JP6761995B2 - Photovoltaic power generation hybrid element and power generation method using it - Google Patents

Photovoltaic power generation hybrid element and power generation method using it Download PDF

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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Description

本発明は、調光発電ハイブリッド素子及びこれを用いた発電方法に関する。 The present invention relates to a photovoltaic power generation hybrid element and a power generation method using the same.

電気化学的な酸化還元反応により窓の色調を変化させる調光素子は、透明と遮光状態との切り替えが可能であり、建物及び車等の移動体の窓等に用いて遮光状態を実現すれば太陽光の入射を抑制することが可能であり、エアコンの消費電力を低減する効果がある。 The dimming element that changes the color tone of the window by an electrochemical redox reaction can be switched between transparent and light-shielding state, and if it is used for windows of moving objects such as buildings and cars to realize the light-shielding state. It is possible to suppress the incidence of sunlight, which has the effect of reducing the power consumption of the air conditioner.

上記調光素子に関する公知の技術としては、例えば下記特許文献1に、透明電極が形成された一対の基板とこの一対の基板の間に銀を含むエレクトロクロミック材料及びメディエータを含む電解質層を備えた調光素子が開示されている。 As a known technique for the dimming device, for example, Patent Document 1 below includes a pair of substrates on which transparent electrodes are formed and an electrolyte layer containing an electrochromic material containing silver and a mediator between the pair of substrates. The dimming element is disclosed.

特開2015−148825号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-148825

上記公知の技術によると、電気化学的な酸化還元反応により、減法混色系三原色、黒、更にはミラー反射状態が可能であり、この結果太陽光の入射を抑制し、室内等のエネルギー消費を低減することができる。 According to the above-mentioned known technique, a subtractive color mixing system of three primary colors, black, and a mirror reflection state are possible by an electrochemical redox reaction, and as a result, the incident of sunlight is suppressed and the energy consumption in a room or the like is reduced. can do.

しかしながら、上記状態を実現するにはエネルギーが必要であり、トータルのエネルギー収支では課題が残る。すなわち、調光素子に発電機能も付与できれば、駆動のエネルギーを賄えるだけでなく、創エネルギーと省エネルギーを兼ね備えた付加価値の高い素子の実現が可能である。 However, energy is required to realize the above state, and there remains a problem in the total energy balance. That is, if the dimming element can be provided with a power generation function, it is possible to realize a high value-added element that not only can supply the driving energy but also has both energy creation and energy saving.

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、創エネルギーと省エネルギーを兼ね備えた付加価値の高い素子を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide a high value-added element having both energy creation and energy saving.

上記課題を解決する本発明の一観点に係る調光発電ハイブリッド素子は、一対の基板と、一対の基板の間に配置される電解質層を備え、光透過モードと着色発電モードを有する調光発電ハイブリッド素子とする。 The photovoltaic power generation hybrid element according to one aspect of the present invention that solves the above problems includes a pair of substrates and an electrolyte layer arranged between the pair of substrates, and has a photovoltaic power generation mode and a colored photovoltaic power generation mode. It is a hybrid element.

また、本観点において、電解質層は、金属イオンを含むことが好ましい。この場合において金属イオンとは、金、銀、銅、ニッケル、ビスマス等電解析出可能な金属のイオンであることが好ましい。 Further, from this viewpoint, the electrolyte layer preferably contains metal ions. In this case, the metal ion is preferably an ion of a metal such as gold, silver, copper, nickel, and bismuth that can be electrolytically precipitated.

また、本観点において、一対の基板は、それぞれ透明電極が形成されていることが好ましい。 Further, from this viewpoint, it is preferable that each of the pair of substrates has a transparent electrode formed therein.

また、本観点において、一対の基板において、少なくとも一方の透明電極は、透明粒子修飾電極であることが好ましい。 Further, from this viewpoint, it is preferable that at least one transparent electrode in the pair of substrates is a transparent particle-modified electrode.

