JPH07226527A - 太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 含窒素複素環化合物重合膜からなる正極が固
体または液体電解質を介して、二酸化チタンとともに配
設されている。 【効果】 現在太陽電池としては単結晶シリコンもしく
はアモルファスシリコンによるｐｎ固体接合による太陽
電池が知られているが、これらのシリコン系の太陽電池
は製作コストが高いため、得られる電力コストが高く一
般に広く普及していない。このようなシリコン系太陽電
池に比べて安価に簡単に製作でき、電力コストを大幅に
コストをさげて低廉価とすることができる。広く一般に
普及させることが可能である。発電と充電との組合わせ
も可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、太陽電池に関するも
のである。さらに詳しくは、この発明は、安価で、しか
も簡便な構成とすることのできる新しい太陽電池に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】これまでに実用化されている
太陽電池は、単結晶シリコンもしくはアモルファスシリ
コンによるｐｎ固体接合をその特徴としている。しかし
ながらこれらのシリコン系の太陽電池は製作コストが高
いため、得られる電力コストが高く一般に広く普及して
いないのが現状である。一方、このシリコン系太陽電池
とは別の構成を有するものとしては、二酸化チタンを用
いた湿式太陽電池はスイス連邦工科大学の研究グループ
によって開発されており、二酸化チタンの表面にルテニ
ウム錯体を光増感剤として物理吸着させて高効率な湿式
太陽電池が報告されているが、ルテニウム錯体は高価で
ありまた合成が複雑であるため作成に難がある。また同
様に可能性のある太陽電池として無機半導体や有機半導
体による湿式もしくは乾式太陽電池が検討されている
が、いまだに実用的なものとはなっていない。

【０００３】このため、現在実用化されているシリコン
系の太陽電池の欠点である製作工程の複雑さや、結晶シ
リコン作成に要求される高い技術力、製作コストが高い
ため、得られる電力コストが高く一般に広く普及してい
ない等の欠点を解消し、シリコン系太陽電池の高価な制
作費のコストダウンを図り、また簡単に作成でき、発電
力コストを大幅に低廉価とすることができ、広く一般に
普及させることのできる新しい太陽電池の実現が望まれ
ていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、以上の通り
の課題を解決するものとして、含窒素複素環化合物重合
膜からなる正極が、固体または液体電解質を介して二酸
化チタンとともに配設されていることを特徴とする太陽
電池を提供する。さらに具体的には、この発明は、ｐ型
半導体として働くポリアニリンまたはポリピロール等の
含窒素複素環化合物重合膜と、ｎ型半導体として働く二
酸化チタンを、固体もしくは液体電解質を隔てて密着さ
せることによって得られる新規な太陽電池を提供するも
のである。つまり、電解重合や化学酸化重合、もしくは
光酸化重合によって得られるポリアニリン及びポリピロ
ール等の含窒素複素環化合物重合体を処理してｐ型半導
体状態として導電性ガラス上等に膜形成して正極として
用いる。また無機ｎ型半導体としてはコロイド溶液から
調整し、焼成した透明性の良い二酸化チタンを用いる。
これらポリアニリンと二酸化チタンを隔てる電解質とし
ては種々の酸化還元性の無機塩や酸、塩基の物質を溶解
した溶液、もしくはイオン性物質を含有する固体電解質
を用いる。このようなポリアニリンと二酸化チタンを固
体または液体の電解質を隔てて光を照射する事により、
光電流を得るための太陽電池を構成することができる。

【０００５】重合膜や二酸化チタンの製造については各
種の方法が採用できるが、より代表的には、入手が容易
かつ安価であるアニリンやピロール等を用い、合成が容
易である電解重合によってポリアニリンやポリピロール
等を直接導電性ガラス上に作成する。もしくは化学酸化
重合によって機能性アニオンをドーパントとして取り込
んでポリアニリンまたはポリピロール等を可溶とし、直
接導電性ガラス上のキャストまたはスピンコーティング
することで、ポリアニリンまたはポリピロール薄膜等を
形成する。同じく安価な二酸化チタンのコロイドを四塩
化チタンまたはチタンアルコキシド等より合成して、導
電性ガラス上に薄膜を形成する。この二酸化チタンのゾ
ル溶液にポリエチレングリコールを３０％程度加えて、
粘性を増大し、ディップコーティング法（浸せき引き上
げ法）より二酸化チタンを被覆した導電性ガラスを加熱
焼成を重ねて透明な二酸化チタン被覆導電性ガラスを作
成してもよい。これら二酸化チタン電極もしくは導電性
高分子電極に増感剤色素をドープすることで、吸収帯を
広げ変換効率を向上させることができる。

【０００６】これらの安価な半導体同志を組み合わせる
ことでシリコン系太陽電池より極端に安価な単価で太陽
電池を作成することが可能となる。また作成した太陽電
池の変換効率向上のため、酸化還元可逆性試薬を電解質
に用いて高効率な太陽電池を作成することができる。さ
らには、太陽電池の安定かつ継続的な長寿命な作成を図
るために、ポリアニリンなどの導電性高分子のドーパン
トを適宜に選択することが可能になる。

