JP2014146773A - 光起電能を有するキャパシタ - Google Patents
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Abstract
【課題】電源不要の高感度センサを得る。
【解決手段】透明導電膜が形成された２枚のガラス基板を各々の透明導電膜を向かい合わせて配置し、ガラス基板の一方に２酸化チタン起電体を配置し、ガラス基板の他方に２酸化ケイ素起電体を配置し、２枚のガラス基板の間に電解質が充填してキャパシタを構成する。
このキャパシタは電源を要することなく、高感度なセンサとして使用できる。
【選択図】 図１
【解決手段】透明導電膜が形成された２枚のガラス基板を各々の透明導電膜を向かい合わせて配置し、ガラス基板の一方に２酸化チタン起電体を配置し、ガラス基板の他方に２酸化ケイ素起電体を配置し、２枚のガラス基板の間に電解質が充填してキャパシタを構成する。
このキャパシタは電源を要することなく、高感度なセンサとして使用できる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、キャパシタに関するものである。
様々な用途でキャパシタが使用されているが起電する機能を備えたキャパシタはない。
また、センサを使用するためには電源が必要だが、充電していなくてもいつでも使用可能な電源はない。
シリコン等の半導体を用いた半導体ソーラーセルは変換効率が高い反面、高純度の材料を使用するため高価であるため、比較的安価なソーラーセルとして２酸化チタン（ＴｉＯ２）あるいは酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いるソーラーセルがある。
本発明者等は、２酸化ケイ素である人工水晶又は溶融石英が、光起電能を有することを発見し、２酸化ケイ素ソーラーセルを国際公開ＷＯ２０１１／０４９１５６号で提案し、さらに２酸化チタンソーラーセル要素と２酸化ケイ素ソーラーセル要素を直列に配置したタンデム型ソーラーセルを国際公開ＷＯ２０１２／１２４６５５号公報で提案した。
２酸化ケイ素ソーラーセルは材料が安価であり、２酸化チタンソーラーセルが起電に利用できない可視光及び赤外光でも起電する。
２酸化ケイ素ソーラーセルは材料が安価であり、２酸化チタンソーラーセルが起電に利用できない可視光及び赤外光でも起電する。
本発明者等は様々な実験を行う中でタンデム型ソーラーセルが起電した電荷を蓄積するキャパシタとして機能することを発見した。
負荷が接続されていない状態で起電された電荷はキャパシタとして機能するタンデム型ソーラーセルに蓄積され、負荷が接続されると瞬時に放電し、瞬時放電電流は定常起電時の４倍にも達する。
この特性を利用してセンサを構成することができる。
負荷が接続されていない状態で起電された電荷はキャパシタとして機能するタンデム型ソーラーセルに蓄積され、負荷が接続されると瞬時に放電し、瞬時放電電流は定常起電時の４倍にも達する。
この特性を利用してセンサを構成することができる。
この出願においては、タンデム型ソーラーセルを応用したキャパシタ及びタンデム型ソーラーセルを応用したキャパシタを利用したセンサを提供する。
具体的には、透明導電膜が形成された２枚のガラス基板が各々の透明導電膜を向かい合わせて配置され、前記ガラス基板の一方に２酸化チタン起電体が配置され、前記ガラス基板の他方に２酸化ケイ素起電体が配置され、２枚のガラス基板の間に電解質が充填された、光起電能を有するキャパシタを提供する。
具体的には、透明導電膜が形成された２枚のガラス基板が各々の透明導電膜を向かい合わせて配置され、前記ガラス基板の一方に２酸化チタン起電体が配置され、前記ガラス基板の他方に２酸化ケイ素起電体が配置され、２枚のガラス基板の間に電解質が充填された、光起電能を有するキャパシタを提供する。
この出願のタンデム型ソーラーセルを応用したキャパシタ及びタンデム型ソーラーセルを応用したキャパシタを利用したセンサはソーラーセル機能により赤外光〜紫外光で起電し、起電した電荷をキャパシタに蓄積し、蓄積した電荷を大きな放電電流として放出する。
このことにより、起電可能な光があればどのような場所でも電源無しに動作するセンサが構成される。
このことにより、起電可能な光があればどのような場所でも電源無しに動作するセンサが構成される。
以下、図面を参照してこの出願に係る発明の実施例を説明する。
図１に示したのは、本発明実施例である２酸化チタン起電体と２酸化ケイ素起電体を組み合わせて構成した光起電能を有するキャパシタの基本構成である。
この実施例において、１及び３は各々ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）層２及びＦＴＯ層４を有するガラス基板であり、ＦＴＯ層２及び４はキャパシタ電極として機能する。なお、基板１及び２はＰＥＴ樹脂あるいはＰＥＮ樹脂を使用することもできる。
５は２酸化チタン起電体、６は２酸化ケイ素起電体、７は白金膜である。
図１に示したのは、本発明実施例である２酸化チタン起電体と２酸化ケイ素起電体を組み合わせて構成した光起電能を有するキャパシタの基本構成である。
この実施例において、１及び３は各々ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）層２及びＦＴＯ層４を有するガラス基板であり、ＦＴＯ層２及び４はキャパシタ電極として機能する。なお、基板１及び２はＰＥＴ樹脂あるいはＰＥＮ樹脂を使用することもできる。
５は２酸化チタン起電体、６は２酸化ケイ素起電体、７は白金膜である。