また、本観点において、一対の基板それぞれにおいて形成される透明電極に接続され、電圧を印加する電源装置と、一対の基板それぞれにおいて形成される前記透明電極に接続され、蓄電する蓄電装置と、を備えることが好ましい。 Further, from this viewpoint, a power supply device connected to the transparent electrodes formed on each of the pair of substrates and applying a voltage, and a power storage device connected to the transparent electrodes formed on each of the pair of substrates to store electricity. It is preferable to prepare.

以上、本発明により、創エネルギーと省エネルギーを兼ね備えた付加価値の高い素子を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an element having high added value that has both energy creation and energy saving.

実施形態に係る素子の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the element which concerns on embodiment. 実施形態に係る素子の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the element which concerns on embodiment. 実施形態に係る素子の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the element which concerns on embodiment. 着色時(遮光時)の透過率と、素子が作り出す発電量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the transmittance at the time of coloring (when light-shielding), and the amount of power generation generated by an element.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態における具体的な例示にのみ限定されるわけではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different embodiments and is not limited to the specific examples in the embodiments shown below.

図1は、本実施形態に係る調光発電ハイブリッド素子(以下「本素子」という。)1の断面概略図を示す。本図で示すように、本素子1は、一対の基板2、3と、一対の基板2、3の間に配置される電解質層4を備え、光透過モードと着色発電モードを有するものである。 FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a photovoltaic power generation hybrid element (hereinafter referred to as “this element”) 1 according to the present embodiment. As shown in this figure, the device 1 includes a pair of substrates 2, 3 and an electrolyte layer 4 arranged between the pair of substrates 2, 3 and has a light transmission mode and a colored power generation mode. ..

また、本素子1において、一対の基板2、3の材質としては、電解質層4を挟み保持するために用いられるものであって、基板2、3の双方が透明であれば透過型の表示素子を実現することができるため好ましい。本実施形態では双方透明な場合で説明する。なお、基板の材料としては、ある程度の硬さ、化学的安定性を有し、安定的に材料層を保持することができる限りにおいて限定されるわけではないが、ガラス、プラスチック、金属、半導体等を採用することができ、透明な基板として用いる場合はガラスやプラスチックを用いることができる。 Further, in the present element 1, the material of the pair of substrates 2 and 3 is used to sandwich and hold the electrolyte layer 4, and if both the substrates 2 and 3 are transparent, a transmissive display element is used. Is preferable because it can realize. In this embodiment, the case where both sides are transparent will be described. The material of the substrate is not limited as long as it has a certain degree of hardness and chemical stability and can stably hold the material layer, but is not limited to glass, plastic, metal, semiconductor, etc. Can be adopted, and when used as a transparent substrate, glass or plastic can be used.

また、本素子1において、一対の基板2の対向する面それぞれには、透明電極21、31が形成されている。この電極は一対の基板2、3によって挟持される材料層に電圧を印加するために用いられるものである。電極の材料としては、好適な導電性を有する限りにおいて限定されるわけではないが、例えばITO、IZO、SnO、ZnO等の少なくともいずれかを含むことが好ましい。 Further, in the present element 1, transparent electrodes 21 and 31 are formed on the opposing surfaces of the pair of substrates 2. This electrode is used to apply a voltage to a material layer sandwiched between a pair of substrates 2, 3. The electrode material is not limited as long as it has suitable conductivity, but preferably contains at least one of ITO, IZO, SnO 2 , ZnO, and the like.

また本素子1における透明電極21、31は、基板上に、表示したい文字などのパターンにあわせた形状として形成してもよく、また、同じ複数の領域毎に区分された電極パターンを複数基板上に並べて形成したものであってもよい。複数の領域毎に区分すると、この各領域を画素とし、画素毎に表示を制御し、複雑な形状の表示にも対応できるといった利点がある。 Further, the transparent electrodes 21 and 31 in the present element 1 may be formed on the substrate as a shape matching a pattern such as characters to be displayed, or electrode patterns divided into the same plurality of regions may be formed on the plurality of substrates. It may be formed side by side in. When each area is divided into a plurality of areas, there is an advantage that each area is used as a pixel, the display is controlled for each pixel, and the display of a complicated shape can be supported.

