入れて、自由電子が出来易いN型半導体風にし、それを、PN型半導体接合風にしました。(セルは、平板状で横約5センチ×縦約6センチ 厚み約4ミリ)厳密なPN型ではありませんが、この2つの層の間に、塩と前記のヨウ素とでんぷん性接着剤と炭の粉などを入れたものを混ぜたものを塩の層(図8の3)として、そしてこの塩の層には、ホウ酸は入れません。塩の層を酸化チタンの層(図8の2)と酸化亜鉛の層(図8の4)の間に配置しました。
又は、ひとつの色素増感太陽光発電のある電池の実施例として光を受ける上部基板、図8の7(市販品の普通の透明プラスチック 導電膜なし)にこの酸化亜鉛(図8の(ハ)4)に色素を加えている層を作りこれを半導体のN型風とします。
(イ)と(ロ)のセルは、(イ)が光を受ける上部基板が導電性ガラスで(ロ)が普通の導電性なしのプラスチックを上部基板にして、下部基板は共に同じアルミ板(厚み0.5mm)です。
セルの大きさは、共に、横約5センチ×縦約6センチです。図9。
(イ)は、色素は銅クロロフィリンナトリウムで、制作して直後テスターで測定しますと、短絡電流は約63mAを示します。開放電圧約0.9V
(ロ)は、色素はハイビスカスティで制作して直後テスターで、測定しますと、短絡電流は約62mAを示します。開放電圧約0.9Vです。
前記の別出願の電池は、約10円切手ほどのセルの面積で(厚み3mm)で、短絡電流120mA,開放電圧1Vほど出力します。この電池は、8個直列につなぐと、約10センチ各のセルとなり、その大きさで電流約1A,電圧約6Vから8Vを出します。
本発明者は、色素増感太陽光発電のある電池で、10センチ各のセルで、乾電池の単3ほどの電流1A,電圧1.5Vの出力の太陽電池を作ることを目標に試作をかさねていて、電池では、単3ほどの出力を新しい前記の構造のものでこの時、成功しました。
図8,9。
この(イ)と(ロ)の色素増感太陽光発電のある電池は、出力こそ、多くはありませんが、なんと、電池であり、かつ、電流をゼルまで使い切っても、太陽光の下に置くと、再生するのです。10mAほどは、翌日も電流をわざとゼロまで使い切っても、ゼロから10mAほどは、太陽光を受けると色素増感太陽光発電をし、確実に再生します。
(ロ)のセルには、普通の透明プラスチックのシート図8の7(市販品)が使われていて、導電膜なしで、金属の網状のもの、80メッシュの市販の金網の代用で使用し、ここから配線し、発電させ得たのです。このセルには、導電性膜は使用していません。
2回ほど二日間観測し、(イ)(ロ)共に太陽光で再生し、再生された電流は、一晩ほどあまり電流が下がらずに流れつづけることを確認しました。
測定された場所は、長野県の山岳部にあり、12月の雪の降る、連日最高気温でもマイナスの気温の太陽光発電は、冬場は、期待出来ない土地です。
ある書物に、発電出力と定格出力との比で表される出力比は晴れでは60%ですが、曇りでは40%、雨では10%以下とあります。ですから、たった10mAの再生でも、本発明者には、大感激です。なぜなら、色素増感太陽光発電も出来る新しい構造の電池が出現し、光あり、なしの2ウェイで発電することが、実証されたからです。それが、本出願の発明で、優先日の平成23年2月1日から、約1年近くの月日が経っていました。図8、図9。
請求項1,2に記載どおり、液状の電解液を用いていないので、色素、電解質が固体化された中でも、光エネルギーを電気エネルギーに変えうる色素の開発がなされていないからです。また、光を受ける上部基板で色素増感太陽光発電を高効率の光電変換率を可能にする酸化チタン(図8のロの2)、酸化亜鉛(図8のハの4)の工夫がなされていないからです。
酸化チタン(図8のロの2)でもアナターゼ型、ルチル型、ナノ粒子をどうするかも、工夫してはいないからです。
今までの公知の電池構造のものではありません。
JIS(日本工業規格)における真空の定義
「大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態」
広義に意味では、1何も無い状態 2缶詰め 3水につけたお椀の蓋がとれない状態とネットから調べ、本特許申請では、特定の意味で1、2、3の定義づけで使用します。
ネット上から、見つけた発表ですが、こんな文章があります。
「現時点で、エネルギーの変換効率の最高値は約10.4%(約10.4%は他が発表した値でそれを引用している)で、これらの研究グループで、平型電池は、封止に必要な面積が大きいことに着目し、セル構造を円筒型にしたら、電解液の封止性が向上し、耐久性が高くなることを見出した。」
とあり、この円筒型の封止面積が少ないセル構造とは、発明者から見ると、JIS(日本工業規格)における真空の定義
「大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態」です。
本発明者の真空の定義2缶詰めと同じ真空構造と言える。請求項1,3項に記載の「真空、又は、真空近く」の状態です。
色素増感太陽光発電の板、シート状のセルの断面積は、ほとんどの図1で誇張されて分厚く描かれていますが、現実のマイナス極とプラス極の間は、ごくわずかです。一般的に電解液は5センチ角のセルで数滴挿入されているだけです。一般的にセルは、上部と下部は―(真空近く)―にしょうと空気を抜くようにそのような感じで貼り合わせています。上部基板と下部基板は離れすぎると、電気を通さないからです。
テスターと計る物とを接触させないと電流は流れないと同じです。
マイナス極とプラス極の間の真空、又は、真空近くと書いても、空気も物質も何もない空間は、現状ゼロです。セル、電池、装置はシート状、板状と色々な所で通常は取り付ける形状に沿わせるように設置しますが、とても薄いものです。図1で真空、又は、真空近くと図中に書かれていますのは、その部分に物を詰めても、真空、又は、真空近くは簡単に作り出せることを現していて、図1は誇張された図で、セルの厚みは数ミリの薄いものです。
他の人々の出願でも誇張してセルの断面図が同じように広く誇張されて表されている。セルが薄いために、その断面図は、誇張しないと図解できないのです。
前者は、ガラスに従来必要不可欠だった導電膜を不要にできると、新規性や画期的と唱っておられます。前者のセルの構造は、円筒型の中心部に対極(チタン/白金)次に外側、外周に向かって電解液層、集電電極、作用極(チタニア/色素)で円筒型の外周がガラス管です。その外周のガラス管に導電膜を不要にしたと唱っておられるのです。
本発明でも、セル内に金属の配線するので、それで電気を取り出せば、上部基板のガラスに導電膜不要に出来ます。図8のハの7のプラスチックシートは、導電膜がなく、普通の市販品。第一回目の特許申請日平成23年2月1日の特許書類に明記しております。請求項1から3までの実施でそれは出来ます。(0022)記載の(ロ)のセルがその導電膜なしの普通のプラスチックシート(市販品)を上部基板にし、色素増感太陽光発電させています。
繰り返しますが、請求項3のセル内に配置、配線される金属(図8の6)に集電作用があり、そのようにしようと思えば、光を受ける上部基板のガラスの導電性膜は不要に出来ます。図8のハの7。
セルからの液漏れを防止するため、液状の電解液を用いず、電解液を固形化させるためでんぷん性接着剤を電解液に混ぜた。又、昇華しやすいヨウ素をでんぷん性接着剤で封じ込めようとでんぷん性接着剤を3層構造の半導体の酸化チタンや酸化亜鉛の極に、塩の層にも混ぜて入れたのです。それでも、発電すること実証しました。
太陽が東西に動く為に、太陽のある位置、角度により太陽光の照射量に時間に伴う変化があり、発電量が安定しないことの対策としてセルを色々な形状にすることも実施しました。
参照の特開2009−81046号は、色素増感太陽光発電の三極二層型光二次電池で、同じセル内で蓄電の機能もありますが、蓄電するときには、3極構造で電流の流れが変化する複雑な構造のものです。本発明は、前記のようにもっと簡単な電池な構造で、色素増感太陽光発電による発電でアップした電流は、そのまま、消費でき、なお、光なくしても、酸化チタンや酸化亜鉛それ自身に電気を溜める作用があり、光から離しても電気は消費されながらもゆっくりとしか、電流は低下していかないのです。この時は、乾電池のような電池です。
村田制作所の積層セラミックスコンデンサーは、電気を溜める池のような役目なのですが、パソコンや携帯電話などの内部の電子機器の動作の電源になっていて、砂糖の粒よりも小さく、小型化、大容量化を実現しているのは、積層セラミックスコンデンサーの重要部分の誘電体材料に、以前は、酸化チタンを使っていたのを、現在は、チタン酸バリウムに変えているからと当会社のホームページに記載されています。酸化チタンは、積層セラミックスコンデンサーになりえるほど、電源や電気を溜める池にもなりえる優れた素材のものだからです。
酸化亜鉛も優れた材料です。昔から色素増感太陽光発電で酸化チタンのように実施されていたもので、同じく積層セラミックスコンデンサーで活躍のTDKも色素増感太陽光発電には、酸化チタンではなく、酸化亜鉛を実施しているとネットで公開されています。本発明で実施したことですが、酸化亜鉛に色素を入れ、色素増感太陽光発電でアップしたセルの電流は、下記の表どうりで、そのセルを室内に入れ、光から離してもゆっくりの速度でしか下がらないので、一晩を越え翌日の朝7時には、又、色素増感太陽光発電できる頃まで、テスターで測定し続けても電流が流れ続けたのです。
又、使った後に電流を外部から流し込んで(充電)電極の作用を復活させる。繰り返し再生可能です。
光を受ける上部基板は、ハイビスカスの色素を混ぜている酸化亜鉛を使用し、上部基板は、導電膜なしの普通のプラスチックシートで、その代わりにセル内に金属の金網状のもの、代用品で市販の80メッシュのステンレス金網を使用。
本発明者は、でんぷん性糊がヨウ素によく反応する、白い色の糊がヨウ素を含み紫色に変色する、ヨウ素とでんぷんとの反応というよく知られた自然法則が色素増感太陽光発電でも使用できること、実証したのです。
そのことは、広く公表されてはいないようです。本発明では、ヨウ素の喪失を防ぐ為に手軽な方法として、ヨウ素をでんぷん性接着剤を用いて、とりいれていますが、上記のヨウ素やヨウ化化合物を色々な方法でとりいれるは、色々な方法が可能で、限定していない。
1例として、前記の電極に電極になる半導体とヨウ素とでんぷん性接着剤を混ぜて極とすることです。電極の材料の金属などに、ヨウ素を直接塗布するなども可能です。
封止剤も、接着剤よりも、プラスチックどうしの機械による熱による溶着が、液もれを完全に防止します。
参考にマンガン乾電池などでは、電池内に発生するガスを溜める部分がありますが、本発明では、ガスを溜める部分を作るような考えはありません。
(1)ヨウ素の電圧、電流を生じる威力を色素増感太陽光発電と電池に最大限に生かす。(2)セル内を真空、又は、真空近くにすることで、色素の耐久性を増す、ヨウ素の喪失を防ぐ、空気をセルから抜くことで電流を良く導通させるなど。
(3)でんぷん性接着剤で、簡易に真空、又は、真空近くを作り出す、セル内を固体化して、液漏れを防ぎ、気化しやすいヨウ素をセル内に留める。
(4)電極に酸化チタンや酸化亜鉛にヨウ素をとりこみ、半導体によるPN型のように色素増感太陽光発電も出来る新多機能電池を開発し、再生可能にする。
このことが、本特許申請で請求項1,3の記載に「真空、又は、真空近く」という文言がいれられた理由のひとりです。空気による酸化防止や色素やヨウ素を長期に保持するためにも、真空、又は、真空近くする工夫が必要で、真空の技術は公知ですが、セルの内部を真空、又は、真空近くと明記することで、厳密な真空にする手間が省け、真空、又は、真空近くにするは、シリコン系太陽光発電のような手間のいる真空製造工程がいらず、「又は、真空近く」を付け加えることでアイデァ次第で実行性の余裕があり、新規性、進歩性、産業上利用価値があります。
金属をどうセル内、電池内で使用するかは、限定せず、その色々な方法に
より、電流や電圧の向上が見られ、電力アップの効果は、工夫次第で無限であることもわかり、本発明、本特許出願でとりいれた。
積層セラミックスを参考にし、小型化、大容量化は、酸化チタンやチタン酸バリウムの粒子をナノサイズに細分化し、微細のものにすることで、実現できたそうで、応用し、半導体をそのようにナノサイズに微細化すれば、より高出力になります。さらに、原材料を変える。
本発明により、色素増感太陽光発電は、実用化に大きく近づきました。
しかも、本発明、本特許申請は、安価な材料を用いているので、制作費用が安く、実施が容易いので、多くの家庭で実施でき、世界的にも普及が進む。
積層セラミックスコンデンサーが更に小型化、大容量化可能のように、平成23年12月出願の多機能な電池の方は、同じように改良の余地は、大きく、それ故、その電池のある色素増感太陽光発電は(請求項では、色素増感太陽光発電のある電池)、電気自動車の電源になり得ると考えています。
太陽光、室内光なくとも、発電できるので、雪国の除雪機能付き太陽光発電
や電池で夜間の発電も可能で雪国の住人や高齢者宅には革新的設備になる。図7。
ヨウ素の電子を引っ張る作用を利用してヨウ素やヨウ化化合物を導電性素材や金属の素材や他の所でとりこみ、それをフィルム、線状、板、シート、膜、棒、筒、ボールの形状に(素材、形状の上部、中、下部のどこに使用するか、又電解液や電極などの目的の使用箇所に応じてヨウ素(和光純薬製)の含有量、使用量が大量、少量など調整して)又、色々な所で使用し自由電子などを意図的に目的の方向へ流すことで高出力を得る。本発明、本特許申請は、それを解明した。図3。
色素増感太陽光発電していない状態の時にはです。(セルは、平板状で横約5センチ×縦約6センチ 厚み約4ミリ)
酸化チタン(陶芸用 市販品)と酸化亜鉛(陶芸用 市販品)に微量のホウ酸(健栄製薬
市販品)をドープして、P型、N型を作り、プラス極、マイナス極も意図的に作れます。
ヨウ素とでんぷん性接着剤(市販品)と炭(市販品)の粉を、半導体である酸化チタンと酸化亜鉛に入れ混ぜました。かつ酸化チタンと酸化亜鉛にホウ酸を微量入れると同時にそのホウ酸の量の差をつけることで、4価の酸化チタンに微量の3価のホウ酸を入れて、正孔が出来易いP型半導体風に、2価の酸化亜鉛に微量の3価のホウ酸を入れて、自由電子が出来易いN型半導体風にし、それを、PN型半導体接合風にしました。厳密なPN型ではありませんが、この2つの層の間に、塩(青海という商品名 市販品)ヨウ素とでんぷん性接着剤と炭の粉を入れたものを混ぜたものを塩の層として、そしてこの塩の層には、ホウ酸は入れません。塩の層を酸化チタンの層と酸化亜鉛の層の間に配置しました。このようにしまして、半導体のPN型の太陽電池のような仕組みを安易に取り入れた色素増感太陽光発電のある電池で、光で再生するを実現しています。
ヨウ素(和光純薬製) 3g
ヨードチンキ 5g
でんぷん性糊 12g
水(ヨウ化化合物、(和光純薬製)、少量を混ぜている) 1g
レモン汁 (クエン酸でも可能)1g
以上のものをよく混ぜたものを部品Aとしています。ただし、この数値はアバウで
す。いつでも、今後変えうるものです。
部品Aと同体積の酸化チタン(陶芸用 市販品)、同体積の塩(青い海という商品名)、同体積の酸化亜鉛(陶芸用 市販品)を3つの別々のプラスチック容器に入れ、その容器の中で混ぜ合わせて、3層に塗り重ねています。その3層を上は金属、1例として銅板、下は金属、1例としてアルミ板で上下をはさんだ構造の電池です。
添加物として、ホウ酸(健栄製薬 市販品)が重要で、酸化亜鉛のほうに少し酸化チタンより多く微量のホウ酸をいれています。酸化チタンのほうにもホウ酸をいれますが、どちらに多くのホウ酸を入れるほうが良いのか、まだ、はっきりとは、わかっていません。酸化チタンの方に多めにホウ酸をいれることもあります。塩には、ホウ酸はいれません。
