JPH0468750B2 - - Google Patents

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JPH0468750B2
JPH0468750B2 JP57009755A JP975582A JPH0468750B2 JP H0468750 B2 JPH0468750 B2 JP H0468750B2 JP 57009755 A JP57009755 A JP 57009755A JP 975582 A JP975582 A JP 975582A JP H0468750 B2 JPH0468750 B2 JP H0468750B2
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JP
Japan
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electrode
semiconductor
redox
light irradiation
oxide
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Shunpei Yamazaki
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0468750B2 publication Critical patent/JPH0468750B2/ja
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/075Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PIN type
    • HELECTRICITY
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    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(イ) 発明の利用分野 本発明は光照射により発生するエネルギーを貯
蔵、再放電する機能を待つ光発電装置に関するも
のである。 (ロ) 発明の概要 本発明は太陽電池とレドツクス溶液を組み合わ
せることにより、入射光を光照射によつて光起電
力を発生する半導体すなわち太陽電池に直接照射
することで光照射によるエネルギーを用いてレド
ツクス反応を行う方法の効率を飛躍的に高め、そ
れによつて生じた反応生成物を再反応させること
により光照射によるエネルギーを照射光の強弱に
関係なく安定して取り出すことを可能とする光発
電装置である。 (ハ) 従来の技術 従来光電変換装置特に太陽電池においては、光
照射によつて光起電力を発生させることができ
る。しかしこの太陽電池は太陽光の照射されてい
る時のみ、その照射強度に比例して出力が出るた
め、晴、くもり等で出力の変動が大きい。一般家
庭の屋根に設けた場合、夜間照明を行なう際に光
起電力が出ない等の欠点があり、民生用の実用化
には大きな問題であつた。 これらを補なうため二次電地を用いる方法が知
られている。しかし二次電池は価格が高く、他の
設置場所を有する等の欠点を有していた。 他方レドツクス反応が知られている。これは代
表的に水中のTiO2等の酸化物半導体に光照射を
行ない、この面で発生する電子およびホールを利
用して、レドツクス(酸化(オキシデイシヨン)
−還元(リダクシヨン)反応またはかかる反応を
行なう溶液を総称していう)を行なわせようとす
るものである。 かかる従来のレドツクス反応においては、レド
ツクス溶液に接する半導体電極に光照射が行なわ
れることを必要不可欠な条件と考えていた。それ
は特にこの反応に用いられる半導体代表的には酸
化チタン等の酸化物半導体が光照射により半導体
とレドツクス溶液との間に界面準位を作り、この
準位により半導体表面のエネルギバンドを上方に
曲げ、表面近傍に形成される空乏層領域を用いる
という思想に基づくものである。 第1図に従来例(特開昭54−4582またはAppl.
Phys.Lett 29巻No.6、15(1976)p380〜340)の概
要を示す。 レドツクス溶液3を水を供給したガラス容器2
においてアノード55、カソード54が設けられ
アノード表面には酸化チタンがコーテイングされ
た半導体ができている。また光特に太陽光10が
加えられ、N型半導体である酸化チタンにおいて
は、太陽光により電子と正孔(ホール)が発生す
る。その一方の正孔が表面に集まり水中の酸素イ
オンと反応し、このアノード電極側にて酸化ガス
が発生し出口44より外部に放出される。他方半
導体55中で発生した電子はスイツチがオンとな
ると負荷53を介してカソード電極54で水素イ
オン中和して水素ガスが発生し、出口43より外
部に放出される。このようにしてレドツクス反応
がおきる。 (ニ) 従来技術の問題点 この第1図のレドツクス反応ではこの半導体表
面でこの半導体自体とレドツクス溶液との反応の
進行により半導体と溶液との反応生成物がしだい
に形成され結果として界面準位密度を変化すると
ともに反応生成物が電流を流しにくくなる、すな
わち界面準位が劣化しやすく、そのため実際の反
応を光照射により行なわせても、1時間〜1日で
その反応を実質的に停止してしまうほどであつ
た。 さらに従来レドツクス反応として第1図に示さ
れている如く照射光10は容器2をへて溶液中を
10′として進行し10その後カソードまたはア
ノードの電極55に照射されていた。このため照
射光10の約30〜40%が容器表面および容器溶液
との界面で反射60され、約60〜70%のひかり1
0′が溶液中の進行する。この溶液が透光性例え
ば水であれば特に短波長の100〜300mmの光をきわ
めて吸収しやすいため、結果として電極に必要な
短波長光は全照射光のうちの5〜10%しか照射さ
れない。さらにこの電極の表面でさらにその20〜
40%が反射20されるため、実質的には照射光の
うちの反応に寄与する部分は300nm以上1100nm
までの可視、赤外光であり、かつTiO2電極55
(Eg=3.2eV、すなわち388nm以下の波長を電気
に変換する)ための結果として300〜350nmと全
照射光のうちの10〜20%しか有効でない。このた
め全入射光例えば太陽光の0.5〜1%しか有効利
用されていないという大きな欠点を有していた。
加えてレドツクス溶液が有色液においてはこの溶
液中ですべての光が吸収されてしまうため、
TiO2膜での光−電気変換が不可能であるため全
くレドツクス反応をさせることが不可能であつ
た。 すなわち有色の溶液を用いることができないと
いう欠点をも有していた。 また第1図より明らかな如く、従来はレドツク
ス反応用に半導体を用いた場合、その半導体より
光照射によつて発生した電気エネルギを直接とり
出すことはできなかつた。さらにこの半導体より
電気エネルギを必要量制御してとり出し、不要の
電気エネルギを有効利用するための副産物として
貯蔵することは第1図の場合には不可能であつ
た。 (ホ) 本発明の目的 本発明は光照射により電子およびホールを励起
して光起電力を発生する光電変換装置をレドツク
ス(還元−酸化反応用溶液)と一体化せしめるこ
とにより、発生した電気エネルギーの出力の平坦
化(均一化)、貯蔵及び貯蔵した電気エネルギー
の放出等を行う光発電装置を提供することを目的
とするものである。 本発明は単にレドツクス反応を有効に行なわせ
るのみではなく、光−電気変換、光−レドツクス
(蓄電、放電)反応と3種類を行なうことができ
る。このため太陽光が照射されている時は太陽電
池(光電変換装置)により電気エネルギをとり出
し、またさらい使い切れない余剰分を用いて酸
素、水素を効率良く取り出すレドツクス反応せし
め、または余剰分の電気エネルギをレドツクス溶
液中に保存する二方式を提供するものである。さ
らに夜間等においては貯蔵された反応生成物を再
反応させて再び電気エネルギをとり出すことも可
能とした全時間・全天候型の光発電装置を提供す
ることを目的とするものである。 (ヘ) 発明の構成 本発明は、第1の電極、半導体、第2の電極、
第3の電極、第4の電極およびレドツクス溶液を
有した光発電装置であつて、前記半導体は前記第
1の電極の光照射面側に前記第1の電極に接して
設けられ、前記第2の電極は前記半導体の光照射