【０００７】

【作用】この発明においては、ポリアニリンまたはポリ
ピロール等を被覆した導電性ガラスと二酸化チタンを被
覆した導電性ガラスを密着させることでｐｎ接合を形成
し、太陽光に敏感な太陽電池とする。太陽光の下で起電
力を持った太陽電池を作成することができる。さらに光
増感剤を両電極上にドープさせることで可視光領域まで
感光域をひろげることができ、ポリフィリン、トリスル
テニウムビピリジルを増感剤として二酸化チタンまたは
ポリアニリンやポリピロール等に取り込むことで、光に
対する応答性感受性を拡大することができる。また、す
でにポリアニリンやポリピロールは、これを正極に用
い、リチウム合金を負極にした充電型の二次電池として
実用化されているため、リチウム電極二酸化チタン電極
と三層型の構成にすることで、太陽発電機能と併せて光
発電充電池を構成することもできる。

【０００８】これらのｐ型とｎ型半導体を隔てる電解質
としては種々の酸化還元性の無機塩や酸、塩基の物質を
溶解した溶液、もしくはイオン性物質を含有する固体電
解質を用いることができる。このようなｐ型有機半導体
とｎ型無機半導体を固体または液体の電解質を隔てて光
を照射することにより、光電流を得るための太陽電池を
構成する。

【０００９】なお、含窒素複素環化合物重合膜について
は、ポリアニリンおよびポリピロールがその代表的なも
のとして例示されるが、アニリン、ピロールの各種の置
換体、たとえば、アルキル、アルケニル、アミノ、チオ
ール、アミド、ウレア、カルバモイル基等による置換体
や、水素化物、さらには縮合多環系化合物等からの重合
体膜が含まれる。

【００１０】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明の太陽電池について説明する。もちろん、この発明
は、以下の例によって限定されるものではない。

【００１１】

【実施例】（ａ）二酸化チタンコロイド溶液の作成： 窒素ガス雰囲
気下、２００ｍｌ滴下ロート中でチタンテトライソプロ
ポキシド１２５ｍｌと２−プロパノール２０ｍｌを混合
する。その溶液を激しく攪拌しながらイオン交換水７５
０ｍｌに１０分以上かけて加えた。その後１０分以内に
７０ｗｔ％硝酸５．３ｍｌを加えて攪拌し、８時間還流
して二酸化チタンコロイド溶液を生成した。そして得ら
れた二酸化チタンコロイド溶液を減圧濃縮して濃度１８
３．６ｇ／ｌのコロイド溶液を得た。（ｂ）二酸化チタン膜の作成： 上記により合成した二酸
化チタンコロイド溶液にポリエチレングリコール４０ｗ
ｔ％を加えて、導電性ガラス基盤をコロイド溶液に浸斥
してゆっくりと引き上げるディップコート法により二酸
化チタンをコートした。その二酸化チタンコートガラス
を３０分間室温で乾燥した後、４５０℃で３０分間焼成
した。この作業を数回繰返して、膜厚を厚くした。この
操作により透明な二酸化チタンの膜が作成出来た。（ｃ）ポリアニリン膜もしくはポリピロール膜の電解重
合による形成： ０．２Ｍアニリン塩酸塩を１Ｍ塩酸溶液
に溶解させてアニリンの水溶液を作成して、電解重合に
よってポリアニリン膜を導電性ガラス上に形成させる。
同様にピロールの０．１Ｍ過塩素酸リチウムを溶解した
アセトニトリル溶液を作成して、電解重合によってポリ
ピロールを作成する。（ｄ）酸化還元性電解液の調整： ２ｍＭのヨウ素及び
０．２Ｍのヨウ化カリウム及び０．２Ｍのテトラプロピ
ルアンモニウムヨウ素を水、もしくは炭酸エチレン（８
０）アセトニトリル（２０）の混合液に溶解させて電解
液を作成する。（ｅ）太陽電池の作成： 作成した二酸化チタンの透明電
極とポリアニリンまたはポリピロールの電極を密着させ
て、その間にヨウ素電解液を浸透させる事により湿式太
陽電池を作成した。（ｆ）太陽電池の評価： １００Ｗ人工太陽照明灯（ソニ
ートレーディングインターナショナル社製ＸＣ１００Ａ
Ｆ）を用いて１０ｃｍの照射距離より照射し、デジタル
テスターで光電流値〔短絡電流（１ｓｃ）〕と光起電圧
〔開放電圧（Ｖｏｃ）〕を測定した。

【００１２】各種電極を用いた時の光電流（ｍＶ）と電
位差（ｍＶ）を示したものが表１および表２である。表
中のＩ^- ／Ｉ^-3は酸化還元のレドックス対を示してお
り、二酸化チタン電極によってヨウ素の酸化が起こり、
対極のポリアニリン電極では還元されて電極間の酸化還
元の橋渡しを行っている。また、ＬｉＯＣｌ₄ は比較と
しての電解質を示している。

【００１３】光起電力が生じ、太陽電池としての有効性
が確認された。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】

【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、簡単に安価な太陽電池が作成することができ、太陽
電池の一般向け用途として普及が促進される。また、太
陽発電と充電との組合わせが可能となる。現在の火力発
電を中心とする電力発電によって二酸化炭素や種々の窒
素酸化物、イオウ酸化物などの公害物質、大気汚染物質
の排出を抑制することができ、クリーンなエネルギーと
して用いられることが期待される。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 含窒素複素環化合物重合膜からなる正極
   が、固体または液体電解質を介して二酸化チタンととも
   に配設されていることを特徴とする太陽電池。
2. 【請求項２】 請求項１の発電・充電型の太陽電池。