JP2716083B2 - Ｐｚｔ系光起電力素子 - Google Patents
Ｐｚｔ系光起電力素子Info
- Publication number
- JP2716083B2 JP2716083B2 JP7273429A JP27342995A JP2716083B2 JP 2716083 B2 JP2716083 B2 JP 2716083B2 JP 7273429 A JP7273429 A JP 7273429A JP 27342995 A JP27342995 A JP 27342995A JP 2716083 B2 JP2716083 B2 JP 2716083B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photovoltaic
- pzt
- sample
- voltage
- photovoltaic element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光強度センサー、高
電圧発生器、光アクチュエータなどとして好適な、ＰＺ
Ｔ系光起電力素子に関するものである。
電圧発生器、光アクチュエータなどとして好適な、ＰＺ
Ｔ系光起電力素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】焦電体などの中心対称性をもたない結晶
に光を照射すると、分極軸の方向に沿って定常的な電流
が観測され、開放状態では高電圧の発生することが知ら
れている。この現象では、ほかの光起電力効果、例えば
Ｐ−Ｎ接合によるシリコンの太陽電池においてはせいぜ
い数ボルトの起電圧しか得られないのに比較し、メガボ
ルトのオーダーにまで達する高い電圧値が報告されてい
る。このため、この光起電力効果は、異常光起電力効果
と呼ばれ、ほかの光起電力効果とは区別されている。
に光を照射すると、分極軸の方向に沿って定常的な電流
が観測され、開放状態では高電圧の発生することが知ら
れている。この現象では、ほかの光起電力効果、例えば
Ｐ−Ｎ接合によるシリコンの太陽電池においてはせいぜ
い数ボルトの起電圧しか得られないのに比較し、メガボ
ルトのオーダーにまで達する高い電圧値が報告されてい
る。このため、この光起電力効果は、異常光起電力効果
と呼ばれ、ほかの光起電力効果とは区別されている。
【０００３】この異常光起電力効果によって得られる起
電力は、光強度センサー、高電圧発生器などへの応用が
提案されている。この性質のほかにも、焦電体は電圧が
加わるとひずみを生じる圧電性を有しているので、光照
射で発生する起電圧によってその焦電体は自体にひずみ
を生じることもよく知られている。この現象は、光ひず
み効果として知られており、光アクチュエータや光スイ
ッチに応用することができる。
電力は、光強度センサー、高電圧発生器などへの応用が
提案されている。この性質のほかにも、焦電体は電圧が
加わるとひずみを生じる圧電性を有しているので、光照
射で発生する起電圧によってその焦電体は自体にひずみ
を生じることもよく知られている。この現象は、光ひず
み効果として知られており、光アクチュエータや光スイ
ッチに応用することができる。
【０００４】しかしながら、いずれの応用についても、
実用化には至っておらず、光起電力素子としての性能向
上が望まれている。光アクチュエータにおいては、応答
速度の向上が実用化への最重要課題と位置付けられてい
る。これまでの研究報告によれば、応答速度は光起電流
の大きさに依存することが知られている。
実用化には至っておらず、光起電力素子としての性能向
上が望まれている。光アクチュエータにおいては、応答
速度の向上が実用化への最重要課題と位置付けられてい
る。これまでの研究報告によれば、応答速度は光起電流
の大きさに依存することが知られている。
【０００５】異常光起電力効果を示すセラミックス材料
としては、これまでジルコン酸チタン酸鉛を主成分とし
たＰＺＴ系セラミックスがおもに検討されている。ま
た、ＰＺＴにＬａを数モル％程度添加したものはとくに
ＰＬＺＴと呼ばれ、光ひずみ効果に優れた材料として知
られている。
としては、これまでジルコン酸チタン酸鉛を主成分とし
たＰＺＴ系セラミックスがおもに検討されている。ま
た、ＰＺＴにＬａを数モル％程度添加したものはとくに
ＰＬＺＴと呼ばれ、光ひずみ効果に優れた材料として知
られている。
【０００６】これらの材料は一般式、ＡＢＯ3で表わさ
れるペロブスカイト型結晶構造をとる。このうち、Ａ位
置はイオン半径の比較的大きなＰｂやＬａなどのイオン
が占める。また、Ｂ位置はイオン半径の比較的小さなＺ
ｒやＴｉなどのイオンが占める。なお、Ｏ位置には酸素
イオンが入る。
れるペロブスカイト型結晶構造をとる。このうち、Ａ位
置はイオン半径の比較的大きなＰｂやＬａなどのイオン
が占める。また、Ｂ位置はイオン半径の比較的小さなＺ
ｒやＴｉなどのイオンが占める。なお、Ｏ位置には酸素
イオンが入る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ＰＺＴ系セラミックス
の光起電力効果の向上には、これまで種々の不純物元素
の添加および添加方法、窒素雰囲気中での熱処理などが
検討され、それぞれ有効性が認められている。しかしな
がら、いずれの方法によっても光起電力効果の特性向上
には限界がある。
の光起電力効果の向上には、これまで種々の不純物元素
の添加および添加方法、窒素雰囲気中での熱処理などが
検討され、それぞれ有効性が認められている。しかしな