側に前記半導体に接し設けられ、前記第3の電極
は前記第1の電極の光照射面の反対面に前記第1
の電極に接して設けられ、前記第4の電極は前記
第3の電極の光照射面の反対側に設けられ、前記
レドツクス溶液は前記第3の電極と第4の電極の
間に充填されており、前記第1の電極は導電性基
板よりなり、前記半導体は再結合中心中和用の元
素が添加された非単結晶半導体により構成された
PIN接合を少なくとも一つ有する光起電力発生半
導体であり、前記第3の電極は前記第1の電極と
は異なる材料よりなるレドツクス用電極であり、
前記第4の電極は前記第3の電極と逆極性である
ことを特徴とする光発電装置である。 また本発明は第1の電極、半導体、第2の電
極、第3の電極、第4の電極およびレドツクス溶
液を有した光発電装置であつて、前記半導体は前
記第1の電極の光照射面側に前記第1の電極に接
して設けられ、前記第2の電極は前記半導体の光
照射側に前記半導体に接して設けられ、前記第3
の電極は前記第1の電極の光照射面の反対面に前
記第1の電極に接して設けられ、前記第4の電極
は前記第3の電極の光照射面に対し反対側に設け
られ、前記レドツクス溶液は前記第3の電極と第
4の電極の間に充填されており、前記第1の電極
は導専電性基板よりなり、前記半導体は再結合中
心中和用の元素が添加された非単結晶半導体によ
り構成されたPIN接合を少なくとも一つ有する光
電力発生用半導体であり、前記第3の電極は前記
第1の電極と同一材料よりなるレドツクス用電極
であり、前記第4の電極は前記第3の電極と逆極
性であることを特徴とする光発電装置である。 本発明はレドツクス反応を行なう半導体の電極
層と光照射が行なわれる半導体の表面を分離し、
互いに反対面に設けたことを第1の特徴としてい
る。これはレドツクス反応は本来レドツクス反応
の反応面自体に光照射を必要とせず、光照射によ
つて発生した電子またはホールとこのレドツクス
用の第3の電極の電極面での電位(単極特性)が
重要であり、PIN接合を構成する半導体において
は、真性半導体(積極的に不純物を添加しないI
層)は電子・ホールの発生、およびその上、下面
のPおよびN層に発生したホール・電子をそれぞ
れの第1および第3の電極への移動を助長する如
き半導体中の内部電界の形成、という如く光照射
によるレドツクス反応の基本機能のすべてを独立
させ、その制御性向上および高効率化をはかつた
ことが重要であるという思想に基づく。 従つて光照射がされる表面へは太陽光が液体を
介することなく直接照射させる。 本発明の構成は太陽電池(光電変換装置)を設
け、その裏面に一体化して蓄電効果を有するレド
ツクス系を設けることを特徴としている。 また本発明はプラズマ気相法により200〜300℃
の低温で作られる水素またはハロゲン元素が添加
されたアモルフアスまたはセミアモルフアス構造
を有する非単結晶半導体を0.3〜1μときわめてう
すく設けた光起電力発生用半導体を用い、さらに
この半導体自体がPINまたはNIP接合をひとつま
たは複数をタンデム構造(PINPIN接合または
NIPNIP接合)で有しており、レドツクスと接す
る第3の電極面は導電基板に接するNまたはP型
の半導体の極性に合わせてカソードまたはアノー
ドを有せしめ、電気化学ポテンシヤルのみで反応
を決定することができるようにしたものである。
そのためいわゆる溶液と半導体との界面に生ずる
界面準位の影響を全くうけなくすることができた
ことを特徴とする。 さらにそのレドツクス系は再生型燃料電池の機
能を有する充放電が可能なプラントンシステムを
も提供することができる。 (ト) 構成の詳細 すなわち第1の電極を構成する導電性基板例え
ばチタン、ステンレスまたはアルミニユーム基板
の上面にPINまたはNIP接合を有する非単結晶の
半導体により光起電力を発生せしめる。この半導
体上の光照射表面に設けられた第2の電極を構成
するITO(酸化インジユームと酸化スズの混合
体)、導電酸化チタンまたは導電性酸化チタンと
酸化インジユームとの多層膜その他の透光性導電
膜、さらにこの導電膜上にくし型に設けられた補
助電極により構成する第2の電極により外部にと
り出す。他法半導体の下層はNまたはP層よりな
る半導体層に電気的に連続した導電性基板(第1
の電極)の反対面には選択的または全面に設けら
れた第3の電極があり、レドツクス溶液と接し、
このレドツクスに電子またはホールを供給する。
この第3の電極は電極材料が第1の電極と同一で
あつても、アノードまたはカソードとして作用す
る場合は、第1と第3の電極は同一材料でよい。
特にカソードとしその材料としてステンレスであ
つた場合、その上面にカソード用電極を設けても
よい。 さらにまたこの第3の電極での直列抵抗の増加
を防ぐため、この電極は10Å〜1μ特に50〜300Å
と極薄にし、その抵抗を1Ω以下にしたことが重
要である。 さらに第1の電極である導電性基板上の半導体
の導電型によつて第3の電極であるレドツクス用
の電極も半導体装置で発生した電荷をレドツクス
系に与えやすい極性となるように適合させてもう
けている。すなわち光起電力発生用の半導体の第
1の電極に接している部分がP型であればアノー
ド、N型であればカソードとなるように第3の電
極を設けている。 さらにこのレドツクス溶液は非水溶液とがあ
る。特に水溶系レドツクス溶液において水を用い
る場合、半導体がレドツクスにN層に接している
カソード電極(電子を溶液に供給する電極をカソ
ードという)側にて水素を発生し、またアノード
電極(ホールを溶液に供給する、すなわち溶液に
とつてはホールをもらうまたは電子を放出する側
の電極をアノードという)であるP層側ではホー
ルと酸素イオンが反応し酸素ガス等が発生する。
このため太陽光と半導体との間に水溶液が介在し
て光特に短波長(100〜300nm)光を吸収してし
まわない、最も強い波長ある可視光を効率良く吸
収するために光電変換効率の高い1.3〜2.0eVのエ
ネルギバンド巾を有するとともにPIN接合を構成
している非単結晶半導体特に水素またはハロゲン
元素が再結合中心中和用として添加されているア
モルフアスまたは格子歪を有する5〜100Åの微
結晶性を有するセミアルモルフアス半導体を用い
た光電変換装置とレドツクス溶液とを一体化する
ことによりレドツクス溶液である水からの、酸素
と水素とを分離発生させることができた。 または本発明においては、従来より知られた白
金−酸化チタン半導体電極系を用いたレドツクス
系に比べて大きな違いを有する。すなわち従来よ
り知られた酸化チタンはエネルギバンド巾が
3.2eVを有するため、照射光のうち387nm以下の
波長の紫外線のみが有効に電子・ホール対を作り
分離することができる。このため太陽光等の
500nmを中心とする連続光に対してはきわめて
効率が低い。またその製造において600〜800℃の
高温高エネルギを必要とする。他方本発明におい
てはEg(エネルギバンド巾)を1.0eV(1240nm以
下の波長で光より電子・ホールを発生させる)〜
2.5eV(496nm以下の、波長で光より電子・ホー
ルを発生させる)を用い、特に照射光で電子・ホ
ールを発生させる活性領域にEg=1.3〜2.0eVを
有する非単結晶の珪素、炭化珪素、珪化ゲルマニ
ユームを用いたことを他の特徴としている。 すなわちこのうち珪素特にアルモフアスまたは
5〜100Åのシヨートレンジオーダの微結晶性の
珪素においては、プラズマ気相法によりシラン、
SiF4等を200〜300℃の低温で作るため、Egは1.4
〜1.9eVを有するため、光特に太陽光に対し3500
〜5000Åの短波長の光吸収係数が単結晶珪素
(Eg=1.1eV)に比べ10〜30倍も短波長側の効率
が大きい。加えて本発明のPIN接合における層
(真性または実質的に真性の導電型)をその短波
長側での光吸収係数が20倍も単結晶珪素に比べて
大きいため、その厚さを0.3〜1μ代表的には0.5μ
でよく、さらにこの活性半導体層に積層して半導
体電極として安定させるためのPまたはN層に対
しては、SixC1-x(0≦x≦1)特にx=0.2〜0.7
の光学的エネルギバンド巾を1.8〜2.8Vと層の
1.3〜2.0eV代表的には1.6〜1.8eVに比べ広く設け
たヘテロ接合とさせた。 以上のような構造にすることにより、光電変換