また本素子1における透明電極間の距離としては、後に詳述するエレクトロクロミック材料における銀が微粒子として十分析出し、消失する電界を印加することができる限りにおいて限定されるわけではないが、1μm以上10mm以下が可能であり、望ましくは1μm以上1mm以下の範囲である。 Further, the distance between the transparent electrodes in the present element 1 is not limited as long as an electric field in which silver in the electrochromic material described in detail later is sufficiently precipitated as fine particles and disappears can be applied, but is 1 μm or more. The range is 10 mm or less, and preferably 1 μm or more and 1 mm or less.

また、本素子1における透明電極21の抵抗は小さければ小さいほど良く限定はされないが、値段や電極そのものの色調、反射率との兼ね合いから、シート抵抗で0.1Ω/□から100Ω/□が好ましく、2Ω/□から20Ω/□がより好ましい。 Further, the smaller the resistance of the transparent electrode 21 in this element 1, the better the limitation is not limited, but the sheet resistance is preferably 0.1Ω / □ to 100Ω / □ in consideration of the price, the color tone of the electrode itself, and the reflectance. 2, 2Ω / □ to 20Ω / □ are more preferable.

また、本素子1において、他方の透明電極21は、透明粒子修飾電極である、または、透明粒子修飾電極により覆われていることが好ましい。この場合において、透明粒子修飾電極は、より具体的には酸化物導電性ナノ粒子層22であることが好ましい。酸化物導電性ナノ粒子層22を設けることで、外部から入射される光のエネルギーを吸収し電子遷移が起こった銀粒子からエネルギーを受け取り、電気として外部に放出できるようになる。 Further, in the present element 1, it is preferable that the other transparent electrode 21 is a transparent particle-modified electrode or is covered with a transparent particle-modified electrode. In this case, the transparent particle-modified electrode is more preferably an oxide conductive nanoparticle layer 22. By providing the oxide conductive nanoparticle layer 22, it becomes possible to absorb the energy of light incident from the outside, receive the energy from the silver particles in which the electronic transition has occurred, and emit it to the outside as electricity.

本素子1の酸化物導電性ナノ粒子層22は、文字通り、酸化物からなり導電性を備えたナノレベルの大きさを備えた粒子であって、材質としては、上記透明電極と同様のものを採用することができる。また、本素子1の酸化物導電性ナノ粒子層22における粒子の大きさは一般的なもので差し支えないが、1次粒径で1nmから500nmが好ましく、5nmから100nmがより好ましい。また、酸化物導電性ナノ粒子層22の厚さは20nmから10μmが好ましく、30nmから3μmが最も好ましい。この最も厚い状態での可視域における光透過率が50%以上であることが好ましい。なお、本素子1の酸化物導電性ナノ粒子層22は、透明電極21と一体化して形成されていてもよい。また本素子1の酸化物導電性ナノ粒子層22は、上記の記載から明らかなように、可視領域において透明であることが好ましい。 The oxide conductive nanoparticle layer 22 of the present element 1 is literally a particle made of oxide and having a nano-level size, and is made of the same material as the transparent electrode. Can be adopted. The size of the particles in the oxide conductive nanoparticle layer 22 of the present element 1 may be a general one, but the primary particle size is preferably 1 nm to 500 nm, more preferably 5 nm to 100 nm. The thickness of the oxide conductive nanoparticle layer 22 is preferably 20 nm to 10 μm, most preferably 30 nm to 3 μm. The light transmittance in the visible region in the thickest state is preferably 50% or more. The oxide conductive nanoparticle layer 22 of the present element 1 may be integrally formed with the transparent electrode 21. Further, as is clear from the above description, the oxide conductive nanoparticle layer 22 of the present element 1 is preferably transparent in the visible region.