がら、いずれの方法によっても光起電力効果の特性向上
には限界がある。
【０００８】したがって、このほかにも光起電力効果の
特性向上に効果的な新規の材料製造方法を探求する必要
がある。さらにこれら種々の製造方法を組み合わせるこ
とによって、材料特性を相乗的に引き上げることが実用
上極めて重要な課題となっている。
特性向上に効果的な新規の材料製造方法を探求する必要
がある。さらにこれら種々の製造方法を組み合わせるこ
とによって、材料特性を相乗的に引き上げることが実用
上極めて重要な課題となっている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＰＺＴ系
セラミックスを製造する際、異常光起電力効果を向上さ
せるために、ペロブスカイト型結晶構造ＡＢＯ3におい
て、Ａ／Ｂのモル比の影響に着目し、種々研究を重ねた
結果、Ｐｂ1-x（Ｚｒ0.5Ｔｉ0.5）Ｏ3-xの組成を有する
ＰＺＴ系セラミックスにおけるＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）の
モル比を所定の範囲内に選ぶことにより光起電流および
光起電圧が著しく増加することを見出した。
セラミックスを製造する際、異常光起電力効果を向上さ
せるために、ペロブスカイト型結晶構造ＡＢＯ3におい
て、Ａ／Ｂのモル比の影響に着目し、種々研究を重ねた
結果、Ｐｂ1-x（Ｚｒ0.5Ｔｉ0.5）Ｏ3-xの組成を有する
ＰＺＴ系セラミックスにおけるＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）の
モル比を所定の範囲内に選ぶことにより光起電流および
光起電圧が著しく増加することを見出した。
【００１０】すなわち、本発明は、一般式 Ｐｂ1-x（Ｚｒ0.5Ｔｉ0.5）Ｏ3-x （Ｉ） （ただし、ｘは０．０１〜０．０５である）で表わされ
る組成を有するＰＺＴ系セラミックスから成る光起電力
素子を提供するものである。
る組成を有するＰＺＴ系セラミックスから成る光起電力
素子を提供するものである。
【００１１】上記の一般式（Ｉ）においてｘが０．０１
よりも小さい場合、すなわちＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）のモ
ル比が０．９９よりも大きい場合には、光起電流および
光起電圧は急速に低下する。
よりも小さい場合、すなわちＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）のモ
ル比が０．９９よりも大きい場合には、光起電流および
光起電圧は急速に低下する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の光起電力素子の材料とな
るＰＺＴは、ＰｂＯ、ＺｒＯ2及びＴｉＯ2あるいは、焼
成時にこれらの金属酸化物に変換しうる化合物例えば炭
酸塩、炭酸水素塩を粉末で、上記一般式（Ｉ）に相当す
るモル比で混合し、仮成形したのち、８００℃付近で仮
焼し、次いで１２００℃付近で焼結することにより製造
することができる。
るＰＺＴは、ＰｂＯ、ＺｒＯ2及びＴｉＯ2あるいは、焼
成時にこれらの金属酸化物に変換しうる化合物例えば炭
酸塩、炭酸水素塩を粉末で、上記一般式（Ｉ）に相当す
るモル比で混合し、仮成形したのち、８００℃付近で仮
焼し、次いで１２００℃付近で焼結することにより製造
することができる。
【００１３】このようにして得た焼結体を角柱状に切り
出し、その一方の面を鏡面研磨し、この研磨面の両側面
に金、銀、白金などの電極を設けることにより試料を作
成し、これについて分極を行う。
出し、その一方の面を鏡面研磨し、この研磨面の両側面
に金、銀、白金などの電極を設けることにより試料を作
成し、これについて分極を行う。
【００１４】この分極処理は、試料を２４〜１５０℃の
シリコーンオイル中に浸せきし、０．５〜３．５ｋＶ／
ｍｍの直流電界を印加して行われる。このうち、１．５
ｋＶ／ｍｍ、１５０℃、３４ｍｉｎ程度の分極処理が適
当であるが、これに限られるものではない。印加電圧が
高いほどよく分極されるが、あまり高いと試料が割れた
りする。また、試料の加熱温度も高くなるほど分極され
やすくなるが、試料の電気抵抗が低下し、高電圧が印加
できなくなる。
シリコーンオイル中に浸せきし、０．５〜３．５ｋＶ／
ｍｍの直流電界を印加して行われる。このうち、１．５
ｋＶ／ｍｍ、１５０℃、３４ｍｉｎ程度の分極処理が適
当であるが、これに限られるものではない。印加電圧が
高いほどよく分極されるが、あまり高いと試料が割れた
りする。また、試料の加熱温度も高くなるほど分極され
やすくなるが、試料の電気抵抗が低下し、高電圧が印加
できなくなる。
【００１５】光源には５００Ｗ超高圧水銀ランプを使用
し、これから発生した光をガラスフィルターでろ波し、
３６５ｎｍ付近に最大強度をもつ３００〜４００ｎｍの
波長の光を取出した。これを平行光線として上記試料の
鏡面部分に垂直に照射し、光起電流又は起電圧を測定す
る。なお、試料照射面における光強度の大きさは４０ｍ
Ｗ／ｃｍ2に調整した。この光起電流の大きさは、光強
度に比例して大きくなることが知られている。そして、
光強度の大きさは、ある程度任意に調整可能である。
し、これから発生した光をガラスフィルターでろ波し、
３６５ｎｍ付近に最大強度をもつ３００〜４００ｎｍの
波長の光を取出した。これを平行光線として上記試料の
鏡面部分に垂直に照射し、光起電流又は起電圧を測定す
る。なお、試料照射面における光強度の大きさは４０ｍ