装置としては照射光がレドツクス溶液等で吸収さ
れず、すべてPIN接合を有する半導体に照射され
ることにより、例えば太陽電池としての5〜15%
の変換効率を得、第3の電極をレドツクス用電極
としてレドツクス反応を行なう上で最適な特性を
持たせて設けることにより、この電気エネルギを
光電変換とレドツクス反応とを独立に精度よく制
御せしめることができるようになつた。 さらに本発明においては、レドツクスに密接す
る第3の電極を半導体にこだわらず以下の材料を
用いてもよい。 すなわちアノード材料として酸化スズ、酸化ア
ンチモン、酸化チタン、酸化鉄、炭化珪素、炭
素、酸化スズまたはアンチモンが添加された酸化
チタン、カソード材料として炭化珪素、白金タン
グステン、ステンレス、炭素、酸化インジユー
ム、酸化インジユームが添加された酸化チタン等
とした。特に半導体を電極材料とする場合に、ア
ノードとするにはホールが出やすくする(電子を
受けいれやすくなる)ためのP型半導体とし、ま
たカソードとしては電子を放出しやすくするため
リンまたはヒ素が添加されたN型半導体を用いる
ことが好ましかつた。金属とする場合はカソード
に仕事関数の大きな材料特にφM=3.5eV以上とす
ると好ましかつた。 前記したヘテロ接合を有する光電変換装置に関
しては、本発明人の出願になる特許願 米国特許
公告4254429号(対応日本特許願53−83467、
83468 S53.7.8出願)米国特許公告4239554号(対
応日本特許願53−86867、86868 S53.7.17出願)
にその詳細が説明されている。 さらにこのPIN接合を2つまたはそれ以上重ね
て作るタンデム構造とすると、PIN接合が1つの
時に発生する電圧が0.7〜1.0Vであるのに対し1.5
〜1.8Vとできるため、さらに好ましかつた。 以下に図面に従つて本発明の実施例を示す。 (チ) 実施例 1 第2図は本発明の実施例のひとつを示したもの
である。 PIN接合を有する非単結晶半導体12はP型半
導体層14が第1の電極30上に設けられ、その
上に型半導体層15、N型半導体層16が積層
して設けられ、N型半導体層上に対向電極として
9が設けられている。 また光照射10に対向する電極9の補助電極2
3とにより第2の電極を構成し、外部引き出し端
子8はスイツチ17をへて負荷11を駆動する。 他方第1の電極30の非単結晶半導体が形成さ
れている面の反対面には、レドツクス用の第3の
電極24が密接して設けられ、これに対向し電極
28がその基板をかねた補助電極29とにより第
4の電極を構成している。 光電変換用半導体の12の表面を機械的に保護
するため、透光性ホルダー(例えば強化ガラス)
21とその間に透光性充填材20例えばシーフレ
ツクスが設けられている。この半導体装置の周辺
部は22で耐レドツクス性および機械強度性を保
つエポキシまたはポリイミド樹脂で補助絶縁をさ
せた。 レドツクス溶液3には水を用い、それを分配す
る場合はイオン変換膜64はなく、水の供給口4
1,42より効率よくアノードにて酸素ガスを、
カノードにて水素ガスを発生し、それぞれを出口
43,44より放出させた。 このレドツクス反応をさせる場合は、スイツチ
19をオン状態にさせればよい。すなわち電気エ
ネルギを得るにはスイツチ17により負荷11を
駆動し、水の分解はスイツチ19によりその双方
を自由に選択させることができるようになつた。 その結果太陽電池としての7〜15%の変換効率
を得、また酸素水素発生用としても外部電界を加
えることなく成就させることができた。 特に第3の電極24を50〜300Åと極薄とした。
酸化鉄(αFe2O3)を第1の基板電極に設け、ま
た他方の第4の電極を白金またはグラフアイトと
した場合、飽和電流として120mA/cm2を得るこ
とができる。このためAM1(100mW/cm2)の光
照射により10mA/cm2の短絡電流を得ることがで
き、エネルギの変換効率の第1図に示す従来例で
得られる効率0.2〜0.4%より約10倍の1.5〜3%を
得ることができた。 (リ) 実施例 2 この実施例はレドツクス溶液として排水溶液を
用いたものである。このため第2図においてイオ
ン交換膜24を設け、アノード24、カソード2
8にて充電された溶液が混合しないようにした。 このレドツクスの非水性の溶媒として、プリピ
レンカーボネイト
(a) Field of Application of the Invention The present invention relates to a photovoltaic device with a function of storing and re-discharging energy generated by light irradiation. (B) Summary of the Invention The present invention combines a solar cell and a redox solution to directly irradiate incident light onto a semiconductor that generates photovoltaic force through light irradiation, that is, a solar cell, thereby using energy from light irradiation. Photovoltaic power generation that dramatically increases the efficiency of the redox reaction method and re-reacts the reaction products produced thereby, making it possible to stably extract energy from light irradiation regardless of the intensity of the irradiated light. It is a device. (C) Prior Art Conventional photoelectric conversion devices, particularly solar cells, can generate photovoltaic force by irradiation with light. However, this solar cell produces output only when it is irradiated with sunlight and is proportional to the intensity of the irradiation, so the output fluctuates greatly depending on whether it is sunny or cloudy. When installed on the roof of a general household, there are drawbacks such as no photovoltaic power being generated when illuminating at night, which is a major problem for practical use in civilian use. A method of using a secondary electric ground to compensate for these problems is known. However, secondary batteries have drawbacks such as being expensive and requiring separate installation locations. On the other hand, redox reactions are known. This typically involves irradiating light onto an oxide semiconductor such as TiO 2 in water, and using the electrons and holes generated on this surface to cause redox (oxidation).