このホウ酸の入れる差、微量ですが、この差が、P型、N型の半導体を作ると考えて、故意にホウ酸の添加量に差をつけています。電気を通し易くするため、備長炭を粉にしたものを酸化チタンの方に微量多めにいれ、塩と酸化亜鉛には同量の少しの備長炭の粉を入れます。備長炭の粉を多く入れると、逆に発電しにくいようです。
酸化チタンと酸化亜鉛の間に塩を介させないで酸化チタンと酸化亜鉛を2層にすると、出力は落ち、良く発電しません。この塩を青い海という塩化ナトリウム以外の他の成分を多く含むもの、これを高出力には必要と見出したことも、本発明です。電池の面積を半分づつ2度も小さくしているのに、同じ短絡電流120mA,開放電圧約1vほど(この時の電池の面積は、10円切手ほど、薄さ3mm)を流せるのは、この塩の成分とヨウ素、炭とホウ酸の微量に差をつけ、用いることなど色々な工夫し、特にヨウ素は固体のまま3層内にいれるようになった、そのようなことで、実現させたものです。酸化チタンや塩や酸化亜鉛を多く用いるようになったというような量的増加と高出力が正比例するそんな考えで、実現させえたものではありません。でも、電池の平面の面積は2分の1、さらに2分の1にと最初の平面の面積から、4分の1小さくなっています。
熱では繰り返しの再生可能の電池です。
この発明に、上部基板を透明の導電性ガラスや、導電膜なしの普通のプラスチックシートに変え、陶芸用のルチル型の酸化チタンにアナターゼ型の酸化チタンを混ぜる工夫をし、色素も入れているのが、本実施です。ガラスの導電膜も同じく不要にできます。
(0063)から(0070)では、上部基板に銅板、下部基板にアルミ板を使用していますので、両電極が金属のみである分、下記します(実施例2)や(実施例3)よりセルの性能評価は、良いです。
―部品Aの内容物―これは、絶対量ではなく、このような数値の前後の実施可能な割り
合いです。
ヨウ素(和光純薬製) 3g
ヨードチンキ 5g
でんぷん性糊 12g
水(ヨウ化化合物、(和光純薬製)、少量を混ぜている) 1g
レモン汁 (クエン酸でも可能)1g
以上のものをよく混ぜたものを部品Aとしています。
添加物として、ホウ酸(健栄製薬 市販品)が重要で、酸化亜鉛のほうに少し酸化チタンより多く微量のホウ酸をいれています。酸化チタンのほうにもホウ酸をいれますが、どちらに多くのホウ酸を入れるほうが良いのか、まだ、はっきりとは、わかっていません。酸化チタンの方に多めにホウ酸をいれることもあります。塩の層には、ホウ酸はいれません。
このホウ酸の入れる差、微量ですが、この差が、P型、N型の半導体を作ると考えて、故意にホウ酸の添加量に差をつけています。電気を通し易くするため、備長炭を粉にしたものを酸化チタンの方に微量多めにいれ、塩と酸化亜鉛には同量の少しの備長炭の粉を入れます。備長炭の粉を多く入れると、逆に発電しにくいようです。
(A)光を受ける上部基板(透明導電性ガラス、SUNGATE500,PPGインダストリーズ社、ITO膜、抵抗15〜20オーム)に酸化チタンの膜を施した場合です。ひとつの色素増感太陽光発電のある電池のひとつ実施例として、光を受ける上部基板にこの酸化チタン(ルチル型1陶芸用:アナターゼ型9アルエジェル社P25)に色素を加えている層を作りこれを半導体のP型風とし、次にこの塩の層、(さらに、任意に網状の微細の金属を配置し、このように微細の金属を塩の層と酸化亜鉛(陶芸用1種のみ)の層にセパレーターのように配置するほうが高出力で耐久性が増す。)、次に下部基板(アルミ板
セルは、平板状で横約5センチ×縦約6センチ 厚み約4ミリ)この酸化亜鉛層を半導体のN型風とし、この3層を密着し、圧着させて、セルから空気を抜いて、真空、又は、真空近くにして、上下基板と共に3層をしっかりと密着させて貼り合わせる。セルを圧着し、外周を接着(エポキシ樹脂など)や溶着などして、セルに空気が大気中から入り込まないよう封止します。でんぷん性接着剤がはいっていますので、一晩も3層を密着、圧着させていれば乾燥して、3層は固体化し、3層どうしが張り合わさります。
(B)又は、光を受ける上部基板(市販品の普通の透明プラスチック 導電膜なし)に酸化亜鉛(陶芸用1種のみ)の膜を施した場合です。ひとつの色素増感太陽光発電のある電池の実施例として光を受ける上部基板にこの酸化亜鉛に色素(ハイビスカスティ)を加えている層を作りこれを半導体のN型風とし、(さらに、任意に網状の微細の金属を配置し、このように微細の金属を塩の層と酸化亜鉛の層にセパレーターのように配置するほうが高出力で耐久性が増す。)、次にこの塩の層、次に下部基板この酸化チタン層(陶芸用1種のみ)を半導体のP型風とし、この3層を密着し、圧着させて、セルから空気を抜いて、真空、又は、真空近くにして、上下基板と共に3層をしっかりと密着し、圧着させて貼り合わせる。同じくでんぷん性接着剤がはいっていますので、一晩も3層を密着し圧着させていれば乾燥して、3層は固体化し、3層どうしが張り合わさります。大気中の空気がセルに入り込まないよう完全に封止することも同じです。
現在、色素増感太陽光発電もし、光なくとも電池として発電するのは、それは、電池が放電し、電流がセル内になくなっても、色素増感太陽光発電で色素から光の励起で自由電子が出ることで、又、電流が生じ、それで半導体である酸化チタンや酸化亜鉛が電極剤として復活し、積層コンデンサーにもなりえる材料の為、ゆっくりと電池として放電するからです。
概略しますと、2つです。
(1)上下基板の間に酸化チタンの層と酸化亜鉛の層とその間に塩の層の3層がある半導体のPN型太陽電池のような構造
(2)上下基板の間に酸化チタンの層と塩や酸化マンガンの層のある生化学的反応の構造発電量は、(1)の方が、大きく実用化できます。(2)は小電流しか、今の所出せません。下記は(2)の小電流の再生をする実施例です。
光の入る上部から説明。
透明導電性素材(例えば、プラスチックやガラスに導電性膜を施すなど色々あるが)などの素材に、(この実施は透明導電性ガラス、(SUNGATE500,PPGインダストリーズ社、ITO膜、抵抗15〜20オーム)でします。透明導電性プラスチックの場合は、市販品のITO膜、抵抗20〜25オームです。上記の導電性ガラスの方で説明します。)ヨウ素をとりいれたもの(ヨウ素をとりいれる方法は色々考えられ、この実施は、ヨードチキンで固体のヨウ素(和光純薬製 100gビン入り、)を溶かし、上記導電性ガラスに綿棒でうすく2,3回塗布している。)
(この場合の浸すもよいは、色素は、((ハイビスカス、名称ハーブティー、原産国スーダンを水で溶かしたものを使用しています。)、ねぎやその他の野菜からも色素は取り出せ水で溶かした状態で他の実施で使用してもいます、色素はいろいろ可能で、ルテニウム色素は、有名ですが、すべての原材料を安いもので実施しょうと、発電量の多さより価格の安さを重んじ手軽な身近な材料で実施しています。実施しました色素もいろいろでその為、本実施例では、総称で色素と明記。)
この場合はアルミ板を使用します。横約6センチ、縦約10センチの上部基板と同じ大きさ。別の導電性素材(例えば、プラスチックやガラスに導電性膜を施すなど色々あるが、下部基板にプラスチック、ガラスの実施は上記と同じものを使用)にヨウ素をとりいれたもの(和光純薬製の上記と同じヨウ素で、上記と同じように溶かし、導電性ガラスに1回塗布している。)をフィルム状、又は、施行場所、使用目的に応じて板状にする。(この場合、セルは板状になる。又、電流を多く出す為、黒鉛筆でこの下部基板を黒く塗りつぶす。)その上に蛍光塗料を塗布する。
合物を(この場合は、少量のヨウ化カリウムを水で溶かし、その水を気化させ、(水
を気化させるので、ヨウ化カリウムと水の割合は、厳密でなくて良い)あるいは、蛍
光塗料や他のものでコーティングしたヨウ化カリウムを固体のまま維持して、あるいは、溶かした液体でも実施しているが、蛍光塗料の上にセルの全体的に配置することで、ヨウ素の酸化還元作用を蛍光塗料で喪失せず保持する。乾かぬ時の蛍光塗料の上に置くことで、ヨウ化カリウムや他のヨウ化化合物は、蛍光塗料で喪失しないようコーティングされるのである。(請求項21)
4、ヨウ化銀AgIなど使用している。この場合は、色々実施している。
完全に上部基板、下部基板ともに乾燥しきっていたら、セルにしても電気を通さない。上部基板を色素に浸した後、半乾きで下部基板と貼り付けるのが良い。真空、又は、真空近く空気を抜く。
上部をプラス極、下部をマイナス極とし配線することでひとつのセルが出来上がる。
テスターで電流測定、短絡電流は、約3mA、開放電圧は、約1.2V(セルは、平板状のサイズ、横約6cm×縦約10cm オープンセル)電流がゼロと発生しなくなっても、水の補給で再生可能で、1mAほどは、いつも水を入れるとゼロから再生します。室内でも発電し、太陽光の下に置くと、(陶芸用のルチル型の酸化チタンで、色素はセルの制作時に浸したのみで以後入れないで)0.2mAほどは、太陽光の下に置くとそのつど必ず電流がアップするので、酸化チタンの光触媒の威力を確認。水に色素を混ぜたものをセル内に入れると、ゼロから3mAほどアップするので、色素増感太陽光発電していることを確認。色素増感太陽光発電のある電池であること確認。7ヶ月後まで、この再生繰り返す。
上下基板の間で、塩の層と酸化マンガン(陶芸用)の層を3層と多層にすると、セル内に、金属の網状の物入れないで、短絡電流38mA、金属の網状の物をセル内に入れその網状の物から配線しテスターで測定しますと、156mAに短絡電流がアップします。
でも、塩と酸化マンガンで多層にしたものは、再生させても、大きくは短絡電流はアップしない。そのため、実施例2の半導体のPN型の太陽電池へと構造に改良を加える。
本発明は、「(色素増感太陽光発電)プラス(新電池)」の原理です。
市販の他の電池の仕組みを概略します。
(太陽電池)半導体のPN型接合
(マンガン乾電池)正極―二酸化マンガン、電解液―塩化亜鉛、負極―亜鉛。
(アルカリ、マンガン乾電池)正極―二酸化マンガン及び黒鉛の粉末、電解液―水酸化カリウム、負極―亜鉛。
(ニッケル系一次電池)正極―オキシ水酸化ニッケル、電解液―水酸化カリウム、負極―亜鉛。
(海水電池)正極―酸化鉛や塩化銀、負極―マグネシウム。
(リチウムイオン電池)正極―リチウム金属酸化物、負極―グラファイトなどの炭素材。(ニッケル水素蓄電池)正極―水酸化ニッケル、電解液―濃水酸化カリウム水溶液
負極―水素吸蔵合金。
(酸化銀電池)正極―酸化銀、電解液―水酸化カリウム又は、水酸化ナトリウム、負極―ゲル化した亜鉛。
(空気亜鉛電池)正極―酸素、電解液―アルカリ金属水酸化物又は、水酸化カリウム、負極―亜鉛。
他にも、電池にできる物質として、アルミニウム、クロム、ニッケル、コバルト、
モフデン、銅、チタン、カルシウムなど、挙げられます。
これらの原材料を、本発明では、正極、負極、電解液、添加物として、色々な発電方法を工夫して、用いるのです。
将来、(1)PN型半導体の太陽電池 (2)生化学的太陽電池以外の発電も開発されるでしょうが、現在、この2つが明確です。
(1)PN型半導体の太陽電池 (2)生化学的太陽電池の実施には、すでに公知の技術を用いて色々と実施します。
ビタミンCは、「水溶性ビタミンの1種。科学的にはアスコルビン酸のL体をさす。」
商品化で実施の時は、ビタミンC,でんぷん性接着剤、塩、CI塩素、などは化学薬品名になる。置き換えうる。ビタミンC、又はビタミンCを含むもの,でんぷん性接着剤、塩は、分かりやすい用語をもちいているだけで、これは、商品化での実施では商品名、原材料名、化学薬品名に置き換えられる。本実施例の記載では、置き換えうると明記します。ただわかりやすくする為、本発明の実施例中では、「ビタミンC、又はビタミンCを含むもの」,「蛍光塗料」、「でんぷん性接着剤」、「塩」と記載します。でんぷん性接着剤は、一般的には糊と呼ばれています。
本発明では、酸化チタンの膜などを高温で焼くこともありますが、PN型半導体の太陽電池のような電池の場合、そのままで使用し、焼くことはありません。
ただ、時々は、酸化チタンの膜を塗布して、高出力や耐久性のテストで焼くこともあります。
本電池が熱でどの程度、発電できるのかのテストで、よくロウソクの火にあぶっています。セルが組み立てられて後、セルを高温によくさらします。
電極膜と作る方法として、真空蒸着法、イオンプレーティング法、C V D 法、あるいはスパッタリング法、メッキなどが用いられます。導電性膜は、ITO膜、FTO膜、AZO膜など使用できます。
電極の材料は、チタンや亜鉛などの半導体なら特に良く、それらの各種酸化物、化合物も使用でき、チタン酸バリウム、ジルコニウム、ストロンチウム、シリコン、ガラス、セラミックス、ゲルマニウム、金、銀、白金、インジウム、銅、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、カルシウム、モリブデン、酸化セリウム、スズ、ニッケル、タングステン、鉄、前記のそれらの酸化物、各種化合物など色々使用でき、ヨウ素の化合物は、とくに良く、ヨウ化ニッケルやヨウ素を含む化合物など有望である。ヨウ素を直接とりこんでいると言えます。
色素は、ルテニウム色素、金属錯体色素、各種有機色素、天然色素、植物のねぎや紫キャベツ、金属と置き換えられた色素、例えば、銅クルルフィリンナトリウム、
ヨウ化化合物では、ヨウ化水素HI,ヨウ化ナトリウムNaI,四ヨウ化炭素CI、
ヨウ化カリウム、ヨウ化銀AgIなど使用している。
電解液の溶液は、エタノール、水、酢、酢酸、ポリエチレングリコールなど必要に応じて、変化させて色々実施しています。色々なものが実施できます。
イオンでは、ヨウ素イオン、リチウムイオン、コバルトイオン、金属イオンを含むも可能です。
プラスチック(合成樹脂)は、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリスチレン、ペット樹脂、AS樹脂、塩ビなど
ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアセタールなどフェノール樹脂、ABS樹脂など 。
半導体の添加物として、ホウ酸、ホウ酸だけでなく、各種リン類、炭素類、カーボネート、重曹も実施しています。
その蛍光塗料の上部に塗布された酸化チタン膜の白色の幕はやがて、なくなります。その為その蛍光塗料の色が下部に施しているのに、前面、上部に出てきますので、色を多彩に表現できます。図4(外観図)のように屋根や壁にデザインが施せます。土蔵の土壁に漆喰風にするときは、白色を出します。酸化チタンに酸化マンガンを添加すると、セルは、漆喰風に白いままになります。変色しません。
ヨウ素のあるセルは、茶色を呈しますが、ビタミンCやビタミンCを含むもので、その茶色を透明にできます。工夫すれば良いのです。(請求項14)上下基板を透明の素材にして、セルを透明近いものにも出来ます。ガラスに施すなど工夫で色々な所で実施できます。
セルをはりつけると太陽光発電装置があることすら、隠します。シリコン系の黒い外観ではありません。施行場所に応じて建物と同じ色のモジュール、太陽光発電装置にできますので、古い町並みをそのままで再現します。そのようなモジュール、太陽光発電装置にこのセルはなります。
固体化され、本発明は、光あり、なしの2ウェイの発電のセルに小さな電子部品を組
み込み、生じた電流で電子部品を動かし(ごく小さなプリント基板の制作と導入)、
上部から電流を流す、下部から電流を流すと周期的に意図的に電流を交互に流す。電
池で交流はできないと言われていますが「交流電池」にすることが出来るも夢ではな