また本素子1における電解質層4は、支持塩としての電解質を含むとともに、銀イオンを含むエレクトロクロミック材料及びメディエータを含んでいる。また本実施形態に係る電解質層4は、上記銀を含むエレクトロクロミック材料及びメディエータのほか、これら材料を保持するための溶媒を含んでいる。 Further, the electrolyte layer 4 in the present element 1 contains an electrolyte as a supporting salt, and also contains an electrochromic material containing silver ions and a mediator. Further, the electrolyte layer 4 according to the present embodiment contains the above-mentioned electrochromic material containing silver and a mediator, as well as a solvent for retaining these materials.

本素子1の電解質層4における電解質は、エレクトロクロミック材料の酸化還元等を促進するためものであり支持塩であることは好ましい一例である。電解質は、臭素イオンを含むことが好ましく、例えばLiBr、KBr、NaBr、臭化テトラブチルアンモニウム(TBABr)等を例示することができる。なお、電解質の濃度としては、限定されるわけではないが、モル濃度でエレクトロクロミック材料の5倍程度、具体的には3倍以上6倍以下含んでいることが好ましく、例えば3mM以上6M以下であることが好ましく、より好ましくは5mM以上5M以下、より好ましくは6mM以上3M以下、更に好ましくは15mM以上600mM以下、更に好ましくは25mM以上500mM以下、30mM以上300mM以下の範囲である。 The electrolyte in the electrolyte layer 4 of the present element 1 is for promoting redox and the like of the electrochromic material, and it is a preferable example that it is a supporting salt. The electrolyte preferably contains bromine ions, and examples thereof include LiBr, KBr, NaBr, tetrabutylammonium bromide (TBABr), and the like. The concentration of the electrolyte is not limited, but the molar concentration is preferably about 5 times that of the electrochromic material, specifically, 3 times or more and 6 times or less, for example, 3 mM or more and 6 M or less. It is preferably in the range of 5 mM or more and 5 M or less, more preferably 6 mM or more and 3 M or less, still more preferably 15 mM or more and 600 mM or less, still more preferably 25 mM or more and 500 mM or less, and 30 mM or more and 300 mM or less.

また本素子1の電解質層4における溶媒は、上記エレクトロクロミック材料、電気化学発光材料及び電解質を安定的に保持することができる限りにおいて限定されるわけではないが、水等の極性溶媒であってもよいし、極性のない有機溶媒等一般的なものも用いることができる。溶媒としては、限定されるわけではないが、例えばDMSOを用いることができる。 The solvent in the electrolyte layer 4 of the present element 1 is not limited as long as the electrochromic material, the electrochemical light emitting material and the electrolyte can be stably retained, but is a polar solvent such as water. Alternatively, a general solvent such as a non-polar organic solvent can be used. The solvent is not limited, but DMSO can be used, for example.

また本素子1においてエレクトロクロミック材料とは、電圧、好ましくは直流を印加することによって酸化還元反応を起こす材料であり、銀イオンを含む塩であることが好ましい。このエレクトロクロミック材料は酸化還元反応によって銀微粒子を析出、又は消失させ、これに基づく色の変化を生じさせ表示を行なうことができる。銀を含むエレクトロクロミック材料としては限定されるわけではないが、AgNO、AgClO、AgBr、を挙げることができる。なお、エレクトロクロミック材料の濃度については、上記機能を有する限りにおいて特に限定されるわけではなく、材料によって適宜調整が可能であるが、5M以下であることが望ましく、より望ましくは1mM〜1M、さらに望ましくは5mM〜100mMである。 Further, in the present element 1, the electrochromic material is a material that causes a redox reaction by applying a voltage, preferably a direct current, and is preferably a salt containing silver ions. In this electrochromic material, silver fine particles are precipitated or disappear by a redox reaction, and a color change based on the silver fine particles is generated to display. Examples of the electrochromic material containing silver include, but are not limited to, AgNO 3 , AgClO 4 , and AgBr. The concentration of the electrochromic material is not particularly limited as long as it has the above function, and can be appropriately adjusted depending on the material, but it is preferably 5 M or less, more preferably 1 mM to 1 M, and further. It is preferably 5 mM to 100 mM.

