JP3468069B2 - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV systems with concentrators

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、湿式電池と太陽電
池とを組み合わせた光電変換装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、酸化チタンのような光触媒に
光が照射されて水を分解し、酸素、水素を生成する湿式
電池と、太陽電池とを組合せ、光電変換効率の向上を図
った光電変換装置が提案されている。特開昭54−45
82号公報には、このような光電変換装置の例が示され
る。
【0003】図5には、上述した従来の光電変換装置の
例の断面図が示される。図5において、太陽電池10の
受光面の上には、ガラス12を介して光触媒である酸化
チタン層14が形成される。これらはエポキシ樹脂16
により、ガラス容器18中に固定されている。光が酸化
チタン層14に照射されると、0.3μm〜0.5μm
(300nm〜500nm)の波長の光が酸化チタン層
14で吸収され、これよりも長波長側の光は酸化チタン
層14を透過し、太陽電池10の受光面に到達する。こ
れにより、酸化チタン層14の表面では水の分解に光エ
ネルギが使用され、また太陽電池10からは、電極端子
20を介して発電電力が取り出される。
【0004】このような光電変換装置の光吸収特性が図
6に示される。図6からわかるように、太陽電池10で
吸収される光の波長よりも短波長側に酸化チタン層14
で吸収される領域が存在する。このため、太陽電池10
のみを用いた場合よりも光の利用効率を大幅に向上させ
ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の光
電変換装置においては、酸化チタン層14を透過してき
た光により太陽電池10を動作させているが、酸化チタ
ン層14の厚さを厚くして酸化チタン層14における光
電変換効率を高くしていくと、太陽電池10の発電に寄
与する長波長側の光の透過率は低下する。このため、酸
化チタン層14及び太陽電池10の両方の光電変換効率
を同時に向上させることができないという問題があっ
た。
【0006】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、湿式電池と太陽電池の双方の
光電変換効率を同時に向上させることができる光電変換
装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、光触媒により起電力を発生させる湿式電
池と太陽電池とを併用した光電変換装置であって、光触
媒面に反射させた太陽光を太陽電池に入射させるように
、前記太陽電池は反射型の集光器を備え、この集光器
の反射面が湿式電池から構成されたことを特徴とする。
【0008】
【0009】また、上記光電変換装置において、湿式電
池の背面に反射体が配設されたことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)を、図面に従って説明する。
【0011】実施形態1.図1(a)には、本発明に係
る光電変換装置の実施形態1の平面図が示される。また
図1(b)には、図1(a)のB−B断面図が示され、
図1(c)には、図1(b)のC−C断面図がそれぞれ
示される。
【0012】図1(a)において、酸化チタン(TiO
2)等の光触媒により構成された湿式電池22が、ケー
ス24の中に収容されている。また、ケース24の側面
の、湿式電池22に対応する位置には太陽電池10が配
列されている。この湿式電池22は、例えばTiの板の
表面を酸化させ、その部分を酸化チタンとすることによ
り作成される。従って、湿式電池22の板厚及び酸化チ
タン層の膜厚は十分なものとなる。このため、太陽電池
10によって吸収されない短波長側の光を十分吸収で
き、かつ長波長側の光を十分に反射できる。また、上述
したように、湿式電池22は、Tiの板の表面を単に酸
化させるだけであるので、製造が容易であり、製造コス
トを低く抑えることができる。
【0013】また、ケース24は、その内部が塩橋26
により仕切られている。この仕切られた部屋のうち、湿
式電池22が収容された側の部屋には例えば1mol/
lのNaOH水溶液が満たされており、他方側の部屋に
は例えば1mol/lのH2SO4水溶液が満たされてい
る。この他方側の部屋には、白金電極28が設けられて
いる。湿式電池22と白金電極28とは、図示しない外
部回路により接続されている。
【0014】以上のような構成により、湿式電池22の
光触媒面すなわち酸化チタン層に光が照射された場合、
湿式電池22の光触媒面では上記NaOH水溶液が分解
され酸素ガスが発生する。また、白金電極28の表面で
は、上記H2SO4水溶液が分解され、水素ガスが発生す
る。
【0015】図1(b)において、上述した酸素ガスは
パイプ30から排出され、水素ガスはパイプ32から排
出される。これらの酸素ガス及び水素ガスは適宜に貯蔵
され、種々の用途に利用される。また、湿式電池22に