- A general term for reduction reactions or solutions that carry out such reactions). In such conventional redox reactions, it has been considered an essential condition that the semiconductor electrode in contact with the redox solution be irradiated with light. In particular, the semiconductor used in this reaction, typically an oxide semiconductor such as titanium oxide, is irradiated with light to create an interface level between the semiconductor and the redox solution, and this level bends the energy band of the semiconductor surface upward. This is based on the idea of using a depletion layer region formed near the surface. Figure 1 shows a conventional example (JP-A-54-4582 or Appl.
Phys. Lett Vol. 29 No. 6, 15 (1976) p380-340). Glass container 2 containing redox solution 3 and water
An anode 55 and a cathode 54 are provided, and the surface of the anode is made of a semiconductor coated with titanium oxide. Further, light, particularly sunlight 10, is added, and in titanium oxide, which is an N-type semiconductor, electrons and holes are generated by the sunlight. One of the holes gathers on the surface and reacts with oxygen ions in the water, and oxidizing gas is generated on the anode electrode side and released to the outside from the outlet 44. On the other hand, when the switch is turned on, the electrons generated in the semiconductor 55 are neutralized by hydrogen ions at the cathode electrode 54 via the load 53 to generate hydrogen gas, which is emitted to the outside from the outlet 43. In this way, a redox reaction occurs. (d) Problems with the conventional technology In the redox reaction shown in Figure 1, reaction products between the semiconductor and the solution are gradually formed as the reaction between the semiconductor itself and the redox solution progresses on the surface of the semiconductor, resulting in the formation of interface states. As the density changes, it becomes difficult for the reaction products to conduct current, which means that the interface states tend to deteriorate, so even if the actual reaction is carried out by light irradiation, the reaction will essentially stop within 1 hour to 1 day. It was so hot that I ended up doing it. Further, in the conventional redox reaction, as shown in FIG. 1, the irradiated light 10 passes through the container 2 and proceeds in the solution as 10', and then is irradiated onto the cathode or anode electrode 55. Therefore, about 30 to 40% of the irradiated light 10 is reflected 60 at the container surface and the interface with the container solution, and about 60 to 70% of the light 1
0' progresses in solution. If this solution is translucent, for example water, it will easily absorb short wavelength light of 100 to 300 mm, and as a result, only 5 to 10% of the total irradiation light will be irradiated with the short wavelength light necessary for the electrode. . Furthermore, on the surface of this electrode, 20 ~
Since 40% is reflected20, the part of the irradiated light that actually contributes to the reaction is from 300nm to 1100nm.
up to visible, infrared light, and TiO2 electrode 55
(Eg = 3.2 eV, that is, converting wavelengths below 388 nm into electricity) As a result, only 10 to 20% of the total irradiation light is effective at 300 to 350 nm. For this reason, it has a major drawback in that only 0.5 to 1% of the total incident light, such as sunlight, is effectively utilized.
In addition, if the redox solution is a colored liquid, all the light will be absorbed in this solution.
Since photo-electrical conversion was impossible in the TiO 2 film, it was impossible to carry out a redox reaction at all. That is, it also has the disadvantage that colored solutions cannot be used. Furthermore, as is clear from FIG. 1, when a semiconductor is conventionally used for a redox reaction, it has not been possible to directly extract the electrical energy generated by light irradiation from the semiconductor. Furthermore, in the case of FIG. 1, it was impossible to control and extract the necessary amount of electrical energy from this semiconductor and store the unnecessary electrical energy as a by-product for effective use. (e) Purpose of the present invention The present invention aims at generating electrical energy by integrating a photoelectric conversion device that generates photovoltaic force by exciting electrons and holes through light irradiation with redox (reduction-oxidation reaction solution). The object of the present invention is to provide a photovoltaic power generation device that flattens (uniforms) the output of the photovoltaic device, stores and releases the stored electrical energy, and so on. The present invention not only enables effective redox reactions, but also enables three types of reactions: photo-electrical conversion and photo-redox (storage and discharge) reactions. For this reason, when sunlight is shining, electrical energy is extracted using solar cells (photoelectric conversion devices), and the surplus that cannot be used is used to efficiently extract oxygen and hydrogen through a redox reaction, or the excess electricity is Two methods of storing energy in the redox solution are provided. Furthermore, it is an object of the present invention to provide an all-time, all-weather type photovoltaic power generation device that is capable of re-reacting stored reaction products and extracting electrical energy again at night. (f) Structure of the invention The present invention provides a first electrode, a semiconductor, a second electrode,
A photovoltaic device having a third electrode, a fourth electrode, and a redox solution, wherein the semiconductor is provided on the light irradiation surface side of the first electrode in contact with the first electrode, and the semiconductor is provided on the light irradiation surface side of the first electrode, and the semiconductor The third electrode is provided on the light irradiation side of the semiconductor in contact with the semiconductor, and the third electrode is provided on the light irradiation side of the first electrode on the opposite side of the semiconductor.
The fourth electrode is provided on the opposite side of the light irradiation surface of the third electrode, and the redox solution is filled between the third electrode and the fourth electrode. The first electrode is made of a conductive substrate, and the semiconductor is made of a non-single crystal semiconductor to which an element for neutralizing recombination centers is added.