Ｗ／ｃｍ2に調整した。この光起電流の大きさは、光強
度に比例して大きくなることが知られている。そして、
光強度の大きさは、ある程度任意に調整可能である。
【００１６】
【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。
する。
【００１７】実施例 ＰｂＯ、ＺｒＯ及びＴｉＯ2の粉末を、式Ｐｂ1-x（Ｚｒ
0.5Ｔｉ0.5）Ｏ3-xにおけるｘを０．０５から−０．１
まで変化させた組成に対応する量で、ボールミル混合
し、それぞれ、仮成形したのち、８００℃で１０時間仮
焼した。次いでこの仮焼物をボールミル粉砕後、直径１
９ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状に静水圧成形し、マグネシ
アのさやの中に装入し、１２００℃で２時間焼結した。
焼結体の一方の面を光照射面として鏡面研摩したのち、
角柱状（３×３×８ｍｍ）に切り出し、金をスパッター
コーティングして電極を形成し、試料を調製した。シリ
コーンオイル中、温度１５０℃において直流電界１．５
ｋＶ／ｍｍを３４分間印加して分極させ、３６５ｎｍ付
近に最大強度をもつ３００〜４００ｎｍの紫外線を平行
に試料の研摩面に照射した。このとき生じた短絡電流と
開放電圧の値をエレクトロメーターを用いて測定した。
その結果をグラフとして図１に示す。図中の実線は光起
電流、破線は起電圧を示す。
0.5Ｔｉ0.5）Ｏ3-xにおけるｘを０．０５から−０．１
まで変化させた組成に対応する量で、ボールミル混合
し、それぞれ、仮成形したのち、８００℃で１０時間仮
焼した。次いでこの仮焼物をボールミル粉砕後、直径１
９ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状に静水圧成形し、マグネシ
アのさやの中に装入し、１２００℃で２時間焼結した。
焼結体の一方の面を光照射面として鏡面研摩したのち、
角柱状（３×３×８ｍｍ）に切り出し、金をスパッター
コーティングして電極を形成し、試料を調製した。シリ
コーンオイル中、温度１５０℃において直流電界１．５
ｋＶ／ｍｍを３４分間印加して分極させ、３６５ｎｍ付
近に最大強度をもつ３００〜４００ｎｍの紫外線を平行
に試料の研摩面に照射した。このとき生じた短絡電流と
開放電圧の値をエレクトロメーターを用いて測定した。
その結果をグラフとして図１に示す。図中の実線は光起
電流、破線は起電圧を示す。
【００１８】このグラフから、ｘが０．０１以上になる
と、すなわちＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）のモル比が０．９９
以下になると光起電流及び起電圧が著しく増加すること
が分る。
と、すなわちＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）のモル比が０．９９
以下になると光起電流及び起電圧が著しく増加すること
が分る。
【００１９】
【発明の効果】本発明によると、応答速度及び光エネル
ギーからの機械的エネルギーの変換能率の優れた光歪素
子を簡単に得ることができる。
ギーからの機械的エネルギーの変換能率の優れた光歪素
子を簡単に得ることができる。
【図１】 ＰＺＴにおけるＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）のモル
比と、光起電流及び起電圧との関係を示すグラフ。
比と、光起電流及び起電圧との関係を示すグラフ。
Claims (1)
- 【請求項１】 一般式 Ｐｂ1-x（Ｚｒ0.5Ｔｉ0.5）Ｏ3-x （ただし、ｘは０．０１〜０．０５である）で表わされ
る組成を有するＰＺＴ系セラミックスから成る光起電力
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7273429A JP2716083B2 (ja) | 1995-09-27 | 1995-09-27 | Ｐｚｔ系光起電力素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7273429A JP2716083B2 (ja) | 1995-09-27 | 1995-09-27 | Ｐｚｔ系光起電力素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0987018A JPH0987018A (ja) | 1997-03-31 |
| JP2716083B2 true JP2716083B2 (ja) | 1998-02-18 |
Family
ID=17527786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7273429A Expired - Lifetime JP2716083B2 (ja) | 1995-09-27 | 1995-09-27 | Ｐｚｔ系光起電力素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2716083B2 (ja) |
-
1995
- 1995-09-27 JP JP7273429A patent/JP2716083B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0987018A (ja) | 1997-03-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |