JPH01272056A - 光応答性高分子被覆電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能
を有する光電池電極に関するものである。

［従来の技術］ 電解液中に電極を浸漬し、この電極に光を照射すること
によって光エネルギーを電気エネルギーに変換するシス
テムの代表的なものとしては、Ｓｔ、ＣｄＳ、ＧａＡｓ
などの半導体とＦ　ｅ　”　／　Ｆ　ｅ　”　、　Ｉ　
２　／　Ｉ　−（７）　レドックス溶液を用いた半導体
・液体接合電池；チオニンなどの色素とＦｅ”／Ｆｅ３
＋のような一対のレドックス溶液中に白金などの一対の
導体を浸し、色素の光吸収を用いて電気エネルギーを得
る光ガルバニ電池；及び光ガルバニ電池の場合と同様の
電解質中に可視光を吸収しない５ｎ０２　　、ＺｎＯな
とのバンドギャップの大きな半導体を浸す色素増感光電
池等が知られている。一方半導体、金属などの上にポル
フィリン、メロシアニン、ポリアニリンなどの有機物層
を被覆した電極は化学修飾電極と呼ばれこの電極を用い
て光反応を起こすことができる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来技術において半導体を用いる光化学電池でＺｎＯ，
５ｎ０２などのバンドギャップの大きな半導体は吸収す
る光が短波長であり、なおかつ薄膜は化学的に強醜性溶
液に弱い、という欠点を有していた。

そこで本発明は電解質中で長期間安定で、かつ、光エネ
ルギーを効率よく電気エネルギーに変換することができ
る電極素子を提供するものである。

本発明は、光透過性支持基板上の半導体特性を有する膜
表面に、金属または炭素の薄層を有し、該薄層上に電気
化学的にドーピングが可能な導電性高分子からなる被覆
を有してなる光応答性高分子被覆電極である。

本発明に用いられる透明支持基板は、通常、ガラスまた
はプラスチック（例えば、ポリエステル）製の透明基板
であり、その厚さは、通常０．１〜５！１層、好ましく
は、０．１〜２　ｍｍである。

該透明基板上に形成される半導体特性を有する膜は、特
に制限はないが、好ましくはＩＴＯ（インジウムとスズ
の酸化物）膜であり、その厚さは１〜１００用、好まし
くは２０〜７０ＪＬである。好ましい半導体特性を有す
るＩＴＯ膜は、蒸着によって形成される。

該半導体特性を有する膜上に形成される金属ないしは炭
素の電気伝導性を有する薄膜は、通常蒸着法によって形
成されるが、その厚みは０．０１〜２川、好ましくは０
．１〜１鉢である。金属としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、
ＮｉあるいはＣｕ３Ａｕ合金が挙げられ、就中、Ａｕ。

Ｎｉ、Ｃｕが好ましい。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の光応答性電極は、上記した金属もしくは炭素の
導電性薄膜上にさらに、導電性高分子膜を被覆したもの
で、膜材買としては、例えば、アニリン、チオフェン、
ビロールもしくはこれらの誘導体の重合体であり、その
厚さは１〜１００ｇ、好ましくは３〜２０用である。こ
れらの高分子膜で被覆するには、通常、電解酸化法が用
いられる。すなわち、光透過性の支持基板（添付第１図
のｌａ）の表面に、例えばＩＴＯを蒸着した膜１ｂの表
面に金属あるいは炭素の薄膜ＩＣを蒸着した作用極と対
極（白金、炭素棒など）をアニリン、チオフェン、ビロ
ールまたはこれらの誘導体などと電解質を溶解してなる
電解液中に浸漬し、作用極をプラスとして電極間に電位
差をかけると作用極上で電解酸化重合が起こり、前記有
機物が高分子膜となって作用極上に膜形成が行われる。

電解液の組成については、アニリン、チオフェンなどの
モノマー浸度は０．０１〜２モルが適当であり、溶媒と
しては、水、アセトニトリル、ニトロベンゼン、テトラ
ヒドロフランなどが用いられ、支持電解質は過塩素酸リ
チウム、硫酸ナトリウム、テトラブチルアンモニウム過
塩素酸塩などが適当である。また電解重合時の電位差は
０．５〜５ｖが適当である。

このようにして得られた光応答性高分子被覆電極は蒸留
水、アルコールで洗浄した後乾燥し、使用する。

［作用］ 本発明の透明で半導体特性を有し１例えば蒸着により得
られた薄膜の、例えば、ＩＴＯ電極は酸性電解質中で不
安定であり、このＩＴＯ電極のみを光化学電池の電極と
して用いることはできない、またＩＴＯ極の表面に導電
性高分子を被覆する場合も電解用溶液が酸性の場合はＩ
ＴＯ極の溶解が起こり、ＩＴＯ極上にそのまま導電性高
分子を被覆することはできない。