また本素子1の電解質層4のメディエータとは、銀よりも電気化学的に低いエネルギーで酸化還元を行なうことのできる材料をいう。メディエータの酸化体が銀から随時電子を授受することによって酸化による消色反応を補助することができる。なお、メディエータとしては、上記機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、銅(II)イオンの塩であることが好ましく、例えばCuCl、CuSO、CuBrを挙げることができる。なおメディエータの濃度としては、上記機能を奏する限りにおいて限定されず、また材料によって適宜調整が可能であるが、5mM以上20mM以下であることが望ましく、より望ましくは15mM以下である。20mM以下とすることで過度の色付きを防止することができる。なお、銀イオンと銅(II)イオンの濃度比としては、限定されるわけではないが、銀イオンを10とした場合、銅(II)イオンは1以上3以下の範囲であることが好ましい。 Further, the mediator of the electrolyte layer 4 of the present element 1 refers to a material capable of performing redox with an electrochemically lower energy than silver. The oxidant of the mediator can assist the decolorization reaction by oxidation by giving and receiving electrons from silver at any time. The mediator is not limited as long as it has the above function, but is preferably a salt of copper (II) ion, and examples thereof include CuCl 2 , CuSO 4 , and CuBr 2 . The concentration of the mediator is not limited as long as it functions as described above, and can be appropriately adjusted depending on the material, but it is preferably 5 mM or more and 20 mM or less, and more preferably 15 mM or less. Excessive coloring can be prevented by setting the value to 20 mM or less. The concentration ratio of the silver ion and the copper (II) ion is not limited, but when the silver ion is 10, the copper (II) ion is preferably in the range of 1 or more and 3 or less.

また、本素子1の電解質層4においては、上記構成要件のほか、例えば増粘剤を加えることができる。増粘剤を加えることでエレクトロクロミック素子のメモリ性を向上させることができる。なお増粘剤の例としては、特に限定されるわけではないが、例えばポリビニルアルコールを例示することができる。なお増粘剤の濃度としては、特に限定されるわけではないが、例えば電解質層の総重量に対し5重量%以上20重量%以下の範囲で含ませておくことが好ましい。 Further, in the electrolyte layer 4 of the present element 1, in addition to the above-mentioned constituent requirements, for example, a thickener can be added. The memory property of the electrochromic device can be improved by adding a thickener. The thickener is not particularly limited, but may be, for example, polyvinyl alcohol. The concentration of the thickener is not particularly limited, but is preferably contained in the range of 5% by weight or more and 20% by weight or less with respect to the total weight of the electrolyte layer, for example.

また、本素子1は、一対の基板それぞれにおいて形成される透明電極に接続され、電圧を印加する電源装置5を備えている。本素1は、例えば電圧を印加した状態で反射状態又は黒状態を、電圧を解除した状態では着色状態を維持できる。 Further, the present element 1 includes a power supply device 5 which is connected to transparent electrodes formed on each of the pair of substrates and applies a voltage. The element 1 can maintain, for example, a reflected state or a black state when a voltage is applied, and a colored state when the voltage is released.