A photovoltaic generation semiconductor having at least one PIN junction, the third electrode being a redox electrode made of a different material from the first electrode,
The photovoltaic device is characterized in that the fourth electrode has a polarity opposite to that of the third electrode. The present invention also provides a photovoltaic device having a first electrode, a semiconductor, a second electrode, a third electrode, a fourth electrode, and a redox solution, wherein the semiconductor is located on the light irradiation surface of the first electrode. The second electrode is provided in contact with the semiconductor on the light irradiation side of the semiconductor, and the third electrode is provided in contact with the semiconductor on the light irradiation side of the semiconductor.
The electrode is provided in contact with the first electrode on a surface opposite to the light irradiation surface of the first electrode, and the fourth electrode is provided on the opposite side to the light irradiation surface of the third electrode, The redox solution is filled between the third electrode and the fourth electrode, the first electrode is made of a conductive substrate, and the semiconductor is doped with an element for neutralizing recombination centers. The third electrode is a redox electrode made of the same material as the first electrode, and the fourth electrode is a redox electrode made of the same material as the first electrode. The photovoltaic device is characterized in that the electrode has a polarity opposite to that of the third electrode. The present invention separates the semiconductor electrode layer where the redox reaction takes place and the semiconductor surface where the light irradiation takes place,
The first feature is that they are provided on opposite surfaces. This is because redox reactions do not originally require light irradiation on the reaction surface of the redox reaction itself, but the electrons or holes generated by light irradiation and the potential (monopolar characteristic) at the electrode surface of the third electrode for redox. is important, and the semiconductors that make up the PIN junction are intrinsic semiconductors (I which do not actively add impurities).
formation of an internal electric field in the semiconductor that promotes the generation of electrons and holes and the movement of the holes and electrons generated in the upper and lower P and N layers to the respective first and third electrodes; This is based on the idea that it is important to make all the basic functions of the redox reaction by light irradiation independent, and to improve its controllability and efficiency. Therefore, the surface to be irradiated with light is directly irradiated with sunlight without going through the liquid. The structure of the present invention is characterized in that a solar cell (photoelectric conversion device) is provided, and a redox system having a power storage effect is provided integrally on the back surface of the solar cell. In addition, the present invention uses a plasma vapor phase method to
A photovoltaic power generating semiconductor is used, in which a non-single-crystalline semiconductor with an amorphous or semi-amorphous structure doped with hydrogen or halogen elements, which is produced at a low temperature of One or more NIP joints are used in a tandem structure (PINPIN joint or
The third electrode surface in contact with the redox has a cathode or anode according to the polarity of the N- or P-type semiconductor in contact with the conductive substrate, and the reaction is determined only by the electrochemical potential. It was made so that it could be done.
Therefore, it is characterized by being completely free from the influence of the so-called interface states generated at the interface between the solution and the semiconductor. Furthermore, the redox system can also provide a planton system capable of charging and discharging that has the function of a regenerative fuel cell. (g) Details of the structure: A photovoltaic force is generated by a non-single crystal semiconductor having a PIN or NIP junction on the upper surface of a conductive substrate, such as a titanium, stainless steel or aluminum substrate, constituting the first electrode. ITO (a mixture of indium oxide and tin oxide), conductive titanium oxide, or a multilayer film of conductive titanium oxide and indium oxide, which constitutes the second electrode provided on the light-irradiated surface of this semiconductor, and other light-transmitting materials It is taken out to the outside through a second electrode constituted by a conductive film and an auxiliary electrode provided in a comb shape on the conductive film. The lower layer of the other method semiconductor is a conductive substrate (first
There is a third electrode selectively or entirely provided on the opposite side of the electrode) in contact with the redox solution,
Supply electrons or holes to this redox.
Even if the third electrode is made of the same electrode material as the first electrode, if it acts as an anode or a cathode, the first and third electrodes may be made of the same material.
In particular, when the cathode is made of stainless steel, a cathode electrode may be provided on its upper surface. Furthermore, to prevent an increase in series resistance at this third electrode, this electrode should be between 10 Å and 1 μ, especially between 50 and 300 Å.
It is important to make it extremely thin and have a resistance of 1Ω or less. Furthermore, depending on the conductivity type of the semiconductor on the conductive substrate, which is the first electrode, the third electrode, which is the redox electrode, is also adapted to have a polarity that makes it easy to transfer the electric charge generated in the semiconductor device to the redox system. It's profitable. That is, the third electrode is provided so that the portion of the semiconductor for photovoltaic generation that is in contact with the first electrode is an anode if it is a P type, and is a cathode if it is an N type. Furthermore, this redox solution may be a non-aqueous solution. In particular, when water is used in an aqueous redox solution, hydrogen is generated at the cathode electrode (the electrode that supplies electrons to the solution is called a cathode) where the semiconductor is in contact with the N layer of the redox, and hydrogen is generated at the anode electrode (the electrode that supplies holes to the solution). On the P layer side, which is the electrode that receives holes or emits electrons (for solutions, the electrode is called an anode), holes and oxygen ions react to generate oxygen gas and the like.
For this reason, an aqueous solution is not interposed between sunlight and the semiconductor and absorbs light, especially short wavelength light (100 to 300 nm), and the photoelectric conversion efficiency is high because it efficiently absorbs visible light, which has the strongest wavelength. Non-single crystal semiconductors that have an energy band width of 1.3 to 2.0 eV and constitute a PIN junction, especially amorphous semiconductors with hydrogen or halogen elements added to neutralize recombination centers, or microscopic particles of 5 to 100 Å with lattice strain. By integrating a photoelectric conversion device using a crystalline semi-almorphous semiconductor with a redox solution, it was possible to separate and generate oxygen and hydrogen from water, which is a redox solution. Also, the present invention has a significant difference compared to the conventionally known redox system using a platinum-titanium oxide semiconductor electrode system. In other words, the conventionally known titanium oxide has an energy band width of
Since it has a voltage of 3.2 eV, only ultraviolet rays with a wavelength of 387 nm or less of the irradiated light can effectively create electron-hole pairs and be separated. For this reason, sunlight etc.
The efficiency is extremely low for continuous light centered around 500 nm. Moreover, its production requires high temperature and high energy of 600 to 800°C. On the other hand, in the present invention, Eg (energy band width) is set to 1.0 eV (electrons and holes are generated by light at a wavelength of 1240 nm or less) ~
Non-single-crystal silicon or silicon carbide that uses 2.5 eV (496 nm or less wavelength, which generates electrons and holes from light) and has Eg = 1.3 to 2.0 eV, especially in the active region that generates electrons and holes with irradiated light. Another feature is the use of silicified germanium. That is, among these silicon, especially aluminum oxide or microcrystalline silicon in the short range of 5 to 100 Å, silane,
Since SiF 4 etc. are made at a low temperature of 200 to 300℃, Eg is 1.4
~1.9eV, so it is 3500V for light, especially sunlight.