いと発明者は見ています。
その電源を再生可能の太陽光からも取れます。なぜなら、すでにセル内に金属を配
置、又はそれを配線しているのですからその配線を使って、セル内外に取り付けた
小さな集積回路を使ってどちらの電極から電流を流すか命令を出せるからです。本
発明でそんな基礎的原理、基礎的技術は出来上がっているのですから。本発明、本
特許申請は特許権存続の20年後にはそんな物になっていると考えます。
本発明では、色素から出た電子を上部基板ではなく、下部基板に流すこと出来るのです。光を入射させる上部基板をアルミニウムより低い電圧の導電性ガラスやプラスチックにし、下部基板を電圧のそれらより高いアルミニウム板にすると、色素増感太陽光発電しない状態では、自由電子は、アルミ板から出て自由電子が外部回部へ出る極がマイナス極となりますので、下部基板のほうが、マイナス極になり、外部回部から電子が戻ってくる上部基板の電圧の低い方がプラス極になります。この電子の流れは、従来の色素増感太陽光発電方法とは、まったく逆になります。上部基板の酸化チタンや酸化亜鉛に色素を混ぜておくと、その色素と光触媒の作用で、太陽光の下に置くと、色素による光エネルギーが電気エネルギーに変換され、色素増感太陽光発電した発電量が電池にアップさせるのが、テスターで確認されています。
これは色素増感太陽光発電とは別の新原理を作り出しました。
新原理 光あり、なしの2ウェイで発電する電池
でんぷん性接着剤は、フライパンの上に置き高温に焼いても、表面が少し茶色になるだけで内部は、水を含んだままです。その作用があるので、湿式乾電池でない、マンガン乾電池でも、でんぷん性接着剤が電解液を固体化するものとして、長期間、使用されてきたのです。糊と言われるでんぷん性接着剤が発電を妨げないことは、マンガン乾電池で実証されています。それで、湿でなく、乾くの乾電池と言うらしいのです。本発明の請求項1,2の液状の電解液をもちいないとは、この方法で実施しています
ただ、この方法と限定はしておりません。ヨウ素は、ヨウ化化合物と酸化還元します。
1つの実施例として、ヨウ素やヨウ化化合物を安定させる為に、ヨードチンキ(小堺製薬
市販品)をよく用います。
ヨウ素の玉(和光純薬製)は、エタノール(市販品)で溶かすと、ガラス瓶の中で気化し、やがて、エタノールは蒸発し無くなり、ヨウ素も溶けてドロドロの溶けたヨウ素になります。
でも、ヨードチンキの中味と同じように、ヨウ素3gとヨウ化カリウム2gとエタノール(70vol%)の合計100mlで溶解させると、ガラス瓶の中でヨウ素は、安定し、エタノールも蒸発を早めることはなく、ビンに入ったエタノールが無くなることはありません。
この違いは、ヨウ素とエタノールは同じなのに、ヨウ化化合物のある、なしの違いでこうなるのです。
部品Aの内、ヨードチンキでは、酸化還元が正しく長時間くりかえされるのに、ヨウ素3gを追加して、部品Aに入れた場合、ヨウ素の3g数に対し、ヨウ化化合物の比率をどうするか? どのような比率でヨウ化化合物を合わせるのか?この両者の酸化還元作用を長時間、繰り返させるヨウ化化合物の量,比率がまだよくわからないのです。
ヨードチンキが安定していますように、色素増感太陽光発電させる為に、色素を入れますが、色素は電子を出しますので、それに合わせたヨウ素とヨウ化化合物の酸化還元の比率がわかりましたら、長期に電気を流し続けます。
電池がため池のように内部で、充電されています。それは、酸化チタンや酸化亜鉛が積層セラミックスコンデンサーにもなりえる原材料だからです。酸化亜鉛の方が、酸化チタンより、ゆっくりと放電します。電池としては、長持ちするようです。ですから、村田製作所が積層セラミックスコンデンサーの誘電体材料を酸化チタンから、チタン酸バリウムに変えることで、小型化、大容量化に成功しているように、色素増感太陽光発電のある本電池でも、チタン酸バリウムにするともっと高効率に出来ます。
上部基板がマイナス極になります。でも、それは持続せず、ほとんど、下部基板から自由電子は出ますので、下部基板がマイナス極です。酸化亜鉛が自由電子を出し易いN型半導体になっているからでしょう。
真空、又は、真空近くを請求項1、3で、請求していますのは、この再生の持続のために、空気がセルの外と中を行き来すると、発電しなくなるからです。ヨウ素やヨウ化化合物の酸化還元作用を失わせるのです。色素の劣化も早めます。空気の層がセル内にできることは、導電しなくなることです。
真空と言う概念は、半導体PN型の太陽電池では、公知のことです。真空注入も知られたことです。でも、真空近くが付け加えられたのは、新規です。真空は、大気圧より気圧の低い状態をいうのですから、大気圧より低ければ、すべて真空になります。曖昧な真空でよく、しかも真空近くでも良いのですから、真空の状態が曖昧でも十分発電します。
商品化します時は、製品の全条件を一律に数値で規格化するため、その真空の程度につき、明記できます。今は、曖昧でも発電に影響はありません。
ただ、厳密な真空は要しないけれど、色素増感太陽光発電でもそんな曖昧な概念でも必要であること、出願いたしました。
手作りセルで、セルの上下をしっかり圧着し、密着させ空気を曖昧でも抜く作業と完全な封止をするのなら、プラス極とマイナス極がショートでなく密着していて離れないのなら、発電します。セルの中に空気の層が出来たら、導電できないことは、わかりきっていると思います。それゆえ、「真空、又は、真空近く」を特許として請求します。
厚み約4ミリ)
酸化された、イオン化したヨウ素とヨウ化化合物は互いに電子と正孔のやり取りをし酸化還元作用をして、又、透明の上部基板から戻って来た自由電子もあり、元に戻ります。このサイクルで電子は下部基板から透明の上部基板へと流れていくのを繰り返し、色素増感太陽光発電で作られた電子の発生の分、色素増感太陽光発電している時は電流はその分多く流れます。太陽光で発電する再生可能エネルギーに変わります。電池として電流を出せなくなっても、太陽光の下に置くと、太陽光発電で太陽からの光エネルギーを色素で電気エネルギーに変え、セルを充電します。太陽の熱線でも本発明は、発電できるようになりました。(請求項11)
ヨウ素は、プラスチックととても相性が良いです。金属なら、ヨウ素で腐食されてしまうのですが、プラスチックは、ヨウ素で腐食されることがなく、逆にプラスチックは、セル内にヨウ素を閉じ込める作用があります。本発明で、アルミ板をよく下部基板に用いていますが、上下部の基板は、とくには限定していません。0.5ミリの厚みの薄いアルミ板を下部基板にします時、ヨウ素でアルミ板に腐食で小さな穴が開くことがあります。でも、それは、アルミ板の裏側に粘着テープを貼れば、問題はありません。穴の開いたアルミ板を、金属の網状の物と考えることもできます。それに配線していると考えれば良いのです。
その為、下部基板にプラスチックで被うをすれば良いので、上部基板も透明のプラスチックにして、プラスチックどうしを、熱でその専門の機械で溶着すれば、封止は、完成します。
ビニール袋は、ほとんど接着剤で張り合わされているのではなく、熱の溶着で閉じられています。そうすることで、水分を袋の外には、出しません。空気による酸化も防ぎます。そのように請求項12では、色素増感太陽光発電のセルでは、プラスチックの熱による溶着が利用できますこと本発明者の小発明です。それも、真空、又は、真空近くを実施する1つの実施方法です。
施行も、本発明、本特許申請の商品化は、初期には商品寿命が短いと予想し、その為、購入者がソーラーパネルを壁などに施工の時は購入者自らでソーラーパネルの取替できるよう、ソーラーパネルの大きさなど色々工夫中で、取り替える基礎、土台は、耐震構造をかねる強固なものにしますので、耐震構造を持ちます。
どの程度の真空かと尋ねられましたら、施工される土地や場所により大気圧は変化しているので、JISの定義どおり、大気圧より低ければ、真空としか言えない。日常品に真空は、多く使用されているらしいのです。
イメージ的には、セルの上下基板とその間の中間層のもの、中間層のものが電解液ならその内容物がしっかりと上下基板と密着している。固体なら、上下基板と中間層のものが固体化して3層がしっかり密着していて、セルの内部には、中間層のものが多孔質のため、顕微鏡などでは、中間層には空気の穴が存在するのが確認されるが、これは、真空に近くの状態で、問題視されないで、ただし、セルの外と、セルの内部とは、液体、固体、気体の場合でも完全に気体や液体、固体の出入りができない、完全にセルの外周は、密封されている状態、大気圧より圧力が低い、大気圧と同じ気圧でない、そのようなイメージです。
(2)(実施例2)の半導体のPN型の太陽電池のような構造のセルは、電流がなくなっても、セルに水をいれても、再生しない。再生は、光や熱で再生させます。
(3)(実施例3)の生化学的な構造のセルは、発電しなくなると、セル内部に水を入れると再生し、太陽光の下におくと、酸化チタンのそれ自身の電子で、すこしの光電変換し電流の発生が確認できます。この作用を利用して、酸化チタンのコーティングで壁を清潔に保つ商品として開発され、すでに市販されています。この構造のセルは、水で微量の発電が再生するだけでなく、水に色素を加えると、色素で発電量のアップが確認できます。酸化チタンがアナターゼ型の場合(ルチル型3陶芸用:アナターゼ型7アエロジェル社のP25)やはり、太陽光の下に置きますと、光でセルの内部が化学的反応して、光エネルギーが電気エネルギーに変換されていること、色素増感太陽光発電していることは、目(セルの上部が透明ガラスなので、セル内部の化学的変化が見える)とテスターの電流の発生で確認できます。
水を補給するのですから、オープンセルです。
浜松ホトニクスの「光電子増倍管」のダイノードにかける電圧は、―陰極と陽極の間に100V前後の電圧を与え、両者間にあるダイノードには電子を加速するため、100V程度ずつの段階的電圧を与えて使用するとあります。そこで、金属を多段にするのも良いと考えました。
あるいは、ヨウ素の含有量の多い状態の中の金属にその濃いヨウ素で電圧をかけ、大量に電子を出させ、一気に大電流にする。
あるいは、モジュール以外で、電流を大きくする装置を取り付けるなど。
そのように色々とセル、太陽電池の開発以外にも電気自動車を太陽光発電の電源で走らせる方法はあると思います。
それを実施すべく、請求項1から21まで請求いたします。
それが、予想できましたので、請求項1,2,3,4では、限定しますこと記載せず、広い概念にし、でも色素増感太陽光発電のある電池ですから、その記載の電池に新規性、進歩性、産業への有効性があり、電池は、既存の電池ではありません。
1個のセルを10センチ角として、縦横に8個並べて、1個のモジュールとします。
1個のモジュールで8個×8列=64個のセルが並びます。10センチの余裕を取ると、縦横90センチ角の1個モジュールになります。
モジュールの大きさは、任意です。1メートル角のモジュールにしても良いです。(請求項18)
市販のポリカーボネイトの平板や波板を(縦1820mm×横655mm)を一つのセルにできます。
大きなこんなセルと小さなセル(5cm各など)をくみあわせたモジュール、アレイも可能です。
小さなセルでは、直列は配線して、電圧をプラスし、100Vや200Vを意図的につくります。本発明の色素増感太陽光発電のある電池は、電池を作るを土台にしているためか、発電しなくなっても、電圧は残るのです。抵抗が出来るのでしょうが。
平板や波板を(縦1820mm×横655mm)では、大きな電流を得ます。
小さなセル(5cm各など)では、直列につないでも、電流がすべてプラスにならないことも予想できます。
大きなセル(縦1820mm×横655mm)では、大電流が得られます。
今まで無かった大と小のセルを組み合わせて一つのモジュールにします。アレイにします。電圧と電流の組み合わせを考え、それでも、1家庭の電力が、完全に賄えないのなら、電子倍増管のような装置、セルを作り、モジュール、アレイに組み込むも出来ます。
モジュール内でセルを直列、並列に配線します。又、モジュール同士をそのように配線します。高出力を希望する場合は、光あり、なしの2ウェイで発電するセルの下に、光なくても発電する本発明のセルを多層にします。セルの下にセルがある、いく層にもなる。そんな感じです。1個のセルの厚みは、うすいです。本発明では、光なくとも発電するセルが可能ですので、セルを多層、多段に出来ます。これは、すでに出願しました多機能電池の改良で実現をします。半導体の持つ、熱や光、電流、電圧、振動、摩擦で電流が流れる特性を生かし発電するセルや電池や装置です。(請求項11)
光の入る上部から説明
透明導電性素材(例えば、プラスチックやガラスに導電性膜を施すなど色々あるが)などの素材にヨウ素をとりいれたものをフィルム状、又は、施行場所、使用目的に応じてこの場合は板状にし、酸化チタンなど塗布し焼き付ける。
その上に色素を場合によっては絵を描くように塗り付ける。浸すもよい。
次に下部から説明
別に透明導電性素材(例えば、プラスチックやガラスに導電性膜を施すなど色々あるが)などの素材にヨウ素やヨウ化化合物をとりいれたものをフィルム状、又は、施行場所、使用目的に応じてこの場合は板状にする。
上部と下部とを密封し、かつ、真空、又は、真空近くにする。
高出力を出したい時は、その真空、又は、真空近く中に微細の網状の金属を配置し(多層も可能)、又はそれを配線する。
上部をマイナス極、下部をプラス極とし配線することでひとつのセルが出来上がる。
これを直列、並列に多数並べて、必要に応じて、最下部への光の通過ができるようにして、セル、モジュールを2段、3段など多段構造にする。
こうして施工に広い場所をとらず、なおかつ、高出力の電力を得る。
小さい電化製品など利用目的に合わせて、上記の技術を減らしたり、組み合わせてたりする。
平成23年2月1日の特許申請書類の《発明を実施するための形態》に記載の実施で小電流では、それは、実現しています。(実施例3)に記載のセルです。
大量生産は、大量生産では、広いフィルムに一気に多数のセルが作り出せ、多彩な色素をプリントでき、目的に応じてヨウ素をとりいれた色々な部品などを大量生産可能である。プリント基板のように配線も可能である。
(1991年の国際商工会議所(ICC)のノウハウの保護に関する試案)
―ノウハウとは、工業的目的に役立つ技術を完成し、または実際に応用するのに必要な秘密の技術的知識、経験および集積をいう―
前記のセルを1個又は、多数配置して電池となり、セル又は、電池を1個又は、多数配置して、装置になります。
降雪を水に変えるように電熱線を施した装置をモジュールの一部に取りくけ、電熱線の熱で降雪を水に変え、熱線の発する熱で多機能電池を発電させます。水でさらに下部に積もる降雪を屋根の下へ落下させるそんな装置を請求項13では請求しております。図7を参照。装置の具体的設計は、降雪量の多い少ないの雪国の気象条件のより、変り、工夫します。
多機能電池は、セルが10円切手ほどの大きさで熱では5mAから30mに一気に数秒で短絡電流の上昇が可能なので、多機能電池は、熱では、おどろくほど再生しますので、実用化は、早いです。熱と電流の関係は、正比例ではなく、ある温度に達しましたら、それ以上の熱をあたえるより、熱を抑えるほうがよく発電します。多機能電池は、熱では再生可能が実証されています。本発明と組み合わされて実用化します。特に電熱線の熱は、よく、発電し、それで、電熱線を働かせ、電熱線の発する熱を今度は、平成23年12月の特許申請の「電池」を再生させ、再生した電気で、電熱線を働かせる。循環型のエネルギーの除雪装置が可能です。図4。