本素子1では、電極間に電圧を印加すると、一方の電極ではエレクトロクロミック中の銀イオンが還元されて銀として析出する一方、電圧を解除した無力状態で着色状態を維持する。また、電着された銀に対して酸化電圧を印加すると、銀は再び銀イオンとして溶解する。この場合において、銀が平滑な電極状に形成されれば鏡状態となり、粒子修飾電極上に形成されれば、光は乱反射され黒状態となる。なおこの場合において、観測者にとって、平滑な電極が形成される基板が手前、凹凸のある粒子修飾電極が形成された基板が奥側となる。なお、この直流電圧印加の際の電圧の強度としては、一対の基板間の距離、一対の電極間の距離によって適宜調整が可能であり、限定されるものではなく、電界強度として例えば1.0×10V/m以上1.0×10V/m以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは1.0×10V/m以下の範囲内である。なお、この場合において、銀イオンを還元させて析出させることができる限りにおいて、段階的に電圧を変化させてもよく、交流的な電圧の印加方法も可能ではある。 In the present element 1, when a voltage is applied between the electrodes, silver ions in the electrochromic are reduced and precipitated as silver in one electrode, while the colored state is maintained in a powerless state in which the voltage is released. Further, when an oxidation voltage is applied to the electrodeposited silver, the silver is dissolved again as silver ions. In this case, if silver is formed into a smooth electrode shape, it is in a mirror state, and if it is formed on a particle-modified electrode, light is diffusely reflected and becomes a black state. In this case, for the observer, the substrate on which the smooth electrode is formed is on the front side, and the substrate on which the uneven particle-modifying electrode is formed is on the back side. The voltage strength when the DC voltage is applied can be appropriately adjusted by the distance between the pair of substrates and the distance between the pair of electrodes, and is not limited, and the electric field strength is, for example, 1.0. It is preferably in the range of × 10 3 V / m or more and 1.0 × 10 5 V / m or less, and more preferably in the range of 1.0 × 10 4 V / m or less. In this case, the voltage may be changed stepwise as long as the silver ions can be reduced and precipitated, and an AC voltage application method is also possible.

本素子1では、電圧を解除した無力状態で着色状態を維持する(メモリ効果を有する)構成とするが効率的にメモリ効果を高めるため、例えば図2で示すような構造とすることも好ましい。本図の例では、一対の基板の間に陰イオン交換膜7が配置され、この陰イオン交換膜を挟んで、銀イオンを含むエレクトロクロミック材料を含む電解質層、メディエータを含む電解質層が配置されていることが好ましい。このようにすることでメモリ効果を高めることが可能となる。なお、陰イオン交換膜とは、陰イオンを容易に透過させることができる一方、陽イオンを容易に透過させない膜をいい、限定されるわけではないが、例えば四級アンモニウム等のカチオン性を備えたポリマー膜を例示することができる。なおこの陰イオン交換膜はスペーサー等により中間位置に保持されていることが好ましい。 The element 1 has a configuration in which the colored state is maintained (has a memory effect) in a powerless state in which the voltage is released, but in order to efficiently enhance the memory effect, it is also preferable to have a structure as shown in FIG. 2, for example. In the example of this figure, an anion exchange membrane 7 is arranged between a pair of substrates, and an electrolyte layer containing an electrochromic material containing silver ions and an electrolyte layer containing a mediator are arranged across the anion exchange membrane. Is preferable. By doing so, it is possible to enhance the memory effect. The anion exchange membrane is a membrane that can easily permeate anions but does not easily permeate cations, and is not limited, but has cation properties such as quaternary ammonium. The polymer membrane can be exemplified. The anion exchange membrane is preferably held at an intermediate position by a spacer or the like.

また、本素子1は、上記電源装置5のほか、一対の基板それぞれにおいて形成される透明電極に接続され蓄電する蓄電装置6を備えている。このようにすることで、本素子1によって発生する電力を蓄えることができる。なお本素子1の例では電力を蓄える観点から蓄電装置6としているが、そのまま負荷とすることも可能である。 In addition to the power supply device 5, the element 1 includes a power storage device 6 that is connected to transparent electrodes formed on each of the pair of substrates to store electricity. By doing so, the electric power generated by the present element 1 can be stored. In the example of this element 1, the power storage device 6 is used from the viewpoint of storing electric power, but it can be used as a load as it is.