The light absorption coefficient at short wavelengths of ~5000 Å is 10 to 30 times higher than that of single crystal silicon (Eg = 1.1 eV). In addition, the layer (intrinsic or substantially intrinsic conductivity type) in the PIN junction of the present invention has a light absorption coefficient on the short wavelength side that is 20 times larger than that of single crystal silicon, so its thickness is reduced to 0.3 to 1 μm. Typically 0.5μ
Furthermore, for a P or N layer laminated on this active semiconductor layer to stabilize it as a semiconductor electrode, Si x C 1-x (0≦x≦1), especially x=0.2 to 0.7.
The optical energy band width of the layer is 1.8~2.8V.
The heterojunction was set to be wider than 1.3 to 2.0 eV, typically 1.6 to 1.8 eV. By adopting the above structure, the irradiated light is not absorbed by a redox solution etc. as a photoelectric conversion device, and all of the irradiated light is irradiated to the semiconductor having the PIN junction, so that, for example, 5 to 15% of the irradiated light is used as a solar cell.
By providing the third electrode as a redox electrode with optimal characteristics for performing a redox reaction, photoelectric conversion and redox reaction can be independently and accurately controlled using this electrical energy. Now I can do it. Furthermore, in the present invention, the third electrode in close contact with the redox is not limited to semiconductors, and the following materials may be used. That is, tin oxide, antimony oxide, titanium oxide, iron oxide, silicon carbide, carbon, titanium oxide to which tin oxide or antimony is added as anode materials, and silicon carbide, platinum tungsten, stainless steel, carbon, indium oxide, and indium oxide as cathode materials. titanium oxide etc. to which is added. In particular, when semiconductors are used as electrode materials, P-type semiconductors are used for the anode to make it easier to emit holes (easier to accept electrons), and phosphorus or arsenic is added for the cathode to make it easier to emit electrons. It was preferable to use an N-type semiconductor. When using metal, it is preferable to use a material with a large work function for the cathode, especially φ M =3.5 eV or more. Regarding the photoelectric conversion device having the above-mentioned heterojunction, the patent application filed by the present inventor is U.S. Patent Publication No. 4254429 (corresponding Japanese Patent Application No. 53-83467,
83468 S53.7.8 application) U.S. Patent Publication No. 4239554 (corresponding Japanese patent application 53-86867, 86868 S53.7.17 application)
The details are explained in. Furthermore, if we create a tandem structure by stacking two or more PIN junctions, the voltage generated when one PIN junction is 0.7 to 1.0V is 1.5 V.
It is even more preferable because it can be made up to 1.8V. Examples of the present invention will be shown below with reference to the drawings. (H) Embodiment 1 FIG. 2 shows one embodiment of the present invention. In the non-single crystal semiconductor 12 having a PIN junction, a P-type semiconductor layer 14 is provided on the first electrode 30, and a layer 15 and an N-type semiconductor layer 16 are stacked thereon. 9 is provided as a counter electrode on the top. Also, the auxiliary electrode 2 of the electrode 9 facing the light irradiation 10
3 constitutes a second electrode, and the external lead terminal 8 drives the load 11 through the switch 17. On the other hand, on the opposite surface of the first electrode 30 to the surface on which the non-single crystal semiconductor is formed, a third electrode 24 for redox is provided in close contact with the third electrode 24, and an electrode 28 opposite thereto serves as its substrate. The auxiliary electrode 29 constitutes a fourth electrode. In order to mechanically protect the 12 surfaces of the photoelectric conversion semiconductor, a translucent holder (e.g. tempered glass) is used.
21 and a translucent filler 20, such as Seaflex, is provided therebetween. The periphery of this semiconductor device was auxiliary insulated at 22 with epoxy or polyimide resin to maintain redox resistance and mechanical strength. When water is used for the redox solution 3 and distributed, the ion conversion membrane 64 is not used and the water supply port 4 is used.
1,42 more efficiently than oxygen gas at the anode,
Hydrogen gas was generated at the canode and released from outlets 43 and 44, respectively. In order to cause this redox reaction, the switch 19 may be turned on. In other words, the switch 17 can be used to drive the load 11 to obtain electrical energy, and the switch 19 can be used to decompose water. As a result, we obtained a conversion efficiency of 7 to 15% as a solar cell, and also succeeded in generating oxygen and hydrogen without applying an external electric field. In particular, the third electrode 24 is made extremely thin, with a thickness of 50 to 300 Å.
When iron oxide (αFe 2 O 3 ) is provided on the first substrate electrode and the other fourth electrode is made of platinum or graphite, a saturation current of 120 mA/cm 2 can be obtained. Therefore, a short circuit current of 10 mA/cm 2 can be obtained by light irradiation of AM1 (100 mW/cm 2 ), which is about 10 times higher than the energy conversion efficiency of 0.2 to 0.4% obtained in the conventional example shown in Figure 1. We were able to obtain 1.5 to 3% of this. (li) Example 2 In this example, a waste water solution was used as the redox solution. For this reason, in FIG. 2, an ion exchange membrane 24 is provided, an anode 24, a cathode 2
8 to prevent the charged solutions from mixing. Propylene carbonate is used as a non-aqueous solvent for this redox.