完全に固体化する前に融通に聞く状態の時に目的に応じて使用します。ヨウ素の含有量に差をつけた調整されたヨウ素で、添加物をその中に添加できます。電流をよく導通させる黒鉛などを添加し、ヨウ素に添加物の別の機能を持たせます。そのような作用も持たせて、ヨウ素の使用する量の大小2種類以上の違いを故意に作り出し、このヨウ素の差により、電流の流れを効率化させた部材。(請求項19)
崩れかけた古い土蔵の土壁をセメントで安価で補修し、その上に漆喰の白と黒の伝統的デザインにしたソーラーパネルを、補修した土壁に貼り付ける。
図4の(ロ)のように―
古民家でソーラーパネル上で色素を使って満開の桜を描き、それを屋根に配置して、かつ、電気自動車用の200Vなど使用に合わせた配線、配線器具を壁に取り付ける。
(2)透明導電性プラスチック プラス極
(3)酸化チタン
(4)色素
(5)微細の網状の金属
(6)ヨウ化カリウムを透明導電性プラスチックにとり入れている。
(7)透明で強化されたプラスチック
(8)真空又は真空に近い状態
図2の(1)(2)(3)は、多層、多段のセル又は電池又はモジュール
図3の(イ)(ロ)(ハ)の(1)透明導電性素材 (2)ヨウ素
図4の(イ)の(1)古い土蔵に貼り付けたソーラーパネル
(ロ)の(1)2階の片側の屋根に設置のソーラーパネル。
(ロ)の(2)電気自動車用(200V)の配線とコンセント。
図5の(1)透明ガラス(上部)
(2)アルミ板(下部)
(3)蛍光塗料。
(4)(3)の上にヨウ化化合物とり入れている。
(5)網状の金属(ステンレス製)(大)
(6)網状の金属(ステンレス製)(小)
(7)ヨウ素をヨードチンキで溶かし「でんぷん性接着剤」など交え、粘着性あり。
(8)ショート防止の粘着テープ
(9)ショート防止の粘着テープ
図6の(1)下部基板
(2)ステンレス網状
(3)上部基板
図7の(1)除雪装置。
(2)ソーラーパネル
図8の(1)導電性ガラス
(2)酸化チタンの層
(3)塩の層
(4)酸化亜鉛の層
(5)金属(アルミ板)
(6)金網
(7)プラスチックシート
図9の(1)酸化チタンの層
(5)金属(アルミ板)
(6)金網
(8)電球
液状では、セルの液漏れがあり、耐久性から電解液のゲル化や固体化に研究がすすめられているが、(例えば、特許第4556232号公報 特開2000−268890号公報 特開2006−196439号公報参照)、実用化にまで現在いたっていない。
電解質として用いられているヨウ素系電解質の元になるヨウ素が、昇華しやすく、金属などの素材を腐食させる作用を持ち、ヨウ素系電解質がセルの外に出易く、喪失し易い為である。
シリコン系の太陽電池は、真空工程を要し、それに比較して、色素増感太陽光発電の太陽電池は、その真空工程を必要とせず、セルの制作が出来るので、安価な太陽電池が将来、実用化できると、期待されているが、色素増感太陽光発電の太陽電池でも、実は、色素の耐久性を増すためにも、真空のようなセルを作ることは、従来から存在した。(例えば、特開2006−196439号公報参照)電解液などの液体を容器に注入するために、真空注入法は、従来からある公知の技術です。
参照しました特開2006−196439号公報を見ますと、セルをナイロン製袋に挿入し、空気を抜くなどの手間を要しています。そうなりますと、色素増感太陽光発電は、手軽に実施できるものではありません。又、この特許申請は、光のみで発電する従来の太陽電池です。本発明は、光なくとも発電する電池でもある所が異なります。
夜間にも発電できるよう二次電池もかねる色素増感太陽光発電の太陽電池は、参照しま した特許第4081084号公報や特許第4081084号公報でも実施例で見ることできますが、まだまだ実用化できるほどの発電力を夜間は発揮しておりません。色素増感太陽光発電とは、別の技術である非特許文献の特開2011−40659号公報では、希土類鉄酸化物を用いて半導体のPN接合による太陽光発電も研究発表されていますが、熱でも発電する可能性があるらしいのですが、まだ実用化にはいたっていません。
はやり、製造に手間がかかり、原材料が手に入りにくく、価格の高いシリコン系太陽電池が、確立された技術で太陽電池の主流として現在の社会で、広く実施されています。
特許第4081084号公報
特許第4328857号公報
特許第4556232号公報
特許第4081084号公報
特表2008−543029号公報
特表2002−523904号公報
特開2011−40659号公報
特開2000−268890号公報
特開2006−196439号公報
再生可能エネルギーとしての太陽光発電は、まだまだ、一般家庭で手軽に実施するには、価格や発電力で課題があります。
本発明はこれらの課題を解決している。本発明は、極力、安く、身近な所から得やすい原料を用い、製造工程を簡易にしていて、手軽に大量生産が可能で、安価で製造できる。平成24年1月現在、例えば、シリコン系の太陽電池で100万円実施の費用が必要なら、その10分の1の値段で実施できる。色素増感太陽光発電のある本電池の下に熱や、他から電圧をえることで発電するなどの電池を配置できるので、従来出来なかったセル、モジュールなどを2段以上の多段にすれば、施行面積を広く必要としない。熱の発電は、公知の半 導体熱電変換発電のことで、本発明は新規のその構造を解明した。
さらに本発明の色素増感太陽光発電のある電池は、光あり、なしの2ウェイの発電をし、太陽光や室内光のない夜間の発電も可能である。光がなくとも発電できるので、太陽光の少ない雪国でも実施でき、発電した電力で降雪を水に変える除雪機能付きのソーラーパネル、ソーラーハウスが可能である。電気自動車を完全にこの発電で動かせる高出力であるが、二酸化炭素を排出せず、一般大衆に環境にやさしい新エネルギーとして世界中で、地球規模で商品化が待たれている画期的な本発明、本特許申請である。
「注釈ですが、限定しない形状、色々な形状のものにしてとも言えるこの表現は、施行 場所、使用目的に応じた形状にすることである。国内優先日の2011年2月1日出願の 明細書《0009》の段落で、少し書き加えていますがこう記載しております。
《0009》
光の入る上部から説明
透明導電性プラスチック、ガラスなどの素材にヨウ素をとりいれたものをフィルム状、又 は、施行場所、使用目的に応じて―実施の形態でこの場合は―板状にし、酸化チタンなど 塗布し焼き付ける。」
現在の透明伝導性膜ありのガラスやプラスチックや金属の上にテスターを当てても、電圧を示さないが、それらの上にヨードチンキ(一般に市販のもの)を数滴たらし、ヨードチンキと共にそれらにテスターをあて測定するとヨウ素で電圧を示すことわかった。下記は、およその電圧の数値である。厳密に正確に測定した数値ではないが、素材により違った電圧を示すことの概略である。
ノーベル賞を受賞された白川英樹氏が、不導電性のプラスチックにヨウ素を入れ、電気の通るプラスチックを作り出され電極にもされたことに、さらに本発明は、改良をくわえたのです。
色々な電池を試作した結果、上下基板の間に光を受ける透明導電性膜の施された上部基板(透明導電性ガラス、SUNGATE500,PPGインダストリーズ社、ITO膜、抵抗15〜20オーム)、下部基板は(アルミ板、厚み0.5mm)色素(ハイビスカスティ 市販品)を含む酸化チタン(市販品の陶芸用チタン、又は、アエロジェル社のP25)の層を作り、セル内で上下基板間の中間部にでんぷん性接着剤とヨウ素とヨードチンキ を混ぜて、さらに二酸化マンガン(市販品 陶芸用)と塩(青海という商品名、市販品) を添加する。二酸化マンガンと塩を2層にして入れるなど。その塩は青海という商品名の ものには、下記のカルシウムが多く含まれている。セル内で上下基板間の中間部に塩と二 酸化マンガンの層を重層にすれば、高出力の電池が作れること判明しました。市販品のマンガン乾電池を参考にもしました。
色素増感太陽光発電のある電池の実施例の1例として、光を受ける上部基板(図8の(ロ )1)(透明導電性ガラス、SUNGATE500,PPGインダストリーズ社、ITO膜、抵抗15〜20オーム、)に前記の酸化チタンに色素(銅クロロフィリンナトリウム)を加えている層(図8の(ロ)2)を作りこれを半導体のP型風とします。
色素増感太陽光発電のある電池の実施例の1例として光を受ける上部基板、図8の(ハ)7(市販品の普通の透明プラスチック 導電膜なし)に前記の酸化亜鉛(図8の(ハ)4)に色素を加えている層を作りこれを半導体のN型風とします。
(A)と(B)のセルは、(A)が光を受ける上部基板が導電性ガラスで(B)が普通の導電性なしのプラスチックシートを上部基板にして、下部基板は共に同じアルミ板(厚み0.5mm)です。
セルの大きさは、共に、横約5センチ×縦約6センチです。
(A)は、色素は銅クロロフィリンナトリウムで、制作して直後テスターで測定しますと、短絡電流は約63mAを示します。開放電圧約0.9V
(B)は、色素はハイビスカスティで制作して直後テスターで、測定しますと、短絡電流は約62mAを示します。開放電圧約0.9Vです。
前記の別出願の電池は、約10円切手ほどのセルの面積で(厚み3mm)で、短絡電流120mA,開放電圧1Vほど出力します。この電池は、8個直列につなぐと、全体で約10センチ各のセルとなり、その大きさで電流約1A,電圧約6Vから8Vを出します。
本発明者は、色素増感太陽光発電のある電池で、10センチ各のセルで、乾電池の単3ほどの電流1A,電圧1.5Vの出力の太陽電池を作ることを目標に試作をかさねていて、電池では、単3ほどの出力を新しい前記の構造でこの時、成功しました。
図8,9。
この(A)と(B)の色素増感太陽光発電のある電池は、最高短絡電流値63mAほどと 出力こそ、多くはありませんが、なんと、光なくとも発電する電池であり、かつ、電流をゼルまで使い切っても、太陽光の下に置くと、再生するのです。10mAほどは、翌日も電流をわざとゼロまで使い切っても、ゼロから10mAほどは、太陽光を受けると色素増感太陽光発電をし、確実に再生します。
(B)のセルには、一般的、透明プラスチックシート図8の(ハ)7(市販品)が使われていて、導電膜なしで、金属の網状のもの、80メッシュ、市販金網の代用で使用し、ここから配線し、発電させ得たのです。このセルには、導電性膜は使用していません。
二日間観測し、(A)(B)共に太陽光で再生し、再生された電流は、一晩はあまり電流が下がらずに流れつづけることを2回ほど確認しました。
測定された場所は、長野県の山岳部で、12月の雪の降る、連日最高気温でもマイナスの真冬日続きの太陽光発電としては、冬場は、期待出来ない土地です。
太陽光発電に関してある書物に、発電出力と定格出力との比で表される出力比は晴れでは60%ですが、曇りでは40%、雨では10%以下とあります。ですから、たった10mAの再生でも、本発明者には、大感激です。なぜなら、色素増感太陽光発電も出来る新しい構造の電池が出現し、光あり、なしの2ウェイで発電することが、実証されたからです。それが、本出願の発明で、優先日の平成23年2月1日から、約1年近くの月日が経っていました。図8、図9。
請求項1,2に記載どおり、液状の電解液を用いていないので、電解質が固体化された中でも、光エネルギーを電気エネルギーに変えうる色素の開発がなされていないからです。また、光を受ける上部基板で色素増感太陽光発電の高効率の光電変換率を可能にする酸化チタン(図8の(ロ)2)、酸化亜鉛(図8の(ハ)4)の工夫がなされていないからです。
酸化チタン(図8の(ロ)2)でもアナターゼ型、ルチル型、ナノ粒子をどうするかも、工夫してはいないからです。
電極も請求項2に記載とおり、従来の電極ではありません。
JIS(日本工業規格)における真空の定義
「大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態」
広義に意味では、1何も無い状態 2缶詰め 3水につけたお椀の蓋がとれない状態とネットから調べ、本特許申請では、特定の意味で1、2、3の定義づけで使用します。
ネット上から、見つけた発表ですが、こんな文章があります。
「現時点で、エネルギーの変換効率の最高値は約10.4%(約10.4%は他が発表した値でそれを引用している)で、これらの研究グループで、平型電池は、封止に必要な面積が大きいことに着目し、セル構造を円筒型にしたら、電解液の封止性が向上し、耐久性が高くなることを見出した。」
とあり、この円筒型の封止面積が少ないセル構造とは、発明者から見ると、JIS(日本工業規格)における真空の定義
「大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態」です。
本発明者の真空の定義2缶詰めと同じ真空構造と言える。請求項1,3項に記載の「真空、又は、真空近く」の状態です。
色素増感太陽光発電の板、シート状のセルの断面積は、ほとんどの図1で誇張されて分厚く描かれていますが、現実のマイナス極とプラス極の間は、ごくわずかです。一般的に電解液は5センチ角のセルで数滴挿入されているだけです。一般的にセルは、上部と下部は―(真空近く)―にしょうと空気を抜くようにそのような感じで貼り合わせています。
上部基板と下部基板は離れすぎると、電気を通さないからです。
テスターと計る物とを接触させないと電流は流れないと同じです。
マイナス極とプラス極の間の真空、又は、真空近くと書いても、空気も物質も何もない空間は、現状ゼロです。セル、電池、装置はシート状、板状と色々な所で通常は取り付ける形状に沿わせるように設置しますが、とても薄いものです。図1で真空、又は、真空近くと図中に書かれていますのは、その部分に物を詰めても、真空、又は、真空近くは簡単に作り出せることを現していて、図1は誇張された図で、セルの厚みは数ミリの薄いものです。
他の人々の出願でも誇張してセルの断面図が同じように広く誇張されて表されている。セルが薄いために、その断面図は、誇張しないと図解できないのです。
前者は、ガラスに従来必要不可欠だった導電膜を不要にできると、新規性や画期的と唱っておられます。前者のセルの構造は、円筒型の中心部に対極(チタン/白金)次に外側、外周に向かって電解液層、集電電極、作用極(チタニア/色素)で円筒型の外周がガラス管です。その外周のガラス管に導電膜を不要にしたと唱っておられるのです。
本発明でも、セル内に請求項3に記載している微細の網状の金属に配線できるので、それで電気を取り出せば、上部基板のガラスに導電膜不要に出来ます。図8の(ハ)7のプラスチックシートは、導電膜がなく、普通の市販品のプラスチックシートです。国内優先日 の平成23年2月1日の特許書類に明記しております請求項1から3までの実施でそれは出来ます。(0022)記載の(B)のセルがその導電膜なしの普通のプラスチックシート(市販品)を上部基板にし、色素増感太陽光発電させています。
繰り返しますが、請求項3のセル内に配置、配線される微細の網状の金属(図8の6)に集電作用があり、それが、導電膜の役目を兼ね、そのようにしようと思えば、光を受ける上部基板のガラスの導電性膜は不要に出来ます。図8の(ハ)7。(請求項3,9)
セルからの液漏れを防止するため、液状の電解液を用いず、電解液を固形化させるためでんぷん性接着剤を電解液に混ぜた。又、昇華しやすいヨウ素をでんぷん性接着剤で封じ込めようとでんぷん性接着剤を3層構造の半導体の酸化チタンや酸化亜鉛の極に、塩の層にも混ぜて入れたのです。それでも、発電すること実証しました。
どの程度の真空、又は、真空近くかと尋ねられましたら、施工される土地や場所により大気圧は変化しているので、JISの定義どおり、大気圧より低い圧力の状態であれば、真空、又は、真空近くとしか言えない。日常品に真空は、多く使用されているらしいのです。真空とは、気圧そのものでなく大気圧より低い状態を言うとあります。一般的には、真 空とは、完全に空気を抜くように使われていますが、厳密に空気を抜かなくても良いとい う意味合いで、真空近くを付け加えています。