ここで本素子1による発電について説明する。まず、本素子において得られた発色状態では銀は電極上で銀ナノ粒子として析出し、その大きさや形状は形状により異なるLSPR(局在表面プラズモン共鳴帯)の吸収を持つため、電極表面や素子駆動方法により、減法混色系三原色や黒、ミラー反射状態を含む多様な光学状態、調光状態を発現できる。本素子1では、このような調光性のみならず、着色時、すなわち銀ナノ粒子析出時、この銀ナノ粒子のLSPR帯の光吸収ののち引き起こされる光誘起電子移動反応を利用し、色素増感太陽電池に類似した電子移動反応を用いて発電、調光による省エネと発電による創エネ両者を併せ持たせられる素子を実現する。発電サイクルを安定的に回すためには、銀ナノ粒子と電子の授受をスムーズに行う必要があり、銀ナノ粒子から電子を受け取る透明導電性酸化物ナノ粒子修飾電極と、電子を供給するハロゲンイオンの設計を適切に行う。この場合の駆動原理を図3に示す。 Here, the power generation by the present element 1 will be described. First, in the color-developed state obtained by this device, silver is deposited as silver nanoparticles on the electrode, and its size and shape have absorption of LSPR (localized surface plasmon resonance band), which differs depending on the shape. Therefore, the electrode surface and the device Depending on the driving method, various optical states and dimming states including the three primary colors of reduced color mixture, black, and mirror reflection state can be expressed. In this device 1, not only such dimming property, but also dye increase by utilizing the photoinduced electron transfer reaction caused after the light absorption of the LSPR band of the silver nanoparticles at the time of coloring, that is, at the time of precipitation of silver nanoparticles. Using an electron transfer reaction similar to that of a solar cell, we will realize an element that can combine both power generation and energy saving by dimming and energy creation by power generation. In order to run the power generation cycle stably, it is necessary to smoothly transfer electrons to and from silver nanoparticles. A transparent conductive oxide nanoparticles modified electrode that receives electrons from silver nanoparticles and halogen ions that supply electrons. Design properly. The driving principle in this case is shown in FIG.

より具体的に説明すると、本素子1は、透明粒子修飾電極に対極に対して例えば−2.5V程度の定電圧を印加すること黒色に発色する。また電圧を2段階及び多段階にステップさせることで、シアン、マゼンダ、イエロー、赤、青、緑、を含む種々の色相を発現できる。一方で、消色は透明粒子修飾電極に対極に対して例えば+0.5V程度の定電圧を与えることで可能であり、元の透明状態に戻る。着色時の透過率は1%以下、消色時の透過率として80%が得られることが確認されている。着色時(遮光時)の透過率と、素子が作り出す発電量の関係の例を図4に示しておく。本図によると、透過率の減少(遮光性の向上)とともに、発電量が増加し、推測通り、着色状態の素子が発電機能を示すことがわかる。 More specifically, the present element 1 develops a black color by applying a constant voltage of, for example, about −2.5 V to the counter electrode to the transparent particle-modified electrode. Further, by stepping the voltage in two steps and in multiple steps, various hues including cyan, magenta, yellow, red, blue, and green can be expressed. On the other hand, decolorization is possible by applying a constant voltage of, for example, about +0.5 V to the counter electrode to the transparent particle-modified electrode, and the transparent particle-modified electrode returns to the original transparent state. It has been confirmed that the transmittance at the time of coloring is 1% or less, and the transmittance at the time of decolorization is 80%. FIG. 4 shows an example of the relationship between the transmittance at the time of coloring (when shading) and the amount of power generated by the element. According to this figure, it can be seen that the amount of power generation increases as the transmittance decreases (improves the light-shielding property), and as expected, the colored element exhibits the power generation function.