はリード線34が接続され、白金電極28にはリード線
36が接続されている。これらにより、湿式電池22と
白金電極28との間の外部回路が構成される。また、ケ
ース24の、湿式電池22が収容された部屋には、導管
38から1mol/lのNaOH水溶液が供給され、白
金電極28が設けられた部屋には、導管40から1mo
l/lのH2SO4水溶液が供給される。
【0016】図1(c)において、湿式電池22は、約
45°の角度に傾いている。従って、湿式電池22の上
方すなわち、図1(a)の平面図の紙面に垂直方向から
入射した光42は、湿式電池22の光触媒面で反射さ
れ、この反射された光42が太陽電池10に入射され
る。この場合、湿式電池22の光触媒面に形成された酸
化チタン層のバンドギャップは、3.0eVであり、そ
の吸収波長は約410nmとなる。また、太陽電池10
を構成するシリコンのバンドギャップは約1.1eVで
あるので、太陽電池10で吸収される光の波長は上述し
た酸化チタン層で吸収される光よりも長波長となる。従
って、図1(a)、(b)、(c)に示された構成にお
いては、湿式電池22でまず短波長側の光が吸収され、
ここで吸収されない長波長側の光は湿式電池22で反射
されて太陽電池10に入射し、ここで吸収される。この
際、入射した光は湿式電池22を透過するのではなく、
湿式電池22で反射される構成なので、湿式電池22の
効率向上のためにその厚さを厚くしても長波長側の光の
損失が増大することはない。以上により、単に太陽電池
10のみが設けられた光電変換装置に比べて、より広い
波長範囲の光を効率的に利用することができ、光電変換
効率を向上させることができる。
【0017】更に、太陽電池10に入射する光は、上述
したように短波長側の光が湿式電池22で吸収された後
のものであるので、その分太陽電池10の温度が上がり
にくいという効果もある。この太陽電池10は、ケース
24の外部に設けられているので、太陽電池10に熱が
こもるということも防止することができる。また、ケー
ス24の中には、NaOH水溶液が満たされているの
で、この水溶液が冷却水としても機能し、更に太陽電池
10の冷却効率を向上させることができる。
【0018】実施形態2.図2(a)には、本発明に係
る光電変換装置の実施形態2の平面図が示される。ま
た、図2(b)には図1(a)のB−B断面図が、図2
(c)には図2(a)のC−C断面図がそれぞれ示され
る。図2(a)、(b)、(c)では、図1(a)、
(b)、(c)と同一部材に同一符号を付してその説明
を省略する。
【0019】図2(a)、(b)において、ケース24
の受光面側には、ガラス板44が設けられている。ま
た、ケース24の内部には、ステージ46が設けられて
おり、このステージ46の上には反射型の集光器48が
設けられている。この集光器48は、断面がV字形状と
なっており、内側のV字面よりも外側のV字面の頂角の
方がその角度が大きくなっている。これにより、頂点か
ら脚部の先端に向かって、V字断面の幅が広がるような
形状となっている。この集光器48の内側のV字面に
は、例えば酸化チタンの蒸着等により酸化チタン層が付
着され、湿式電池22が構成されている。集光器48に
入射した光は、内側のV字面すなわち湿式電池22で構
成された反射面により反射され、再びV字の外側面に戻
ってここで全反射される。入射光は、このような反射及
び全反射を繰り返しながら集光器48の脚部の先端部ま
で到達する。集光器48の脚部の先端部とステージ46
との間には太陽電池10が設けられている。従って、集
光器48により集光された光は、V字の脚部の先端に設
けられた太陽電池10に入射される。
【0020】また、ケース24の中のステージ46の下
側の空間は、塩橋26で仕切られており、導管38から
1mol/lのNaOH水溶液が供給される。このNa
OH水溶液は、穴50を介して集光器48のV字の内側
すなわち湿式電池22が設けられた側の空間まで達す
る。従って、湿式電池22には、常に1mol/lのN
aOH水溶液が接していることになる。また、塩橋26
により仕切られた他の部屋には、実施形態1と同様に白
金電極28が設けられており、この部屋には導管40か
ら1mol/lのH2SO4水溶液が供給される。従っ
て、白金電極28にも、常に1mol/lのH2SO4
溶液が接していることになる。
【0021】以上のような構成により、反射型の集光器
48の反射面に設けられた湿式電池22に入射した光の
うち、波長が410nm付近の光は、湿式電池22に吸
収される。これにより、実施形態1で述べたと同様に、
湿式電池22の表面で1mol/lのNaOH水溶液が
分解され、酸素ガスが発生される。また、白金電極28
の表面では、1mol/lのH2SO4水溶液が分解さ
れ、水素ガスが発生される。
【0022】以上のような構成により、湿式電池22の
表面でNaOH水溶液が分解されて発生した酸素ガス
は、集光器48のV字の内側面の頂点部分に集合され
る。この酸素ガスは、図2(c)に示されるような位置
に設けられたパイプ30を介して排出される。また、白
金電極28の表面でH2SO4水溶液が分解されて発生し
た水素ガスは、パイプ32を介して排出される。これら