商品化では、(0105)に記載どおり、真空、又は、真空近くの状態は、その商品ごと に数値化しますが、真空、又は、真空近くは、イメージ的には、
「真空、又は、真空近くは、セルの上下基板とその間の中間層のもの、中間層のものが電解液ならその内容物がしっかりと上下基板と密着している。固体なら、上下基板と中間層のものが固体化して3層がしっかり密着していて、セルの内部には、中間層のものが多孔質のため、顕微鏡などでは、中間層には空気の穴が存在するのが確認されるが、これは、真空に近くの状態で、問題視されないで、ただし、セルの外と、セルの内部とは、液体、固体、気体の場合でも完全に気体や液体、固体の出入りができない、完全にセルの外周は、密封されている状態、大気圧より圧力が低い状態」です。
太陽が東西に動く為に、太陽のある位置、角度により太陽光の照射量に時間に伴う変化があり、発電量が安定しないことの対策としてセルを色々な形状にすることも実施しました。
参照の特開2009−81046号は、色素増感太陽光発電の三極二層型光二次電池で、同じセル内で蓄電の機能もありますが、蓄電するときには、3極構造で電流の流れが変化する複雑な構造のものです。本発明は、前記のようにもっと簡単な構造で、色素増感太陽光発電による発電でアップした電流は、そのまま、消費でき、なお、光なくしても、酸化チタンや酸化亜鉛それ自身に電気を溜める作用があり、光から離しても電気は消費されながらもゆっくりとしか、電流は低下していかないのです。この時は、乾電池のような電池です。
村田制作所の積層セラミックスコンデンサーは、電気を溜める池のような役目ですが、パソコンや携帯電話など内部の電子機器の動作用電源になっていて、砂糖の粒よりも小さく、小型化、大容量化を実現しているのは、積層セラミックスコンデンサーの重要部分の誘電体材料に、以前は、酸化チタンを使っていたのを、現在は、チタン酸バリウムに変えているからと当会社のホームページに公開されています。酸化チタンは、積層セラミックスコンデンサーになりえるほど、電源や電気を溜める池にもなりえる優れた素材のものだからです。
酸化亜鉛も優れた材料です。昔から色素増感太陽光発電で酸化チタンのように実施されていたもので、同じく積層セラミックスコンデンサーで活躍のTDKも色素増感太陽光発電には、酸化チタンではなく、酸化亜鉛を実施しているとネットで公開されています。本発明で実施したことですが、酸化亜鉛に色素を入れ、色素増感太陽光発電でアップしたセルの電流は、下記の表どうりで、そのセルを室内に入れ、光から離してもゆっくりの速度でしか下がらないので、一晩を越え翌日の朝7時には、又、色素増感太陽光発電できる頃まで、テスターで測定し続けても電流が流れ続けたのです。
又、使った後に電流を外部から流し込んで(充電)電極の作用を復活させる。繰り返し再生可能です。
光を受ける上部基板は、ハイビスカスの色素を混ぜている酸化亜鉛を使用し、上部基板は、導電膜なしの普通のプラスチックシートで、その代わりにセル内に金属の金網状のもの、代用品で市販の80メッシュのステンレス金網を使用。代用品なので、80メッシュを 限定していない。たった1mAの電流が下がるのに、(0022)に記載の(B)のセル は時間が長くかかっているを表している表2です。
本発明者は、でんぷん性糊がヨウ素によく反応する、白い色の糊がヨウ素を含み紫色に変色する、ヨウ素とでんぷんとの反応というよく知られた自然法則が色素増感太陽光発電でも使用できること、実証したのです。
そのことは、広く公表されてはいないようです。本発明では、ヨウ素の喪失を防ぐ為に手軽な方法として、ヨウ素をでんぷん性接着剤を用いて、とりいれていますが、上記のヨウ素やヨウ化化合物を色々な方法でとりいれるは、色々な方法が可能で、限定していない。
1例として、前記の電極に電極になる半導体とヨウ素、ヨウ化化合物(ヨードチンキを 用いると、ヨウ素とヨウ化化合物が同時に共に入る)とでんぷん性接着剤を混ぜて極とすることです。電極の材料の金属などに、ヨウ素を直接塗布するなども可能です。請求項1 、2。
封止剤も、接着剤よりも、プラスチックどうしの機械による熱による溶着が、液もれを完全に防止します。
参考にマンガン乾電池などでは、電池内に発生するガスを溜める部分がありますが、本発明では、ガスを溜める部分を作るような考えはありません。
(1)ヨウ素の電圧、電流を生じる威力を色素増感太陽光発電と電池に最大限に生かす。(2)セル内を真空、又は、真空近くにすることで、色素の耐久性を増す、ヨウ素の喪失を防ぐ、空気をセルから抜くことで電流を良く導通させるなど。
(3)でんぷん性接着剤で、簡易に真空、又は、真空近くを作り出す、セル内を固体化して、液漏れを防ぎ、気化しやすいヨウ素をセル内に留める。
(4)電極に酸化チタンや酸化亜鉛にヨウ素をとりこみ、半導体によるPN型のように色素増感太陽光発電も出来る新しい多機能電池を開発し、再生可能にする。
このことが、本特許申請で請求項1,3の記載に「真空、又は、真空近く」という文言がいれられた理由のひとりです。空気による酸化防止や色素やヨウ素を長期に保持するためにも、真空、又は、真空近くにする工夫が必要で、真空の技術は公知ですが、セルの内部を真空、又は、真空近くと明記することで、厳密な真空にする手間が省け、真空、又は、真空近くにするは、シリコン系太陽光発電のような手間のいる真空製造工程がいらず、「又は、真空近く」を付け加えることでアイデァ次第で実行性の余裕があり、新規性、進歩性、産業上利用価値があります。
請求項3に記載の微細の網状の金属や電極としてのその金属をどうセル内、電池内で使用するかは、限定せず、その色々な方法により、電流や電圧の向上が見られ、電力アップの効果は、工夫次第で無限であることもわかり、本発明、本特許出願でとりいれた。
積層セラミックスを参考にし、小型化、大容量化は、酸化チタンやチタン酸バリウムの粒子をナノサイズに細分化し、微細のものにすることで、実現できたそうで、応用し、半導体をそのようにナノサイズに微細化すれば、より高出力になります。さらに、原材料を変える。
色素増感太陽光発電では、半導体の酸化チタンをナノサイズにして、色素を多く含ませる ことは、すでに公知です。
この電池にさらに色素増感太陽光発電をプラスします。
本発明により、色素増感太陽光発電は、実用化に大きく近づきました。
特願2011−266054の電池を多機能電池と表現していますのは、半導体は、熱 、光、電圧、電流、摩擦、振動で発電する作用があり、その作用で多機能にできるからで す。
しかも、本発明、本特許申請は、安価な材料を用いているので、制作費用が安く、実施が容易いので、多くの家庭で実施でき、世界的にも普及が進む。
積層セラミックスコンデンサーが更に小型化、大容量化可能のように、平成23年12月出願の多機能な電池の方は、同じように改良の余地は、大きく、それ故、その電池にプラ スされた色素増感太陽光発電は(請求項では、色素増感太陽光発電のある電池と記載)、電気自動車の電源になり得ると考えています。
太陽光、室内光なくとも、発電できるので、雪国の除雪機能付き太陽光発電や電池で夜間の発電も可能で雪国の住人や高齢者宅には革新的設備になる。図7。
液状のヨウ化電解液に変わって、透明導電性素材やプラスチック、ガラス、金属の素材に ヨウ化化合物をとりこみ、それをフィルム、線状、板、シート、膜、棒、筒、ボール状と 施行場所、使用目的に応じた形状のものにして、色素の電子放出後の酸化還元作用をもた せた色素増感太陽光発電のある電池にする。
液状の電解液を使用しないことで、色素、着色剤、光触媒、電極に使用されるものは、 天然又は人工色素、従来の酸化チタン及び酸化チタン以外、白金及び白金以外の安価な素 材が利用可能で、電極も、透明導電性素材やプラスチック、ガラス、金属の素材にヨウ素 をとりこみ、それをフィルム、線状、板、シート、膜、棒、筒、ボール状と施行場所、使 用目的に応じた形状のものにして、ヨウ素を使用する部位や量の違いにより、電解作用も 備えた電極にしたことを特徴とする色素増感太陽光発電のある電池にする。
(1例として、セルは、平板状で横約5センチ×縦約6センチ 厚み約4ミリ)
ヨウ素の電子を引っ張る作用を利用してヨウ素やヨウ化化合物を導電性素材や金属の素材や他の所でとりこみ、それをフィルム、線状、板、シート、膜、棒、筒、ボールの形状に(素材、形状の上部、中、下部のどこに使用するか、又電解液や電極などの目的の使用箇所に応じてヨウ素(和光純薬製)の含有量、使用量が大量、少量など調整して)又、色々な所で使用し自由電子などを意図的に目的の方向へ流すことで高出力を得る。本発明、本特許申請は、それを解明した。図3。
導電性ガラスの電圧は約0.1Vで、アルミ板の電圧の方が、約0.49Vとアルミ板の方が電圧高く、自由電子は電圧の関係で下部基板のアルミ板から外部回路へ流れます。
色素増感太陽光発電していない状態の時にはです。(セルは、平板状で横約5センチ×縦約6センチ 厚み約4ミリ)
酸化チタン(陶芸用 市販品)と酸化亜鉛(陶芸用 市販品)に微量のホウ酸(健栄製薬
市販品)をドープして、P型、N型を作り、プラス極、マイナス極も意図的に作れます。
ヨウ素とヨウ化化合物やでんぷん性接着剤(市販品)と炭(市販品)の粉を、半導体である酸化チタンと酸化亜鉛に入れ混ぜました。かつ酸化チタンと酸化亜鉛にホウ酸を微量入れると同時にそのホウ酸の量の差をつけることで、4価の酸化チタンに微量の3価のホウ酸を入れて、正孔が出来易いP型半導体風に、2価の酸化亜鉛に微量の3価のホウ酸を入れて、自由電子が出来易いN型半導体風にし、それを、PN型半導体接合風にしました。厳密なPN型ではありませんが、この2つの層の間に、塩(青海という商品名 市販品)ヨウ素とヨウ化化合物とでんぷん性接着剤と炭の粉を入れたものを混ぜたものを塩の層として、そしてこの塩の層には、ホウ酸は入れません。塩の層を酸化チタンの層と酸化亜鉛の層の間に配置しました。このようにしまして、半導体PN型の太陽電池のような仕組みを安易に取り入れた色素増感太陽光発電のある電池で、光で再生するを実現しています。
これは、本特許申請は、請求項に、「色素増感太陽光発電のある電池」と記載していて、本発明を説明しますのに、「電池」で平成23年12月に別出願しておりますので、色素増感太陽光発電のある「電池」が、どのような電池か?この特願2011−266054の一部を修正して引用します。この電池に色素増感太陽光発電の作用をプラスしたのが本電池です。(0067)から(0073)までは、その特願2011−266054から 引用された記載です。
ヨウ素(和光純薬製) 3g
ヨードチンキ 5g
でんぷん性糊 12g
水(ヨウ化化合物、(和光純薬製)、少量を混ぜている) 1g
レモン汁 (クエン酸でも可能)1g
以上のものをよく混ぜたものを部品Aとしています。ただし、この数値はアバウで
す。いつでも、今後変えうるものです。
部品Aと同体積の酸化チタン(陶芸用 市販品)、同体積の塩(青い海という商品名)、同体積の酸化亜鉛(陶芸用 市販品)を3つの別々のプラスチック容器に入れ、その容器の中で混ぜ合わせて、3層に塗り重ねています。その3層を上は金属、1例として銅板、下は金属、1例としてアルミ板で上下をはさんだ構造の電池です。
添加物として、ホウ酸(健栄製薬 市販品)が重要で、酸化亜鉛のほうに少し酸化チタンより多く微量のホウ酸をいれています。酸化チタンのほうにもホウ酸をいれますが、どちらに多くのホウ酸を入れるほうが良いのか、まだ、はっきりとは、わかっていません。酸化チタンの方に多めにホウ酸をいれることもあります。塩には、ホウ酸はいれません。
このホウ酸の入れる差、微量ですが、この差が、P型、N型の半導体を作ると考えて、故意にホウ酸の添加量に差をつけています。電気を通し易くするため、備長炭を粉にしたものを酸化チタンの方に微量多めにいれ、塩と酸化亜鉛には同量で少しの備長炭の粉を入れます。備長炭の粉を多く入れると、逆に発電しにくいようです。
酸化チタンと酸化亜鉛の間に塩を介させないで酸化チタンと酸化亜鉛を2層にすると、出力は落ち、良く発電しません。この塩を青い海という塩化ナトリウム以外の他の成分を多く含むもの、これを高出力には必要と見出したことも、本発明です。電池の面積を半分づつ2度も小さくしているのに、同じ短絡電流120mA,開放電圧約1vほど(この時の電池の面積は、10円切手ほど、薄さ3mm)を流せるのは、この塩の成分とヨウ素、炭とホウ酸の微量に差をつけ、用いることなど色々な工夫し、特にヨウ素は固体の小粒(和 光純薬製)のまま3層内にいれるようになった、そのようなことで、実現させたものです。酸化チタンや塩や酸化亜鉛を多く用いるようになったというような量的増加と高出力が正比例するそんな考えで、実現させえたものではありません。でも、電池の平面の面積は2分の1、さらに2分の1にと最初の平面の面積から、4分の1小さくなっています。
ここから本発明では、この電池に関します発明に、上部基板を透明の導電性ガラスや、導電膜なしの普通のプラスチックシートに変え、陶芸用のルチル型の酸化チタンにアナターゼ型の酸化チタンを混ぜる工夫をし、色素も入れているのが、それが下記の本実施です。ガラスの導電膜も同じく不要にできます。(請求項3,9)
(0067)から(0073)では、上部基板に銅板、下部基板にアルミ板を使用していますので、両電極が金属のみである分、下記します(実施例1)や(実施例2)よりセルの性能評価は、良いです。
―部品Aの内容物―これは、絶対量ではなく、このような数値の前後の実施可能な割り
合いです。部品Aとなづけられた(0067)に記載のものと、同じです。
ヨウ素(和光純薬製) 3g
ヨードチンキ 5g
でんぷん性糊 12g
水(ヨウ化化合物、(和光純薬製)、少量を混ぜている) 1g
レモン汁 (クエン酸でも可能)1g
以上のものをよく混ぜたものを部品Aとしています。
添加物として、ホウ酸(健栄製薬 市販品)が重要で、酸化亜鉛のほうに少し酸化チタンより多く微量のホウ酸をいれています。酸化チタンのほうにもホウ酸をいれますが、どちらに多くのホウ酸を入れるほうが良いのか、まだ、はっきりとは、わかっていません。酸化チタンの方に多めにホウ酸をいれることもあります。塩の層には、ホウ酸はいれません。
このホウ酸の入れる差、微量ですが、この差が、P型、N型の半導体を作ると考えて、故意にホウ酸の添加量に差をつけています。電気を通し易くするため、備長炭を粉にしたものを酸化チタンの方に微量多めにいれ、塩と酸化亜鉛には同量の少しの備長炭の粉を入れます。備長炭の粉を多く入れると、逆に発電しにくいようです。
(A)のセル
光を受ける上部基板(透明導電性ガラス、SUNGATE500,PPGインダストリーズ社、ITO膜、抵抗15〜20オーム)に酸化チタンの膜を施した場合です。
色素増感太陽光発電のある電池の実施例の1例として、光を受ける上部基板にこの酸化チタン(ルチル型1陶芸用:アナターゼ型9アルエジェル社P25)に色素を加えている層を作りこれを半導体のP型風とし、次にこの塩の層、さらに、任意に網状の微細の金属を配置し、このように微細の金属を塩の層と酸化亜鉛(陶芸用1種のみ)の層にセパレーターのように配置するほうが高出力で耐久性が増す。次に下部基板(アルミ板。セルは、平板状で横約5センチ×縦約6センチ 厚み約4ミリ)この酸化亜鉛層を半導体のN型風とし、この3層を密着し、圧着させて、セルから空気を抜いて、真空、又は、真空近くにして、上下基板と共に3層をしっかりと密着させて貼り合わせる。セルを圧着し、外周を接着(エポキシ樹脂など)や溶着などして、セルに空気が大気中から入り込まないよう封止します。でんぷん性接着剤がはいっていますので、一晩も3層を密着、圧着させていれば乾燥して、3層は固体化し、3層どうしが張り合わさります。