すなわち、上記の記載から明らかなように、本素子1によると、着色状態や反射状態においては太陽光を吸収して発電が可能であるとともに、透過状態ではいわゆる透明な窓として用いることができる。すなわち、省エネが可能な調光デバイスに太陽光発電機能を追加し、省エネと創エネを同時に行う高性能なデバイスを実現することができる。またこれにより、これまで利用されていなかった窓のような透明性の必要な箇所での発電が可能となる。さらに、構造自体も簡便であり、低コスト化を実現することができる。 That is, as is clear from the above description, according to the present element 1, it is possible to absorb sunlight in a colored state or a reflected state to generate electricity, and it can be used as a so-called transparent window in a transmitted state. That is, it is possible to add a solar power generation function to an energy-saving dimming device to realize a high-performance device that simultaneously saves energy and creates energy. This also makes it possible to generate electricity in places that require transparency, such as windows that have not been used until now. Further, the structure itself is simple, and cost reduction can be realized.

本発明は、調光発電ハイブリッド素子及びこれを用いた発電方法として産業上の利用可能性がある。 The present invention has industrial applicability as a photovoltaic power generation hybrid element and a power generation method using the same.

Claims (3)

一対の基板と、
前記一対の基板の間に配置される銀イオンを含む電解質層を備え、
光透過モードと着色発電モードを有する調光発電ハイブリッド素子において、
前記一対の基板は、それぞれ透明導電性酸化物ナノ粒子修飾電極が形成されており、前記透明導電性酸化物ナノ粒子修飾電極に第一電圧を印加すると前記光透過モードになり、前記第一電圧とは異なる第二電圧を印加すると前記着色発電モードになり、着色時の透過率の減少とともに発電量が増加することを特徴とする調光発電ハイブリッド素子。
A pair of boards and
It comprises an electrolyte layer containing silver ions arranged between the pair of substrates.
In a photovoltaic power generation hybrid element having a light transmission mode and a colored power generation mode,
A transparent conductive oxide nanoparticles-modified electrode is formed on each of the pair of substrates, and when a first voltage is applied to the transparent conductive oxide nanoparticles-modified electrode , the light transmission mode is set and the first voltage is applied. A dimming power generation hybrid element characterized in that when a second voltage different from the above is applied, the coloring power generation mode is set, and the amount of power generation increases as the transmittance at the time of coloring decreases.
前記一対の基板それぞれにおいて形成される前記透明導電性酸化物ナノ粒子修飾電極に接続され、電圧を印加する電源装置と、
前記一対の基板それぞれにおいて形成される前記透明導電性酸化物ナノ粒子修飾電極に接続され、蓄電する蓄電装置と、を備える請求項1記載の調光発電ハイブリッド素子。
A power supply device connected to the transparent conductive oxide nanoparticle-modified electrode formed on each of the pair of substrates and applying a voltage.
The photovoltaic hybrid element according to claim 1, further comprising a power storage device connected to the transparent conductive oxide nanoparticles modified electrode formed on each of the pair of substrates to store electricity.
一対の基板と、
前記一対の基板の間に配置される銀イオンを含む電解質層を備え、
光透過モードと着色発電モードを切り替え、前記着色発電モードにおいて発電する調光発電ハイブリッド素子を用いた発電方法において、
前記一対の基板は、それぞれ透明導電性酸化物ナノ粒子修飾電極が形成されており、前記透明導電性酸化物ナノ粒子修飾電極に第一電圧を印加すると前記光透過モードになり、前記第一電圧とは異なる第二電圧を印加すると前記着色発電モードになり、着色時の透過率の減少とともに発電量が増加することを特徴とする調光発電ハイブリッド素子を用いた発電方法。
A pair of boards and
It comprises an electrolyte layer containing silver ions arranged between the pair of substrates.
In a power generation method using a dimming power generation hybrid element that switches between a light transmission mode and a colored power generation mode to generate power in the colored power generation mode.
A transparent conductive oxide nanoparticles-modified electrode is formed on each of the pair of substrates, and when a first voltage is applied to the transparent conductive oxide nanoparticles-modified electrode , the light transmission mode is set and the first voltage is applied. A power generation method using a dimming power generation hybrid element, characterized in that when a second voltage different from the above is applied, the coloring power generation mode is set, and the amount of power generation increases as the transmittance at the time of coloring decreases.
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