８は電解質であり、無色の電解質、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド０．４mol，テトラブチルアンモニウムアイオダイド０．４mol，4-tert-butyl pyridine：０．２mol，グアニジウムイソチオシアネート０．１molをプロピレンカーボネート液を溶媒として調製したもの等が利用可能である。
２酸化チタン起電体５は紫外光を照射されると起電し、２酸化ケイ素起電体６は紫外光から可視光、さらには赤外光の照射によって起電する。
ＦＴＯ膜２及び４はキャパシタの対向電極として機能する。
２酸化チタン起電体５及び２酸化ケイ素起電体６は赤外光〜紫外光を照射されると起電し、負荷が接続されていないと起電された電荷はキャパシタの対向電極として機能するＦＴＯ膜２と４の間に蓄積・充電される。このような状態で負荷が接続されると、蓄積された電荷が負荷を通して放電する。
２酸化チタン起電体５及び２酸化ケイ素起電体６は赤外光〜紫外光を照射されると起電し、負荷が接続されていないと起電された電荷はキャパシタの対向電極として機能するＦＴＯ膜２と４の間に蓄積・充電される。このような状態で負荷が接続されると、蓄積された電荷が負荷を通して放電する。
以下、充放電の状況を実験結果のグラフで説明する。
実験に使用したキャパシタの面積は２cm×３cmであり、照射光源として蛍光ランプを使用し、そのときの照度は６００luxである。
実験に使用したキャパシタの面積は２cm×３cmであり、照射光源として蛍光ランプを使用し、そのときの照度は６００luxである。
図２に示したのは長時間負荷を接続した後、負荷の接続断及び接続を１０秒ごとに繰り返したときの出力電流の変化であり、図３に示したのはそのときの出力電圧の変化である。
図２において、負荷を接続したときの定常電流値は２８．６μＡであった。
１０秒後に負荷を接続断とすると、出力電流は０となる。
その１０秒後に負荷を接続すると最大瞬間値で１１５．３μＡと約４倍の放電電流が流れ、その後電流は定常電流値２８．６μＡに向かって減衰する。
その１０秒後に負荷を接続すると最大瞬間値で１１５．３μＡと約４倍の放電電流が流れ、その後電流は定常電流値２８．６μＡに向かって減衰する。
１０秒後に再び負荷を接続断とすると、出力電流は０となり、その１０秒後に負荷を接続すると大きな放電電流が流れ、その後電流は定常電流値に向かって減衰する。
以後、この変化を繰り返す。
以後、この変化を繰り返す。
図３に充放電出力電流波形の細部を示す。この波形から見て、実施例のキャパシタは積分回路であると推定される。
出力電圧は、図４に示したとおり負荷を接続断としたときに０．２５０８Ｖ、負荷を接続したときに０．２９４９２Ｖと約１０倍であり、負荷接続中及び負荷切断中の電圧変化はない。
図３から見て取れるように、負荷が接続されたときに大きな出力電流が流れる。
この出力電流を検出することにより、負荷の接続を確実に検出することができる。
この出力電流を検出することにより、負荷の接続を確実に検出することができる。
また、その場合の電荷は通常の環境に普遍的に存在する赤外光を含む光の照射によって得られるから、負荷の接続を検出するために別途電池等を準備する必要がない。
負荷の接続断時間を２０秒とした場合の出力電流変化を図５に示す。
図５において、負荷を接続したときの定常電流値は２８．６μＡであった。
図５において、負荷を接続したときの定常電流値は２８．６μＡであった。
１０秒後に負荷を接続断とすると、出力電流は０となる。
その１０秒後に負荷を接続すると最大瞬間値で８６．７μＡと約３倍の放電電流が流れ、その後電流は定常電流値２８．６μＡに向かって減衰する。
その１０秒後に負荷を接続すると最大瞬間値で８６．７μＡと約３倍の放電電流が流れ、その後電流は定常電流値２８．６μＡに向かって減衰する。
１０秒後に再び負荷を接続断とすると、出力電流は０となり、その１０秒後に負荷を接続すると大きな放電電流が流れ、その後電流は定常電流値に向かって減衰する。
以後、この変化を繰り返す。
以後、この変化を繰り返す。
負荷の切断と接続断時間を各々１秒とした場合の出力電流変化を図６に示す。
この場合最大出力電流は４１５．５μＡと定常電流値の１４．５倍にも達した。
この場合最大出力電流は４１５．５μＡと定常電流値の１４．５倍にも達した。
最後に、この出願の発明として適用可能なソーラーセルを例示する。
図７（ａ）に示したのは２酸化チタン起電体５のみを有するキャパシタである。
図７（ａ）に示したのは２酸化チタン起電体５のみを有するキャパシタである。
図７（ｂ）示したのは２酸化チタン起電体５に代えて色素増感２酸化チタンを用いたキャパシタである。
図７（ｃ）示したのは２酸化チタンケイ素起電体６のみを有するキャパシタである。
なお、実施例として示していないが、図１の２酸化チタン起電体５に代えて色素増感２酸化チタンを用いたキャパシタとすることも可能である。
本発明による光起電能を有するキャパシタは電源不要の高感度センサとして極めて有用である。
１，３ ガラス基板
２，４ 透明導電膜
５ ２酸化チタン起電体
６ ２酸化ケイ素起電体
７ 白金膜
８ 電解質
９ 色素増感２酸化チタン起電体
２，４ 透明導電膜
５ ２酸化チタン起電体
６ ２酸化ケイ素起電体
７ 白金膜
８ 電解質
９ 色素増感２酸化チタン起電体
Claims (1)
- 透明導電膜が形成された２枚のガラス基板が各々の透明導電膜を向かい合わせて配置され、
前記ガラス基板の一方に２酸化チタン起電体が配置され、
前記ガラス基板の他方に２酸化ケイ素起電体が配置され、
前記２枚のガラス基板の間に電解質が充填されたことを特徴とする、光起電能を有するキャパシタ。
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