【式】(以下単に PPKという)またはアセトニトリル(CH3
CN)が無水物すなわち電極反応が少なく安定な
無毒な溶媒の代表的なものである。 レドツクス溶質としてビピリジン(bpy)また
は4、4′(CH32bpyの如きその化合物(以下単に
ビピリジンという)または1、10Phenanthroine
(phen)または4.7-(C6H4SO3)phen2-の如きそ
の化合物(単にフエナンフロリンという)を用い
た。特に溶媒としてこれらFe、RuまたはO5を用
いた以下の材料を用いた。すなわち Fe(ビピリジン)3 2+、(ClO42 2- (単にFBPという) Fe(フエナンスロリン)3 2+、(ClO42 2- Ru(ビピリジン)3 2+、(ClO42 2- (単にRBPという) Ru(フエナンスロリン)3 2+、(ClO42 2- が好ましい。特に物性的にはRBPがすぐれてい
るが、低価格であり無毒性無公害材料である
FBPが実用上好ましいものであつた。 かくの如き材料をレドツクスとして用いること
により、レドツクス反応、すなわち FBP2+FBP3+e- アノード FBP2++e-FBP1+ カソード ただし→充電、←放電 の反応を行なわしめることができた。 カソードとして CBP3++e-CBP2+ ただしCBPはクロムのピビリジンを示す に示される如く、クロムのリーガンド溶媒として
用いてもよい。この充電を行なう場合には、スイ
ツチ19をオンにして行なつた。また蓄積された
エネルギを放電する場合はスイツチ18をオンと
して負荷11を用いてその逆反応をさせた。また
単なる光電変換装置の出力として用いる場合は、
スイツチ17をオンとすればよい。さらに光照射
により充電をさせるから同時に平滑された電圧を
放電させるにはスイツチ17をオンしさらにスイ
ツチ18をオンとすればよい。 かくすることにより、回路系において光エネル
ギを平滑化された電圧にてとり出すことができ
た。レドツクス溶液は図面ではさらに4,5に充
填するため供給は41,42、排出口43,44
を設け大出力をさせてもよい。その他第2図につ
いては実施例1と同様である。 かくすることによつて光エネルギを充電しさら
に放電させた出力の効率は従来示していた0.5〜
1%を5〜10倍の5〜10%を得ることができた。 (ヌ) 実施例 3 この実施例は第3図にそのシステムを示してい
るが、実施例2のレドツクス系を大型化したプラ
ントの例である。 図面においてレドツクス溶液は4,5に実施例
2に示される如くに充填、さらにこの光照射10
を加えてそれぞれのレドツクスを48,53の各
タンクに充填し、ポンプ46,45にて循環させ
て電気出力はD−A変換器および昇温器49をへ
て外部電力系51,52に50にて供給される。 このシステムは光照射がなく、また余剰電力5
1がある場合、それによりレドツクス系4,5に
充電されることができるようになつた。 以上のことよりこの実施例は光−電気変換の電
気エネルギの蒸積、放出とレドツクス系により余
剰電力の蓄積、放出とを同一プラントで作なわせ
たものである。 これは非水溶性のレドツクスを用いたため、こ
の溶液の劣化、電極反応、さらに電極のレドツク
ス溶液への溶解を防いだために初めて可能になつ
たものである。 このため1〜100MWHの電気エネルギの蓄積、
方出も可能になり、光電変換装置の裏面に一体化
して設けたレドツクスシステムによつて初めて可
能となつた。 (ル) 発明の効果 以上の説明により明らかな如く、本発明は光電
変換装置とレドツクス反応と一体化して設けるこ
とができるための光電変換装置の構造の供給する
ものであり、その実用上の効果としていわるスモ
ールケールの一般家庭用のエネルギ変換さらに町
全体のエネルギ変換までもきわめて有効なものと
させたものであり、工業上きわめて重要なものと
判断される。
[Formula] (hereinafter simply referred to as PPK) or acetonitrile (CH 3
CN) is an anhydride, which is a typical stable non-toxic solvent with little electrode reaction. Bipyridine (bpy) or its compounds such as 4,4'(CH 3 ) 2 bpy (hereinafter simply referred to as bipyridine) or 1,10Phenanthroine as a redox solute.
(phen) or its compounds such as 4.7- (C 6 H 4 SO 3 )phen 2- (simply referred to as phenanphlorin) were used. In particular, the following materials using Fe, Ru, or O 5 as solvents were used. That is, Fe (bipyridine) 3 2+ , (ClO 4 ) 2 2- (simply referred to as FBP) Fe (phenanthroline) 3 2+ , (ClO 4 ) 2 2- Ru (bipyridine) 3 2+ , (ClO 4 ) 2 2 - (Simply referred to as RBP) Ru (phenanthroline) 3 2+ and (ClO 4 ) 2 2- are preferred. In particular, RBP has excellent physical properties, but it is also a low-cost, non-toxic and non-polluting material.
FBP was practically preferable. By using such a material as a redox, it was possible to carry out a redox reaction, that is, FBP 2+ FBP 3 +e - anode FBP 2+ + e - FBP 1+ cathode, where → charge, ← discharge. As a cathode, CBP 3+ +e - CBP 2+ However, CBP may also be used as a ligand solvent for chromium, as shown in the figure below, which represents piviridine for chromium. When performing this charging, the switch 19 was turned on. In addition, when discharging the accumulated energy, the switch 18 was turned on and the load 11 was used to cause the reverse reaction. Also, when used simply as the output of a photoelectric conversion device,
All you have to do is turn on the switch 17. Furthermore, since the battery is charged by light irradiation, in order to discharge the smoothed voltage at the same time, it is sufficient to turn on the switch 17 and then turn on the switch 18. By doing so, it was possible to extract optical energy at a smoothed voltage in the circuit system. In the drawing, the redox solution is further filled into ports 4 and 5, so the supply ports are 41 and 42, and the discharge ports 43 and 44.
may be provided to produce a large output. The rest of FIG. 2 is the same as in the first embodiment. By doing this, the output efficiency of charging and discharging light energy is 0.5 to 0.5, which was previously shown.