本発明においてはこのＩＴＯ極表面に金属あるいは炭素
を蒸着する方法によってこれを被覆することによってＩ
ＴＯ極を酸性溶液に対して安定化させ、なおかつその表
面に導電性高分子を被覆することによって光エネルギー
を電気エネルギーに変換する際に吸収する光の波長領域
がＩＴＯのみの場合は、３００ｎｍ以下であるのに対し
て、導電性高分子を被覆した場合では可視光線の領域で
ある４　００　ｎｍ〜８００ｎｍにも吸収が表われてく
るというように広がり、かつ０．１モル塩酸酸性溶液に
対して、ＩＴＯ極のみでは３０分以内にＩＴＯが溶解し
てしまうが、本発明による高分子被覆電極は４時間以上
安定であり、良好な性質を有する光応答性高分子被覆電
極を得ることができる。

［実施例］ 以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。

実」１江」ニー 支持基板を光透過性のポリエステルフィルムとし、その
上にＩＴＯを常法にしたがって被覆し、その電極上に０
．５μｓの金の層を蒸着し作用極とした。０．２モルア
ニリン、１モル過塩素酸リチウムを含む０．０１モル塩
酸溶液にリード線を付した上記作用極を浸し、これをプ
ラス側とし白金板対極との間に電位差２．Ｏｖをかけ定
電位電解を行うと作用極側でアニリンが重合し、ポリア
ニリン膜が作用極上に５牌の厚さで形成された。

得られたポリアニリン膜被覆電極を０．５モル過塩素酸
を含む０．１モル塩酸溶液に浸漬し白金板を対極とし、
６０Ｗ電球からの光を照射すると、開路電圧０．３６Ｖ
が得られ、この電極は該電解液中で４時間以上安定であ
り膜のはがれは見られなかった。

比Ｊｌユ 実施例１と同様の電解液中にＩＴＯのみの電極を浸漬し
たところ３０分以内でＩＴＯはすべて溶解してしまい、
支持基板のみが残った。

支轟涜」 実施例１において生成したポリアニリン被覆電極を０．
００６モル硫酸第一鉄、０．０００６モル硫酸第二鉄を
含む０．０１モル塩酸溶液に浸漬し、実施例１と同様の
光照射を行ったところ開回路電圧０．３０Ｖが得られた
。

支息遺」 支持基板を透明ガラスとしてその上にＩＴＯを常法にし
たがって被覆し、その電極上に０．ＥＢｍの厚さでカー
ボンを蒸着し作用極とした。１モルビロール、１モル過
塩素酸リチウムを含む１モル塩化カリウム溶液にリード
線を付した上記作用極を浸し、これをプラスとし白金板
対極との間に０．５Ｖをかけ作用極表面に３戸の厚さの
ポリピロール膜を得た。

得られたポリピロール膜被覆電極を０．０２モルチオニ
ンを含む０．０１モル塩酸溶液に浸漬し実施例１と同様
の光照射を行ったところ開回路電圧０．１７Ｖが得られ
た。

なお本実施例に示した支持体に用いた材料は透明なガラ
スと光透過性のポリエステルであるが、本例の細光透過
性のプラスチック例えば、ポリアクリルニトリルやポリ
塩化ビニル、ポリスチロール等を用いても全く同様の効
果を確認することができた。

［発明の効果］ 本発明の光応答性高分子被覆電極を用いることによって
、酸性溶液中において安定に作動する光エネルギーを電
気エネルギーに変換する電池を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の光応答性高分子被覆電極を対極と組合せ
て構成される光化学電池の断面概略図である。 １ａ：支持基板 １ｂ：ＩＴＯ １ｃ：金あるいはカーボン層 １ｄ：導電性高分子層 ２　：対極 ３　：電解液

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光透過性支持基板上の半導体特性を有する膜表面に
   、金属または炭素の薄層を有し、該薄層上に電気化学的
   にドーピングが可能な導電性高分子からなる被覆を有し
   てなる光応答性高分子被覆電極。 ２、光透過性支持基板上の半導体特性を有する膜が、ガ
   ラスまたはプラスチック製の透明支持基板の表面にＩＴ
   Ｏの薄膜を形成したものである請求項１記載の光応答性
   高分子被覆電極。 ３、電気化学的にドーピングが可能な導電性高分子が、
   ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンまたはこ
   れらの高分子の誘導体である請求項１記載の光応答性高
   分子被覆電極。