(B)のセル
光を受ける上部基板(市販品の普通の透明プラスチック 導電膜なし)に酸化亜鉛(陶芸用1種のみ)の膜を施した場合です。
色素増感太陽光発電のある電池の実施例の1例として光を受ける上部基板にこの酸化亜鉛に色素(ハイビスカスティ)を加えている層を作りこれを半導体のN型風とし、(さらに、任意に網状の微細の金属を配置し、このように微細の金属を塩の層と酸化亜鉛の層にセパレーターのように配置するほうが高出力で耐久性が増す。)、次にこの塩の層、次に下部基板この酸化チタン層(陶芸用1種のみ)を半導体のP型風とし、この3層を密着し、圧着させて、セルから空気を抜いて、真空、又は、真空近くにして、上下基板と共に3層をしっかりと密着し、圧着させて貼り合わせる。同じくでんぷん性接着剤がはいっていますので、一晩も3層を密着し圧着させていれば乾燥して、3層は固体化し、3層どうしが張り合わさります。大気中の空気がセルに入り込まないよう完全に封止することも同じです。
色素増感太陽光発電もし、光なくとも電池として発電するのは、それは、電池が放電し、電流がセル内になくなっても、色素増感太陽光発電で色素から光の励起で自由電子が色 素から出ることで、又、電流が生じ、それで半導体である酸化チタンや酸化亜鉛が電極剤として復活し、積層コンデンサーにもなりえる材料の為、ゆっくりと電池として光なしの 時には放電するからです。
本発明は、実施例1、実施例2に限定されるものではありません。酸化チタンや酸化亜 鉛以外の半導体材料も用いられることは、下記の(0093)に記載どおりです。
概略しますと、2つです。
(1)実施例1,2のような、一例として、上下基板の間に酸化チタンの層と酸化亜鉛の層とその間に塩の層の3層がある半導体のPN型太陽電池のような構造。請求項1,2, 3,4項で具体的な電極材料や、電池の特定された構造を明記していないとおり、一例の もの。
(2)実施例3に記載の一番シンプルなパターンから、簡単に真空、又は、真空近くにす る方法として、かつ、さらに高出力にするために、上下基板の間に1例として中間部に塩やニ酸化マンガンの層のある生化学的反応の構造。請求項1,2,3,4項で具体的な電 極材料や、電池の特定された構造を明記していないとおり、一例のもの。
発電量は、(1)の方が、大きく実用化できます。(2)は小電流しか、今の所出せません。下記は(2)の小電流の再生をする実施例です。
光の入る上部から説明。
透明導電性素材(例えば、プラスチックやガラスに導電性膜を施すなど色々あるが)などの素材に、(この実施は透明導電性ガラス、(SUNGATE500,PPGインダストリーズ社、ITO膜、抵抗15〜20オーム)でします。透明導電性プラスチックの場合は、市販品のITO膜、抵抗20〜25オームです。上記の導電性ガラスの方で説明します。
ヨウ素をとりいれたもの(ヨウ素をとりいれる方法は色々考えられ、この実施は、ヨードチキンで固体のヨウ素(和光純薬製 100gビン入り、)を溶かし、上記導電性ガラスに綿棒でうすく2,3回塗布している。)(図1では(1)透明導電性プラスチックにヨウ素をとり入れているで表している。)
この場合の浸すもよいは、色素は、(ハイビスカス、名称ハーブティー、原産国スーダンを水で溶かしたものを使用しています。)、ねぎやその他の野菜からも色素は取り出せ水で溶かした状態で他の実施で使用してもいます、色素はいろいろ可能で、ルテニウム色素は、有名ですが、すべての原材料を安いもので実施しょうと、発電量の多さより価格の安さを重んじ手軽な身近な材料で実施しています。実施しました色素もいろいろでその為、本実施例では、総称で色素と明記。
この場合はアルミ板を使用します。横約6センチ、縦約10センチの上部基板と同じ大きさ。別の導電性素材、例えば、プラスチックやガラスに導電性膜を施すなど色々あるが、下部基板にプラスチック、ガラスの実施は上部基板と同じものを使用可能。(図1では、上下基板共に透明導電性プラスチックを使用)
ヨウ素をとりいれたもの(和光純薬製の上記と同じヨウ素で、上記と同じように溶かし、アルミ板に1回塗布している。)をフィルム状、又は、施行場所、使用目的に応じてこの場合、セルは板状になる。又、電流を多く出す為、黒鉛筆でこの下部基板を黒く塗りつぶす。その上に蛍光塗料を塗布する。(図1では(6)のヨウ化カリウムを透明導電性プラ スチックにとり入れている方法として、蛍光塗料を塗布している。)
合物を(この場合は、少量のヨウ化カリウムを水で溶かし、その水を気化させ、(水
を気化させるので、ヨウ化カリウムと水の割合は、厳密でなくて良い)あるいは、蛍
光塗料や他のものでコーティングしたヨウ化カリウムを固体のまま維持して、あるいは、溶かした液体でも実施しているが、蛍光塗料の上にセルの全体的に配置することで、ヨウ素の酸化還元作用を蛍光塗料で喪失せず保持する。乾かぬ時の蛍光塗料の上に置くことで、ヨウ化カリウムや他のヨウ化化合物は、蛍光塗料で喪失しないようコーティングされるのである。まだ完全に蛍光塗料が乾かぬ前にその液状の蛍光塗料の上に水で溶かされたヨ ウ化カリウムや固体のヨウ化カリウムを配置すると、自然に蛍光塗料でコーティングされ る。(請求項21)(図1の(6)のヨウ化カリウムを透明導電性プラスチックにとり入 れているで表している。)
図1の(6)の部分で、これは、従来になかった新規の電極、ヨウ化カリウムでヨウ素 の酸化還元作用もたせた電極であるを表している。図1の(6)の部分で電極だけでなく 、従来の電解質でしていたヨウ素の酸化還元作用を電極に持たせられる新規の電極を作っ ている。請求項1、2は、生化学的な構造では、このように実施されている。このように 液状の電解液を不要にできる。
NaI,四ヨウ化炭素CI4、ヨウ化銀AgIなど使用している。この場合は、色々
実施している。)
完全に上部基板、下部基板ともに乾燥しきっていたら、セルにしても電気を通さない。上部基板を色素に浸した後、半乾きで下部基板と貼り付けるのが良い。真空、又は、真空近く空気を抜く。(図1の(8)の状態)
上部をプラス極、下部をマイナス極とし配線することでひとつのセルが出来上がる。
微細の網状の金属なしのセルで、テスターで電流測定、短絡電流は、光なしでも約3mA、開放電圧は、約1.2V(セルは、平板状のサイズ、横約6cm×縦約10cm オープンセル)電流がゼロと発生しなくなっても、水の補給で再生可能で、1mAほどは、いつも水を入れるとゼロから再生します。室内でも発電し、太陽光の下に置くと、(陶芸用のルチル型の酸化チタンで、色素はセルの制作時に浸したのみで以後入れないで)0.2mAほどは、太陽光の下に置くとそのつど必ず電流がアップするので、酸化チタンの光触媒の威力を確認。水に色素を混ぜたものをセル内に入れると、ゼロから3mAほどアップするので、色素増感太陽光発電していることを確認。室内で光なくとも発電しているので色素増感太陽光発電のある電池であること確認。7ヶ月後まで、この再生繰り返す。
セル内で上下基板間の中間部に、塩の層と二酸化マンガン(陶芸用)の層を3層と多層にすると、セル内に、金属の網状の物入れない場合で、短絡電流38mA。金属の網状の物をセル内に入れその網状の物から配線しテスターで測定しますと、156mAに短絡電流がアップします。
でも、塩と二酸化マンガンでセル内の中間部に多層にしたものは、再生させても、大きくは短絡電流がアップしない。そのため、(実施例1)(実施例2)の半導体のPN型の太陽電池へと構造に改良を加える。
市販の他の電池の仕組みを概略します。
(太陽電池)半導体のPN型接合
(マンガン乾電池)正極―二酸化マンガン、電解液―塩化亜鉛、負極―亜鉛。
(アルカリ、マンガン乾電池)正極―二酸化マンガン及び黒鉛の粉末、電解液―水酸化カリウム、負極―亜鉛。
(ニッケル系一次電池)正極―オキシ水酸化ニッケル、電解液―水酸化カリウム、負極―亜鉛。
(海水電池)正極―酸化鉛や塩化銀、負極―マグネシウム。
(リチウムイオン電池)正極―リチウム金属酸化物、負極―グラファイトなどの炭素材。(ニッケル水素蓄電池)正極―水酸化ニッケル、電解液―濃水酸化カリウム水溶液
負極―水素吸蔵合金。
(酸化銀電池)正極―酸化銀、電解液―水酸化カリウム又は、水酸化ナトリウム、負極―ゲル化した亜鉛。
(空気亜鉛電池)正極―酸素、電解液―アルカリ金属水酸化物又は、水酸化カリウム、負極―亜鉛。
他にも、電池にできる物質として、銅、チタン、アルミニウム、ニッケル、モリフデン、 クロム、コバルト、カルシウムなど、挙げられます。
これらの原材料を、本発明では、正極、負極、電解液、添加物として、色々な発電方法を工夫して、用いるのです。
将来、(1)PN型半導体の太陽電池 (2)生化学的太陽電池以外の発電も開発されるでしょうが、現在、この2つが明確です。
(1)PN型半導体の太陽電池 (2)生化学的太陽電池の実施には、下記の(0093 )に記載のすでに公知のたくさんの技術と組み合わせて色々と実施します。
ビタミンCは、「水溶性ビタミンの1種。科学的にはアスコルビン酸のL体をさす。」
商品化で実施の時は、ビタミンC,でんぷん性接着剤、塩、CI塩素、などは化学薬品名になる。置き換えうる。ビタミンC、又はビタミンCを含むもの,でんぷん性接着剤、塩は、分かりやすい用語をもちいているだけで、これは、商品化での実施では商品名、原材料名、化学薬品名に置き換えられる。本実施例の記載では、置き換えうると明記します。ただわかりやすくする為、本発明の実施例中では、「ビタミンC、又はビタミンCを含むもの」,「蛍光塗料」、「でんぷん性接着剤」、「塩」と記載します。でんぷん性接着剤は、一般的には糊と呼ばれています。
電極膜と作る方法として、真空蒸着法、イオンプレーティング法、C V D 法、あるいはスパッタリング法、メッキ、前記の方法などが用いられます。
本発明では、酸化チタンの膜などを高温で焼くこともありますが、PN型半導体の太陽電池のような電池の場合、塗布後そのままで使用し、あまり焼くことはありません。
ただ、時々は、酸化チタンの膜を塗布して、高出力や耐久性のテストで焼くこともあります。
本電池が熱でどの程度、発電できるのかのテストで、膜やセルをよくロウソクの火にあぶっています。セルが組み立てられて後、セルを高温によくさらします。
導電性膜は、ITO膜、FTO膜、AZO膜など使用できます。
電極の材料は、チタンや亜鉛などの半導体なら特に良く、それらの各種酸化物、化合物も使用でき、チタン酸バリウム、ジルコニウム、ストロンチウム、シリコン、ガラス、セラミックス、ゲルマニウム、金、銀、白金、インジウム、銅、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、カルシウム、モリブデン、酸化セリウム、スズ、ニッケル、タングステン、鉄、前記のそれらの酸化物、各種化合物など色々使用でき、ヨウ素の化合物は、とくに良く、ヨウ化ニッケルやヨウ素を含む化合物など有望である。ヨウ素を直接とりこんでいると言えます。
色素は、ルテニウム色素、金属錯体色素、各種有機色素、天然色素、植物のねぎや紫キャベツ、金属と置き換えられた色素、例えば、銅クルルフィリンナトリウム、
ヨウ化化合物では、ヨウ化水素HI,ヨウ化ナトリウムNaI,四ヨウ化炭素CI
4 、ヨウ化カリウム、ヨウ化銀AgIなど使用している。
電解液の溶液は、エタノール、水、酢、酢酸、ポリエチレングリコールなど必要に応じて、添加や変化させて色々実施しています。色々なものが実施できます。
イオンでは、ヨウ素イオン、リチウムイオン、コバルトイオン、金属イオンを含むも可能です。
プラスチック(合成樹脂)は、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリスチレン、ペット樹脂、AS樹脂、塩ビなど
ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアセタールなどフェノール樹脂、ABS樹脂など 。
半導体の添加物として、ホウ酸、ホウ酸だけでなく、各種リン類、炭素類、カーボネート、重曹も実施しています。
その蛍光塗料の上部に塗布された酸化チタン膜の白色の幕はやがて、なくなります。その為その蛍光塗料の色が下部に施しているのに、前面、上部に出てきますので、色を多彩に表現できます。図4(外観図)のように屋根や壁にデザインが施せます。土蔵の土壁に漆喰風にするときは、白色を出します。酸化チタンに色のつかない色素,例えばねぎの色素 を使用し、二酸化マンガンを添加すると、セルは、漆喰風に白いままになります。ヨウ素 などでも変色しません。
ヨウ素のあるセルは、茶色を呈しますが、ビタミンCやビタミンCを含むもので、その茶色を透明にできます。工夫すれば良いのです。(請求項14)上下基板を透明の素材にして、セルを透明近いものにも出来ます。ガラスに施すなど工夫で色々な所で実施できます。
セルをはりつけると太陽光発電装置があることすら、隠します。シリコン系の黒い外観ではありません。施行場所に応じて建物と同じ色のモジュール、太陽光発電装置にできますので、古い町並みをそのままで再現します。そのようなモジュール、太陽光発電装置にこのセルはなります。
固体化され、本発明は、光あり、なしの2ウェイの発電のセルに小さな電子部品を組
み込み、生じた電流で電子部品を動かし(ごく小さなプリント基板の制作と導入)、
上部から電流を流す、下部から電流を流すと周期的に意図的に電流を交互に流す。電
池で交流はできないと言われていますが「交流電池」にすることが出来るも夢ではな
いと発明者は見ています。
その電源を再生可能の太陽光からも取れます。なぜなら、すでにセル内に金属を配
置、又はそれを配線しているのですからその配線を使って、セル内外に取り付けた
小さな集積回路を使ってどちらの電極から電流を流すか命令を出せるからです。本
発明でそんな基礎的原理、基礎的技術は出来上がっているのですから。本発明、本
特許申請は特許権存続の20年後にはそんな物になっていると考えます。
本発明では、色素から出た電子を上部基板ではなく、下部基板に流すこと出来るのです。光を入射させる上部基板をアルミニウムより低い電圧の導電性ガラスやプラスチックにし、下部基板を電圧のそれらより高いアルミニウム板にすると、色素増感太陽光発電しない状態では、自由電子は、アルミ板から出て自由電子が外部回部へ出る極がマイナス極となりますので、下部基板のほうが、マイナス極になり、外部回部から電子が戻ってくる上部基板の電圧の低い方がプラス極になります。この電子の流れは、従来の色素増感太陽光発電方法とは、まったく逆になります。上部基板の酸化チタンや酸化亜鉛に色素を混ぜておくと、その色素と光触媒の作用で、太陽光の下に置くと、色素による光エネルギーが電気エネルギーに変換され、色素増感太陽光発電した発電量が電池にアップさせるのが、テスターで確認されています。
これは色素増感太陽光発電とは別の新原理を作り出しました。
新原理 光あり、なしの2ウェイで発電する電池
電池としては、下部基板がマイナス極になっているからです。
電子を失った色素の正孔は、酸化チタンとでんぷん性接着剤とヨウ素とヨウ化化合物の混ぜられた状態にあり、それらが固体状態で、その中の色素と交じり合っているヨウ素やヨウ化化合物から色素は電子を奪い、色素の正孔に自由電子を戻し、色素それ自身は、それにより元の色素に戻ります。
でんぷん性接着剤は、フライパンの上に置き高温に焼いても、表面が少し茶色になるだけで内部は、水を含んだままです。その作用があるので、湿式乾電池でない、マンガン乾電池でも、でんぷん性接着剤が電解液を固体化するものとして、長期間、使用されてきたのです。糊と言われるでんぷん性接着剤が発電を妨げないことは、マンガン乾電池で実証されています。それで、湿でなく、乾くの乾電池と言うらしいのです。本発明の請求項1,2で液状の電解液をもちいないとは、この方法で実施しています。ただ、この方法と限定はしておりません。