We were able to obtain 5 to 10%, which is 5 to 10 times more than 1%. (J) Example 3 This example, whose system is shown in FIG. 3, is an example of a plant in which the redox system of Example 2 is enlarged. In the drawing, the redox solution is filled in 4 and 5 as shown in Example 2, and the light irradiation 10
The redox is added to each tank 48, 53 and circulated by pumps 46, 45, and the electrical output is sent to the external power system 51, 52 via a D-A converter and a temperature riser 49. Supplied by This system does not require light irradiation and has surplus power of 5
1, it is now possible to charge the redox systems 4 and 5. From the above, in this embodiment, the evaporation and release of electrical energy for photo-electrical conversion and the storage and release of surplus power are performed by the redox system in the same plant. This was made possible for the first time because the use of water-insoluble redox prevented the solution from deteriorating, electrode reactions, and dissolution of the electrode into the redox solution. Therefore, storage of electrical energy of 1 to 100 MWH,
This was made possible for the first time by a redox system integrated into the back side of the photoelectric conversion device. (l) Effects of the Invention As is clear from the above explanation, the present invention provides a structure for a photoelectric conversion device that can be integrated with a photoelectric conversion device and a redox reaction, and its practical effects. It has been made extremely effective in converting small kale energy for general households and even for entire towns, and is considered to be extremely important from an industrial perspective.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の半導体装置を用いたレドツクス
反応用半導体装置である。 第2図は本発明の半導体装置の概要を示す。 第3図は第2図の半導体装置を用いたレドツク
ス発電システムである。
FIG. 1 shows a semiconductor device for redox reaction using a conventional semiconductor device. FIG. 2 shows an outline of the semiconductor device of the present invention. FIG. 3 shows a redox power generation system using the semiconductor device shown in FIG.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1の電極、半導体、第2の電極、第3の電
極、第4の電極およびレドツクス溶液を有した光
発電装置であつて、 前記半導体は前記第1の電極の光照射面側に前
記第1の電極に接して設けられ、前記第2の電極
は前記半導体の光照射側に前記半導体に接して設
けられ、前記第3の電極は前記第1の電極の光照
射面の反対面に前記第1の電極に接して設けら
れ、前記第4の電極は前記第3の電極の光照射面
に対して反対側に設けられ、前記レドツクス溶液
は前記第3の電極と第4の電極の間に充填されて
おり、 前記第1の電極は導電性基板よりなり、前記半
導体は再結合中心中和用の元素が添加された非単
結晶半導体により構成されたPIN接合を少なくと
も一つ有する光起電力発生用半導体であり、前記
第3の電極は前記第1の電極とは異なる材料より
なるレドツクス用電極であり、前記第4の電極は
前記第3の電極と逆極性であることを特徴とする
光発電装置。 2 特許請求の範囲第1項において、光起電力発
生用半導体はPINまたはPINPIN接合を有する珪
素、ゲルマニユームまたは炭化珪素を主成分とす
るアモルフアスまたは微結晶性を有する半導体に
より設けられたことを特徴とする光発電装置。 3 特許請求の範囲第1項において、第1の電極
および第2の電極により光起電力を検出せしめ、
第2の電極と第4の電極を連結せしめることによ
りレドツクス反応(充電反応)を生ぜしめ、さら
にまたは第3の電極と第4の電極とによりレドツ
クス反応(放電反応)を生ぜしめることを特徴と
する光発電装置。 4 特許請求の範囲第1項において、第3の電極
はアノード材料として酸化スズ、酸化アンチモ
ン、酸化チタン、酸化鉄、炭化珪素、炭素、酸化
スズまたはアンチモンが添加された酸化チタンが
用いられ、カソード材料として炭化珪素、白金タ
ングステン、ステンレス、炭素、酸化インジユー
ム、酸化インジユームが添加された酸化チタン等
が用いられることを特徴とする光発電装置。 5 第1の電極、半導体、第2の電極、第3の電
極、第4の電極およびレドツクス溶液を有した光
発電装置であつて、 前記半導体は前記第1の電極の光照射面側に前
記第1の電極に接して設けられ、前記第2の電極
は前記半導体の光照射側に前記半導体に接して設
けられ、前記第3の電極は前記第1の電極の光照
射面の反対面に前記第1の電極に接して設けら
れ、前記第4の電極は前記第3の電極の光照射面
に対して反対側に設けられ、前記レドツクス溶液
は前記第3の電極と第4の電極の間に充填されて
おり、 前記第1の電極は導電性基板よりなり、前記半
導体は再結合中心中和用の元素が添加された非単
結晶半導体により構成されたPIN接合を少なくと
も一つ有する光起電力発生用半導体であり、前記
第3の電極は前記第1の電極と同一材料よりなる
レドツクス用電極であり、前記第4の電極は前記
第3の電極と逆極性であることを特徴とする光発
電装置。 6 特許請求の範囲第5項において、第1の電極
及び第3の電極はアノード材料として酸化スズ、
酸化アンチモン、酸化チタン、酸化鉄、炭化珪
素、炭素、酸化スズまたはアンチモンが添加され
た酸化チタンが用いられ、カソード材料として炭
化珪素、白金タングステン、ステンレス、炭素、
酸化インジユーム、酸化インジユームが添加され
た酸化チタン等が用いられることを特徴とする光
発電装置。
[Scope of Claims] 1. A photovoltaic device comprising a first electrode, a semiconductor, a second electrode, a third electrode, a fourth electrode, and a redox solution, wherein the semiconductor is a semiconductor of the first electrode. The second electrode is provided on the light irradiation side of the semiconductor in contact with the first electrode, the third electrode is provided on the light irradiation side of the semiconductor in contact with the semiconductor, and the third electrode is provided on the light irradiation side of the semiconductor in contact with the first electrode. The fourth electrode is provided in contact with the first electrode on a surface opposite to the irradiation surface, the fourth electrode is provided on the opposite side to the light irradiation surface of the third electrode, and the redox solution is in contact with the third electrode. and a fourth electrode, the first electrode is made of a conductive substrate, and the semiconductor is a PIN junction made of a non-single crystal semiconductor doped with an element for neutralizing recombination centers. The third electrode is a redox electrode made of a different material from the first electrode, and the fourth electrode is made of a material opposite to the third electrode. A photovoltaic device characterized by polarity. 2. In claim 1, the photovoltaic power generating semiconductor is characterized in that it is made of an amorphous or microcrystalline semiconductor containing silicon, germanium, or silicon carbide as a main component and having a PIN or PINPIN junction. A photovoltaic device. 3. In claim 1, the photovoltaic force is detected by the first electrode and the second electrode,
A redox reaction (charging reaction) is caused by connecting the second electrode and the fourth electrode, and a redox reaction (discharging reaction) is caused by the third electrode and the fourth electrode. A photovoltaic device. 4. In claim 1, the third electrode uses tin oxide, antimony oxide, titanium oxide, iron oxide, silicon carbide, carbon, tin oxide, or titanium oxide added with antimony as the anode material, and the cathode A photovoltaic device characterized in that silicon carbide, platinum tungsten, stainless steel, carbon, indium oxide, titanium oxide added with indium oxide, etc. are used as materials. 5 A photovoltaic device having a first electrode, a semiconductor, a second electrode, a third electrode, a fourth electrode, and a redox solution, wherein the semiconductor has the above-mentioned structure on the light irradiation surface side of the first electrode. The second electrode is provided in contact with the semiconductor on the light irradiation side of the semiconductor, and the third electrode is provided on the opposite side of the light irradiation surface of the first electrode. The fourth electrode is provided in contact with the first electrode, the fourth electrode is provided on the opposite side to the light irradiation surface of the third electrode, and the redox solution is in contact with the third electrode and the fourth electrode. The first electrode is made of a conductive substrate, and the semiconductor is an optical fiber having at least one PIN junction made of a non-single crystal semiconductor doped with an element for neutralizing recombination centers. It is a semiconductor for generating electromotive force, and the third electrode is a redox electrode made of the same material as the first electrode, and the fourth electrode has a polarity opposite to that of the third electrode. A photovoltaic device. 6 In claim 5, the first electrode and the third electrode are made of tin oxide,
Antimony oxide, titanium oxide, iron oxide, silicon carbide, carbon, tin oxide, or titanium oxide to which antimony is added is used, and silicon carbide, platinum tungsten, stainless steel, carbon,
A photovoltaic device characterized in that indium oxide, titanium oxide added with indium oxide, or the like is used.
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