の酸素ガス及び水素ガスは適宜に貯蔵され、種々の用途
に利用される。
【0023】本実施形態においても、湿式電池22によ
り短波長側の光、太陽電池10により長波長側の光を有
効に利用することができ、光電変換装置の光電変換効率
を向上させることができる。
【0024】実施形態3.図3には、本発明に係る光電
変換装置の実施形態3の断面図が示される。図3では、
実施形態1、実施形態2と同一部材に同一符号を付して
その説明を省略する。図3において、集光器48のV字
の内側面に設けられた湿式電池22の背面側には、反射
体としてのミラー52が設けられている。このような構
成により、湿式電池22で反射されずに透過した光は、
更にミラー52により反射され再び湿式電池22に戻り
ここで吸収されることになる。
【0025】図4には、図3に示された集光器48及び
ミラー52の拡大断面図が示される。図4において、集
光器48に入射した光は、通常はAのルートにより集光
器48中を進行し、湿式電池22に到達する。この湿式
電池22において、短波長側の光が吸収され、長波長側
の光が反射されてその後太陽電池10に入射する。この
場合、湿式電池22に入射した光のうち一部は反射も吸
収もされずに背面側に透過してくる。この透過した光
は、図4のBに示されるような経路により、ミラー52
で反射され再び湿式電池22に戻る。その後、湿式電池
22で一部が吸収され、一部は透過して太陽電池10に
到達する。更に、ミラー52で反射された光のうち湿式
電池でも反射された光は、ミラー52で再反射され、図
4のCに示されるような経路により再び湿式電池22あ
るいは太陽電池10に入射されることになる。
【0026】このように、湿式電池22を透過した光も
湿式電池の背面側に設けられたミラー52により反射さ
れるので、この光も光電変換に利用することができ、光
電変換効率を更に向上させることができる。また、この
ような構成にすることにより、湿式電池22を複数回光
が横切るので、湿式電池22における光の吸収も更に向
上できる。これによって湿式電池の厚さを過剰に厚くす
る必要がなくなり、装置の低コスト化を図ることもでき
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
湿式電池の光触媒面を反射された光が太陽電池に入射す
る構成としたことにより、湿式電池の光触媒層を厚く
し、ここでの光電変換効率を高くしても、太陽電池に入
射される長波長側の光の損失がない。この結果、湿式電
池と太陽電池との光電変換効率を同時に高くすることが
できる。
【0028】また、反射型の集光器を使用し、この反射
面に湿式電池を使用することにより、太陽電池の集光度
を向上させるとともに湿式電池への光の入射機会も増加
し、光電変換効率の向上を図ることができる。
【0029】また、湿式電池の背面側に更に反射体を設
けることにより、湿式電池を透過してきた光を再度湿式
電池側に反射させることができ、更に光電変換効率を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る光電変換装置の実施形態1を示
す図である。
【図2】 本発明に係る光電変換装置の実施形態2を示
す図である。
【図3】 本発明に係る光電変換装置の実施形態3を示
す図である。
【図4】 図3における集光器及びミラーの拡大断面図
である。
【図5】 従来における光電変換装置の断面図である。
【図6】 湿式電池と太陽電池とを組み合わせた光電変
換装置の吸収波長領域の説明図である。
【符号の説明】
10 太陽電池、12 ガラス、14 酸化チタン層、
16 エポキシ樹脂、18 ガラス容器、20 電極端
子、22 湿式電池、24 ケース、26 塩橋、28
白金電極、30,32 パイプ、34,36 リード
線、38,40導管、42 光、44 ガラス板、46
ステージ、48 集光器、50 穴、52 ミラー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078 H01M 14/00 - 16/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光触媒により起電力を発生させる湿式電
    池と太陽電池とを併用した光電変換装置であって、 光触媒面に反射させた太陽光を太陽電池に入射させるよ
    うにし 前記太陽電池は反射型の集光器を備え、この集光器の反
    射面が前記湿式電池から構成されたこと を特徴とする光
    電変換装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光電変換装置において、
    前記湿式電池の背面に反射体が配設されたことを特徴と
    する光電変換装置。
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KR100806168B1 (ko) 2007-02-12 2008-02-21 재단법인서울대학교산학협력재단 태양 전지의 기전력을 이용한 광촉매 물 분해 수소에너지제조방법

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