ヨウ素は、ヨウ化化合物と酸化還元します。
1つの実施例として、ヨウ素やヨウ化化合物を安定させる為に、ヨードチンキ(小堺製薬
市販品)をよく用います。
ヨウ素の玉、小粒(和光純薬製)は、エタノール(市販品)で溶かすと、ガラス瓶の中で気化し、やがて、エタノールは蒸発し無くなり、ヨウ素も溶けてドロドロの溶けたヨウ素になります。
でも、ヨードチンキの中味と同じように、ヨウ素3gとヨウ化カリウム2gとエタノール(70vol%)の合計100mlで溶解させると、ガラス瓶の中でヨウ素は、安定し、エタノールも蒸発を早めることはなく、ビンに入ったエタノールが無くなることはありません。
この違いは、ヨウ素とエタノールは同じなのに、ヨウ化化合物のある、なしの違いでこうなるのです。
部品Aの内、ヨードチンキでは、酸化還元が正しく長時間くりかえされるのに、ヨウ素3gを追加して、部品Aに入れた場合、ヨウ素の3g数に対し、ヨウ化化合物の比率をどうするか? どのような比率でヨウ化化合物を合わせるのか?この両者の酸化還元作用を長時間、繰り返させるヨウ化化合物の量,比率がまだよくわからないのです。
ヨードチンキが安定していますように、色素増感太陽光発電させる為に、色素を入れますが、色素は電子を出しますので、それに合わせたヨウ素とヨウ化化合物の酸化還元の比率がわかりましたら、長期に電気を流し続けます。
電池がため池のように内部で、充電されています。それは、酸化チタンや酸化亜鉛が積層セラミックスコンデンサーにもなりえる原材料だからです。酸化亜鉛の方が、酸化チタンより、ゆっくりと放電します。電池としては、長持ちするようです。ですから、村田製作所が積層セラミックスコンデンサーの誘電体材料を酸化チタンから、チタン酸バリウムに変えることで、小型化、大容量化に成功しているように、色素増感太陽光発電のある本電池でも、チタン酸バリウムにするともっと高効率に出来ます。
請求項6では、それがすでにわかっているので、半導体の名を明記せず、限定しなかった 。
上部基板がマイナス極になります。でも、それは持続せず、ほとんど、下部基板から自由電子は出ますので、下部基板がマイナス極です。酸化亜鉛が自由電子を出し易いN型半導体になっているからでしょう。
真空、又は、真空近くを請求項1、3で、請求していますのは、この再生の持続のために、空気がセルの外と中を行き来すると、発電しなくなるからです。ヨウ素やヨウ化化合物の酸化還元作用を失わせるのです。色素の劣化も早めます。空気の層がセル内にできることは、導電しなくなることです。
真空と言う概念は、半導体PN型の太陽電池では、公知のことです。真空注入も知られたことです。でも、真空近くが付け加えられたのは、新規です。真空は、大気圧より気圧の低い状態をいうのですから、大気圧より低ければ、すべて真空になります。曖昧な真空でよく、しかも真空近くでも良いのですから、真空の状態が曖昧でも十分発電します。
商品化します時は、製品の全条件を一律に数値で規格化するため、その真空の程度につき、その商品ごとに明記できます。今は、曖昧でも発電に影響はありません。
ただ、厳密な真空は要しないけれど、色素増感太陽光発電でもそんな曖昧な概念でも必要であること、出願いたしました。
手作りセルで、セルの上下をしっかり圧着し、密着させ空気を曖昧でも抜く作業と完全な封止をするのなら、プラス極とマイナス極がショートでなく密着していて離れないのなら、発電します。セルの中に空気の層が出来たら、導電できないことは、わかりきっていると思います。それゆえ、「真空、又は、真空近く」を特許として請求します。
厚み約4ミリ)
酸化された、イオン化したヨウ素とヨウ化化合物は互いに電子と正孔のやり取りをし酸化還元作用をして、又、透明の上部基板から戻って来た自由電子もあり、元に戻ります。このサイクルで電子は下部基板から透明の上部基板へと流れていくのを繰り返し、色素増感太陽光発電で作られた電子の発生の分、色素増感太陽光発電している時は電流はその分多く流れます。太陽光で発電する再生可能エネルギーに変わります。電池として電流を出せなくなっても、太陽光の下に置くと、太陽光発電で太陽からの光エネルギーを色素で電気エネルギーに変え、セルを充電します。太陽の熱線でも本発明は、発電できるようになりました。(請求項11)
ヨウ素は、プラスチックととても相性が良いです。金属なら、ヨウ素で腐食されてしまうのですが、プラスチックは、ヨウ素で腐食されることがなく、逆にプラスチックは、セル内にヨウ素を閉じ込める作用があります。本発明で、アルミ板をよく下部基板に用いていますが、上下部の基板は、とくには限定していません。0.5ミリの厚みの薄いアルミ板を下部基板にします時、ヨウ素でアルミ板に腐食で小さな穴が開くことがあります。でも、それは、アルミ板の裏側に粘着テープを貼れば、問題はありません。穴の開いたアルミ板を、金属の網状の物と考えることもできます。それに配線していると考えれば良いのです。
その為、下部基板にプラスチックで被うをすれば良いので、上部基板も透明のプラスチックにして、プラスチックどうしを、熱でその専門の機械で溶着すれば、封止は、完成します。
ビニール袋は、ほとんど接着剤で張り合わされているのではなく、熱の溶着で閉じられています。そうすることで、水分を袋の外には、出しません。空気による酸化も防ぎます。そのように請求項12では、色素増感太陽光発電のセルでは、プラスチックの熱による溶着が利用できますこと本発明者の小発明です。それも、真空、又は、真空近くを実施する1つの実施方法です。
施行も、本発明、本特許申請の商品化は、初期には商品寿命が短いと予想し、その為、購入者がソーラーパネルを壁などに施工の時は購入者自らでソーラーパネルの取替できるよう、ソーラーパネルの大きさなど色々工夫中で、取り替える基礎、土台は、耐震構造をかねる強固なものにしますので、耐震構造を持ちます。
(1)(実施例1)(実施例2)で半導体PN型の太陽電池のような構造のセルは、電流がなくなっても、セルに水をいれても、再生しない。再生は、光や熱で再生させます。わ かりやすく説明する為(0107)を繰り返し記載します。
半導体は、温度が上がると電気伝導性が増し、電流を流します。平成23年12月の別出 願の「電池」では、色素増感太陽光発電用ではなく、電池の最高効率の発電を追求してい るのですが、マッチの火をセルにあてると、一気に電流が大量にアップします。予想外の 熱による発電を実証しました。本発明は、別の電池の特許出願しましたセルは、10円切 手ほどの面積で、120mAを示し、やがてテスターにつないだままなので、電流は、下 がり続け5mAに下がった所でライターに火であぶると、数秒で10円切手ほどのセルの 小ささなのに、30mAの電流の上昇を確認しました。この電池が本発明の土台になって いますので、本電池も同じ半導体が熱や光、電流、電圧、振動、摩擦で発電しますように 電流が流れます。この多機能な電池の上部基板に色素が混ぜられ、陶芸用ルチル型酸化チ タンにアナターゼ型の酸化チタンが混ぜられるなどの酸化チタンを多少、工夫したのが、 本発明の色素増感太陽光発電のある電池の構造です。(請求項13)
(2)(実施例3)の生化学的な構造のセルは、太陽光の下に置くと、再生するけれど、 その後発電しなくなると、セル内部に水を入れると再生する。太陽光の下におくと、酸化チタンのそれ自身の電子で、少しの光電変換し電流の発生が(0088)に記載のように確認できます。この光触媒の酸化チタンの光電変換作用で光を受け、酸化チタンに色素な い用い方でも電子が外に出ます。この作用を利用して、酸化チタンのコーティングで出さ れた自由電子で壁を汚れないよう清潔に保つよう開発され、すでに市販されています光触媒の商品があります。この構造のセルは、水で微量の発電が再生するだけでなく、水に色素を加えると、色素で発電量のアップがさらに確認できます。酸化チタンがアナターゼ型の場合(混合比率の1例として、ルチル型の陶芸用とアナターゼ型のアエロジェル社のP 25が3:7の場合)やはり、太陽光の下に置きますと、光でセルの内部が化学的反応して、光エネルギーが電気エネルギーに変換されていることや色素増感太陽光発電していることは、人の目(セルの上部が透明ガラスなどなので、セル内部の化学的変化が見える)とテスターの電流の発生で確認できます。
水を補給するのですから、オープンセルです。
浜松ホトニクスの「光電子増倍管」のダイノードにかける電圧は、―陰極と陽極の間に100V前後の電圧を与え、両者間にあるダイノードには電子を加速するため、100V程度ずつの段階的電圧を与えて使用するとあります。そこで、金属を多段にするのも良いと考えました。
わかりやすく説明する為(0107)を繰り返し記載します。
半導体は、温度が上がると電気伝導性が増し、電流を流します。平成23年12月の別出 願の「電池」では、色素増感太陽光発電用ではなく、電池の最高効率の発電を追求してい るのですが、マッチの火をセルにあてると、一気に電流が大量にアップします。予想外の 熱による発電を実証しました。本発明は、別の電池の特許出願しましたセルは、10円切 手ほどの面積で、120mAを示し、やがてテスターにつないだままなので、電流は、下 がり続け5mAに下がった所でライターに火であぶると、数秒で10円切手ほどのセルの 小ささなのに、30mAの電流の上昇を確認しました。この電池が本発明の土台になって いますので、本電池も同じ半導体が熱や光、電流、電圧、振動、摩擦で発電しますように 電流が流れます。この多機能な電池の上部基板に色素が混ぜられ、陶芸用ルチル型酸化チ タンにアナターゼ型の酸化チタンが混ぜられるなどの酸化チタンを多少、工夫したのが、 本発明の色素増感太陽光発電のある電池の構造です。(請求項13)
あるいは、ヨウ素の含有量の多い状態の中で金属(請求項3の微細の網状な金属など)にその濃いヨウ素で電圧をかけ、大量に電子を出させ、一気に大電流にする。
あるいは、モジュール以外で、電流を大きくする装置を取り付けるなど。
そのように色々とセル、太陽電池の開発以外にも電気自動車を太陽光発電の電源で走らせる工夫や方法はあると思います。
それを実施すべく、請求項1から21まで請求いたします。
それが、予想できましたので、請求項1,2,3,4、6では、限定しますこと記載せず、広い概念にし、でも色素増感太陽光発電のある電池ですから、その記載の電池に新規性、進歩性、産業への有効性があり、電池は、既存の電池ではありません。
1個のセルを10センチ角として、縦横に8個並べて、1個のモジュールとします。
1個のモジュールで8個×8列=64個のセルが並びます。10センチの余裕を取ると、縦横90センチ角の1個モジュールになります。
モジュールの大きさは、任意です。1メートル角のモジュールにしても良いです。(請求項18)
市販のポリカーボネイトの平板や波板を(縦1820mm×横655mm)を一つのセルにできます。
大きなこんなセルと小さなセル(5cm各など)をくみあわせたモジュール、アレイも可能です。
小さなセルでは、直列は配線して、電圧をプラスし、100Vや200Vを意図的につくります。本発明の色素増感太陽光発電のある電池は、電池を作るを土台にしているためか、発電しなくなっても、電圧は残るのです。抵抗が出来るのでしょうが。横約6cm×縦 約10cmほどの平板状のセルで、1Vほどの電圧が残っています。この1Vを100個 のセルにして合計で、100Vを作ります。
平板や波板を(縦1820mm×横655mm)では、大きな電流を得ます。
小さなセル(5cm各など)では、直列につないでも、電流がすべてプラスにならないことも予想できます。
大きなセル(縦1820mm×横655mm)では、大電流が得られます。
今まで無かった大きな電流を作る大のセルの部分と100Vなど大きな電圧を作る多数の 小セルの部分を組み合わせた装置です。これを一つのモジュールにします。アレイにします。
電圧と電流の組み合わせを考え、それでも、1家庭の電力が、完全に賄えないのなら、電子倍増管のような装置、セルを作り、モジュール、アレイに組み込むも出来ます。
モジュール内でセルを直列、並列に配線します。又、モジュール同士をそのように配線します。高出力を希望する場合は、光あり、なしの2ウェイで発電するセルの下に、光なくても発電する本発明のセルを多層にします。セルの下にセルがある、いく層にもなる。そんな感じです。1個のセルの厚みは、うすいです。本発明では、光なくとも発電するセルが可能ですので、セルを多層、多段に出来ます。これは、すでに出願しました多機能電池の改良で実現をします。半導体の持つ、熱や光、電流、電圧、振動、摩擦で電流が流れる特性を生かし発電するセルや電池や装置です。(請求項11,13,18)
光の入る上部から説明
透明導電性プラスチック、ガラスなどの素材にヨウ素を取り入れたものをフィルム状、又は、施行場所、使用目的に応じて―実施の形態でこの場合は―板状にし、酸化チタンなど塗布し焼き付ける。
その上に色素を場合によっては絵を描くように塗り付ける。浸すもよい。
次に下部から説明
別に透明導電性プラスチック、ガラスなどの素材にヨウ素を取り入れたものをフィルム状、又は、施行場所、使用目的に応じて―実施の形態でこの場合は―板状にする。
ヨウ化カリウムなどヨウ化化合物を透明導電性プラスチックにねじこんだフィルム状,板 状のものをその上に貼り付ける。
上部と下部とを密封し、かつ、真空(又は、真空近く)にする。
高出力を出したい時は、その真空(又は、真空近く)中に微細の網状の金属を配置し(多層も可能)、又はそれを配線する。
上部をマイナス極、下部をプラス極とし配線することでひとつのセルが出来上がる。
これを直列、並列に多数並べて、必要に応じて、最下部への光の通過ができるようにして、セル、モジュールを2段、3段など多段構造にする。
こうして施工に広い場所をとらず、なおかつ、高出力の電力を得る。
小さい電化製品など利用目的に合わせて、上記の技術を減らしたり、組み合わせたりする。
以上が、優先日の平成23年2月1日の特許明細書に記しました「発明を実施するため の形態」より一部分の抜粋です。
真空、又は、真空近くにする簡単な方法として、セル内で上下基板間の中間部に物質を 何かセル内に詰めることです。それは、塩と二酸化マンガンの2層を作るや、太陽電池の ようにPN型風の3層にするなどの実施になります。
マイナス極とプラス極は、本発明では、任意に変え得るので、図1は、1例です。
(0114)でも、酸化チタンの光触媒作用を利用した市販品を例に挙げまして、太陽光 の下に置かれた場合のその発電原理を記載しております。
―大量生産は、大量生産では、広いフィルムに一気に多数のセルが作り出せ、多彩な色素をプリントでき、目的に応じてヨウ素をとりいれた色々な部品などを大量生産可能である。
プリント基板のように配線も可能である。―
(1991年の国際商工会議所(ICC)のノウハウの保護に関する試案)
―ノウハウとは、工業的目的に役立つ技術を完成し、または実際に応用するのに必要な秘密の技術的知識、経験および集積をいう―
降雪を水に変えるように電熱線を施した装置をモジュールの一部に取りくけ、電熱線の熱で降雪を水に変え、熱線の発する熱で多機能電池を発電させます。水でさらに下部に積もる降雪を屋根の下へ落下させるそんな装置を請求項13では請求しております。図7を参照。装置の具体的設計は、降雪量の多い少ないの雪国の気象条件のより、変り、工夫します。
請求項13のモジュールの構造は、降雪を水にするホットカーペットのような発熱する電 熱線が配置された除雪部があり、その下には、電熱線の発熱、温度で発電する電池部が、 設置されている。電池部は上部の電熱線の発熱で熱せられて発電し、発生した電気は、さ らには、循環型エネルギーのように上部の除雪部にある電熱線の電源になる。除雪部、下 部の電池部―の装置周辺には、色素増感太陽光発電のある電池が配置せれているモジュー ルである。この色素増感太陽光発電のある電池は、冬季には、除雪部の電源にもなる。
多機能電池は、セルが10円切手ほどの大きさで熱では5mAから30mに一気に数秒で短絡電流の上昇が可能なので、多機能電池は、熱では、おどろくほど再生しますので、実用化は、早いです。上記の電池部は、半導体熱電変換発電と言われている発電方法です。 本発明者は、従来なかった半導体熱電変換発電の電池の構造を発明しました。熱と電流の関係は、正比例ではなく、ある温度に達しましたら、それ以上の熱をあたえるより、熱を抑えるほうがよく発電します。本発明者の多機能電池は、熱では再生可能が実証されています。本発明の色素増感太陽光発電のある電池と組み合わせて実用化します。それは電熱 線の発する熱で、平成23年12月の特許申請の「電池」を再生させ、再生した電気で、電熱線を働かせる。循環型のエネルギーの除雪装置が可能です。図7の(1)の除雪装置 部分です。図7の(1)のソーラーパネルは、本発明の色素増感太陽光発電のある電池部 分です。
ヨウ素をビンにいれエタノールで溶かし蓋をしておくと、ヨウ素やエタノールは気化して、黒々の含有量の多いヨウ素が出現します。気化して最終は固体のヨウ素になるでしょう。でんぷん性接着剤などや他の接着剤を添加すれば、固体、半固体、ゲル状にもできます。固体の形状は、作りたい型状のビンに入れれば、その形状はビンの形状どおりになるので思いのままに出来ます。
完全に固体化する前に融通に聞く状態の時に目的に応じて使用します。ヨウ素の含有量に差をつけた調整されたヨウ素で、添加物をその中に添加できます。電流をよく導通させる黒鉛などを添加し、ヨウ素に添加物の別の機能を持たせます。そのような作用も持たせて、ヨウ素の使用する量の大小2種類以上の違いを故意に作り出し、このヨウ素の差により、電流の流れを効率化させた部材。部品Aは添加物で色々の用いられるが、(0011) に記載していますとおり、2粒で電流0.25mA,電圧0.5Vがあり、ヨウ素の小粒 の数を多くするほど、電流は多く流れる。電圧もそれにつれ、上がっていきます。(00 67)(0075)に記載の部品Aでは、ヨウ素が3g使用されていますが、5gにして も良いのです。部品Aの内容物は色々実施でき、総称で部品Aと名づけられ、本発明で実 施されています。
崩れかけた古い土蔵の土壁をセメントで安価に補修し、その上に漆喰の白と黒の伝統的デザインにしたソーラーパネルを、補修した土壁に貼り付ける。
図4の(ロ)のように―
古民家でソーラーパネル上に色素を使って満開の桜を描き、それを屋根に配置して、かつ、電気自動車用の200Vなど使用に合わせた配線、配線器具を壁に取り付ける。
(2)透明導電性プラスチック プラス極
(3)酸化チタン
(4)色素
(5)微細の網状の金属
(6)ヨウ化カリウムを透明導電性プラスチックにとり入れている。
(7)透明で強化されたプラスチック
(8)真空又は真空に近い状態
図2の(1)(2)(3)は、多層、多段のセル又は電池又はモジュール
図3の(イ)(ロ)(ハ)の(1)透明導電性素材 (2)ヨウ素
図4の(イ)の(1)古い土蔵に貼り付けたソーラーパネル
(ロ)の(1)2階の片側の屋根に設置のソーラーパネル。
(ロ)の(2)電気自動車用(200V)の配線とコンセント。
図5の(1)透明ガラス(上部)
(2)アルミ板(下部)
(3)蛍光塗料。
(4)(3)の上にヨウ化化合物とり入れている。
(5)網状の金属(ステンレス製)(大)
(6)網状の金属(ステンレス製)(小)
(7)ヨウ素をヨードチンキで溶かし「でんぷん性接着剤」など交え、粘着性あり。
(8)ショート防止の粘着テープ
(9)ショート防止の粘着テープ
図6の(1)下部基板
(2)ステンレス網状
(3)上部基板
図7の(1)除雪装置。
(2)ソーラーパネル
図8の(1)導電性ガラス
(2)酸化チタンの層
(3)塩の層
(4)酸化亜鉛の層
(5)金属(アルミ板)
(6)金網
(7)プラスチックシート
図9の(1)酸化チタンの層
(5)金属(アルミ板)
(6)金網
(8)電球
液状では、セルの液漏れがあり、耐久性から電解液のゲル化や固体化に研究がすすめられているが、実用化にまで現在いたっていない。
電解質として用いられているヨウ素系電解質の元になるヨウ素が、昇華しやすく、金属などの素材を腐食させる作用を持ち、ヨウ素系電解質がセルの外に出易く、喪失し易い為である。
シリコン系の太陽電池は、真空工程を要し、それに比較して、色素増感太陽光発電の太陽電池は、その真空工程を必要とせず、セルの制作が出来るので、安価な太陽電池が将来、実用化できると、期待されているが、色素増感太陽光発電の太陽電池でも、実は、色素の耐久性を増すためにも、真空のようなセルを作ることは、従来から存在した。電解液などの液体を容器に注入するために、真空注入法は、従来からある公知の技術です。
セルをナイロン製袋に挿入し、空気を抜くなどの手間を要しています。そうなりますと、色素増感太陽光発電は、手軽に実施できるものではありません。又、この特許申請は、光のみで発電する従来の太陽電池です。本発明は、光なくとも発電する電池でもある所が異なります。
夜間にも発電できるよう二次電池もかねる色素増感太陽光発電の太陽電池は、他の公報でも実施例で見ることできますが、まだまだ実用化できるほどの発電力を夜間は発揮しておりません。色素増感太陽光発電とは、別の技術である希土類鉄酸化物を用いて半導体のPN接合による太陽光発電も研究発表されていますが、熱でも発電する可能性があるらしいのですが、まだ実用化にはいたっていません。
はやり、製造に手間がかかり、原材料が手に入りにくく、価格の高いシリコン系太陽電池が、確立された技術で太陽電池の主流として現在の社会で、広く実施されています。
「注釈ですが、限定しない形状、色々な形状のものにしてとも言えるこの表現は、施行場所、使用目的に応じた形状にすることである。国内優先日の2011年2月1日出願の明細書《0009》の段落で、少し書き加えていますがこう記載しております。
《0009》
光の入る上部から説明
透明導電性プラスチック、ガラスなどの素材にヨウ素をとりいれたものをフィルム状、又は、施行場所、使用目的に応じて―実施の形態でこの場合は―板状にし、酸化チタンなど塗布し焼き付ける。」
ネット上から、見つけた発表ですが、こんな文章があります。
「現時点で、エネルギーの変換効率の最高値は約10.4%(約10.4%は他が発表した値でそれを引用している)で、これらの研究グループで、平型電池は、封止に必要な面積が大きいことに着目し、セル構造を円筒型にしたら、電解液の封止性が向上し、耐久性が高くなることを見出した。」
とあり、この円筒型の封止面積が少ないセル構造とは、発明者から見ると、JIS(日本工業規格)における真空の定義
「大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態」です。
本発明者の真空の定義2缶詰めと同じ真空構造と言える。請求項1,3項に記載の「真空、又は、真空近く」の状態です。
前者は、ガラスに従来必要不可欠だった導電膜を不要にできると、新規性や画期的と唱っておられます。前者のセルの構造は、円筒型の中心部に対極(チタン/白金)次に外側、外周に向かって電解液層、集電電極、作用極(チタニア/色素)で円筒型の外周がガラス管です。その外周のガラス管に導電膜を不要にしたと唱っておられるのです。
本発明でも、セル内に請求項3に記載している微細の網状の金属に配線できるので、それで電気を取り出せば、上部基板のガラスに導電膜不要に出来ます。図8の(ハ)7のプラスチックシートは、導電膜がなく、普通の市販品のプラスチックシートです。国内優先日の平成23年2月1日の特許書類に明記しております請求項1から3までの実施でそれは出来ます。(0022)記載の(B)のセルがその導電膜なしの普通のプラスチックシート(市販品)を上部基板にし、色素増感太陽光発電させています。
繰り返しますが、請求項3のセル内に配置、配線される微細の網状の金属(図8の6)に集電作用があり、それが、導電膜の役目を兼ね、そのようにしようと思えば、光を受ける上部基板のガラスの導電性膜は不要に出来ます。図8の(ハ)7。(請求項3,9)
ある積層セラミックスコンデンサーは、電気を溜める池のような役目ですが、パソコンや携帯電話など内部の電子機器の動作用電源になっていて、砂糖の粒よりも小さく、小型化、大容量化を実現しているのは、積層セラミックスコンデンサーの重要部分の誘電体材料に、以前は、酸化チタンを使っていたのを、現在は、チタン酸バリウムに変えているからと当会社のホームページに公開されています。酸化チタンは、積層セラミックスコンデンサーになりえるほど、電源や電気を溜める池にもなりえる優れた素材のものだからです。
酸化亜鉛も優れた材料です。昔から色素増感太陽光発電で酸化チタンのように実施されていたもので、色素増感太陽光発電には、酸化チタンではなく、酸化亜鉛を実施しているとネットで公開されています。本発明で実施したことですが、酸化亜鉛に色素を入れ、色素増感太陽光発電でアップしたセルの電流は、下記の表どうりで、そのセルを室内に入れ、光から離してもゆっくりの速度でしか下がらないので、一晩を越え翌日の朝7時には、又、色素増感太陽光発電できる頃まで、テスターで測定し続けても電流が流れ続けたのです。
又、使った後に電流を外部から流し込んで(充電)電極の作用を復活させる。繰り返し再生可能です。
1例として、前記の電極に電極になる半導体とヨウ素、ヨウ化化合物(ヨードチンキを用いると、ヨウ素とヨウ化化合物が同時に共に入る)とでんぷん性接着剤を混ぜて極とすることです。電極の材料の金属などに、ヨウ素を直接塗布するなども可能です。請求項1、2。
請求項1に記載の電解液を使用しないことで、色素、着色剤、光触媒、電極に使用されるものは、天然又は人工色素、従来の酸化チタン及び酸化チタン以外、白金及び白金以外の安価な素材が利用可能で、電極も、透明導電性素材やプラスチック、ガラス、金属の素材にヨウ素をとりこみ、それをフィルム、線状、板、シート、膜、棒、筒、ボール状と施行場所、使用目的に応じた形状のものにして、ヨウ素を使用する部位や量の違いにより、電極にした色素増感太陽光発電のある電池にする。
(1例として、セルは、平板状で横約5センチ×縦約6センチ 厚み約4ミリ)
ヨウ素の電子を引っ張る作用を利用してヨウ素やヨウ化化合物を導電性素材や金属の素材や他の所でとりこみ、それをフィルム、線状、板、シート、膜、棒、筒、ボールの形状に(素材、形状の上部、中、下部のどこに使用するか、又電解液や電極などの目的の使用箇所に応じてヨウ素(和光純薬製)の含有量、使用量が大量、少量など調整して)又、色々な所で使用し自由電子などを意図的に目的の方向へ流すことで高出力を得る。本発明、本特許申請は、それを解明した。図3。
Claims (21)
- 色素増感太陽光発電のある電池のセルの内部に、液状のヨウ化電解液を用
いず、真空、又は、真空近くにすることを特徴とし、液状のヨウ化電解液に変わって、透明導電性素材やプラスチック、ガラス、金属の素材にヨウ化化合物をとりこみ、それをフィルム、線状、板、シート、膜、棒、筒、ボール状と限定しない形状のものにして、色素の電子放出後の酸化還元作用をもたせた色素増感太陽光発電のある電池。
- 液状の電解液を使用しないことで、色素、着色剤、光触媒、電極に使用されるものは、天然又は人工色素、従来の酸化チタン及び酸化チタン以外、白金及び白金以外の安価な素材が利用可能で、電極も、透明導電性素材やプラスチック、ガラス、金属の素材にヨウ素をとりこみ、それをフィルム、線状、板、シート、膜、棒、筒、ボール状と限定しない形状のものにして、ヨウ素を使用する部位や量の違いにより、意図的にプラス極、マイナス極と電極にすることを特徴とする色素増感太陽光発電のある電池。
- セルを真空、又は、真空近くにすることを特徴とし、そのセル中に微細の金属を網状に配置、多層も可能で、又はそれを配線することで電力の高出力を可能にした色素増感太陽光発電、又はそれ以外の太陽光発電のある電池。
- セル、モジュールを多段にして、最下部まで、光が通過できるようにし、
上中下の色の組み合わせで立体的デザインをもたせることを特徴とす
る、高出力で、設置場所を広くとらない色素増感太陽光発電のある電池。 - 請求項1から4項のいずれかに記載の電池内に、液状の電解液を用いないために、電解液にでんぷん系接着剤を添加している電池。
- 請求項1から5項のいずれかに記載のセル内で、半導体に添加物を加えることで、半導体のPN型接合のような正孔が出来易いP型部と自由電子が出来易いN型部とP型部の両方を接合する部を備える電池構造を安易に作り出すこと特徴とする色素増感太陽光発電のある電池
- 請求項1から5項のいずれかに記載のセル内で、上下基板の間で、光を受ける上部基板に色素を含む酸化チタンの層、下部基板に酸化亜鉛の層、両方を接合する塩の層の3層構造であることを特徴とする色素増感太陽光発電のある電池。
- 請求項1から5項のいずれかに記載のセル内で、上下基板の間で、光を受ける上部基板に色素を含む酸化亜鉛の層、下部基板に酸化チタンの層、両方を接合する塩の層の3層構造であることを特徴とする色素増感太陽光発電のある電池。
- 請求項1から8項のいずれかに記載のセル内で金属の網状のものを3層の中に配置、又は、配線し、用い方の一つとして、その金属の網状のもので、従来、色素増感太陽光発電で必要とされたガラス、プラスチックに施す導電膜を不要にもしている色素増感太陽光発電のある電池。
- 請求項1から9項のいずれかに記載のセル内に、ホウ酸又は、ホウ素、黒鉛、炭、炭素、カーボンのいずれか一つ以上を添加している色素増感太陽光発電のある電池。
- 請求項1から10項のいずれかに記載のセル内で、光以外の熱、摩擦、電流、電圧、振動による発電も可能の色素増感太陽光発電のある電池。
- 請求項1から11項のいずれかに記載のセルの外周を、接着剤ではなく、プラスチックの熱の溶着により外周に完全な封止を実現していることを特徴とする色素増感太陽光発電のある電池。
- 請求項1から12項のいずれかに記載のセルを用いて、除雪装置の電源となり、循環型エネルギーの除雪装置も備える色素増感太陽光発電のある電池のモジュール。
- 請求項1から13項のいずれかに記載の電池内に、液状の電解液を用いない為、電解液にでんぷん系接着剤を添加しているセルをビタミンC,又は、ビタミンCを含むものを用いて、透明にしている電池。
- 請求項1から14項のいずれかに記載の電池内に、塩を添加している電池。
- 請求項1から15項のいずれかに記載の電池内に、蛍光塗料を使用している電池。
- 請求項1から16項のいずれかに記載の太陽光発電と光なくとも発電する両用の電池。
- 請求項1から17項のいずれかに記載の電池を備えることを特徴とするモジュール。
- 請求項1から18項のいずれかに記載の電池内に、電流の流れの効率化のためにヨウ素の含有量が調整され、添加物の添加により、多機能も付加された部材。
- 請求項1から19項のいずれかに記載の電池内で、ヨウ素がコーティングされヨウ素自身の発熱があり、セル内で配置されることで、熱による発電を促進させる部材。
- 請求項1から20項のいずれかに記載の電池内で、ヨウ化化合物をコーティングし、ヨウ素の酸化還元作用を保持する部材。
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