JPS59157976A - 光電極及び光電化学セル - Google Patents
光電極及び光電化学セルInfo
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- JPS59157976A JPS59157976A JP59027964A JP2796484A JPS59157976A JP S59157976 A JPS59157976 A JP S59157976A JP 59027964 A JP59027964 A JP 59027964A JP 2796484 A JP2796484 A JP 2796484A JP S59157976 A JPS59157976 A JP S59157976A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は液体接合光電化学セル、特に液体接合光電池用
光電極構造に係る。
光電極構造に係る。
太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する装置として
種々の型のものが知られている。このうち特に重要なも
のとして、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する
ばかりでなく水を分解して水素を生成し得る液体接合光
電池が¥げられる。
種々の型のものが知られている。このうち特に重要なも
のとして、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する
ばかりでなく水を分解して水素を生成し得る液体接合光
電池が¥げられる。
水は非常に豊富で廉価な資源であり、水素は貯蔵が容易
な非汚染燃料として輸送、加熱及び発電に使用すること
ができるので、水の太陽光分解による水素生成は非常に
重要である。実際に水素の生成及び貯蔵は蓄電池を使用
する直接弐′縦力貯蔵に代わる魅力的なエネルギーであ
る。
な非汚染燃料として輸送、加熱及び発電に使用すること
ができるので、水の太陽光分解による水素生成は非常に
重要である。実際に水素の生成及び貯蔵は蓄電池を使用
する直接弐′縦力貯蔵に代わる魅力的なエネルギーであ
る。
液体接合光電池で水素を発生させるには、電解液中に少
なくとも1個の光電極を使用する必要がある。電解液は
酸性でもアルカリ性でもよい。電解液が酸性の場合、陰
極には下式の反応が生じる。
なくとも1個の光電極を使用する必要がある。電解液は
酸性でもアルカリ性でもよい。電解液が酸性の場合、陰
極には下式の反応が生じる。
(a) 2H”+2e−→H2
この反応は十分な電子が存在する暗状態で行われる。陰
惨の反応は下式で与えられる。
惨の反応は下式で与えられる。
(b) H20’+ 2H+→2H”十%02電解赦
がアルカリの時、陰極反応は (CI H2O+ e−43A)i2 + OH−陽
極反応は (d) 20H−+2H+→H20十阿02で与えら
れる。
がアルカリの時、陰極反応は (CI H2O+ e−43A)i2 + OH−陽
極反応は (d) 20H−+2H+→H20十阿02で与えら
れる。
電解に用いられる電解槽は、光電陰極と従来の金属陰極
、光電陽極と従来の金属陰極、或いは光電陽極と光電陰
極を1史用し得る。
、光電陽極と従来の金属陰極、或いは光電陽極と光電陰
極を1史用し得る。
水素を直接生成するために1史用する電解液として酸性
及びアルカリ性′@、解液のほかにレドックスカップル
が挙けられる。レドックスカップルは水素生成よpむし
ろ電力を直接発生するために使用されており、化学ポテ
ンシャルが光電極の禁制帯幅内に言まれるように選択さ
れる。太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するため
に液体接合光電陽極及び/又は光電陰極1[用する電池
の動作は、論文[太陽光−電力変換及び光電化学セルに
於ける水の光電解(Conversion of Su
nlight int。
及びアルカリ性′@、解液のほかにレドックスカップル
が挙けられる。レドックスカップルは水素生成よpむし
ろ電力を直接発生するために使用されており、化学ポテ
ンシャルが光電極の禁制帯幅内に言まれるように選択さ
れる。太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するため
に液体接合光電陽極及び/又は光電陰極1[用する電池
の動作は、論文[太陽光−電力変換及び光電化学セルに
於ける水の光電解(Conversion of Su
nlight int。
Electrical Power and Phot
oassisted l;1cctrolysisof
Water in Photoelectroch
emical Ce1ls ) jAdam He1l
er 、Accounts of Chemical
Re5earch。
oassisted l;1cctrolysisof
Water in Photoelectroch
emical Ce1ls ) jAdam He1l
er 、Accounts of Chemical
Re5earch。
vol、 14 、1981中に詳述されている。
最適の効率を得るためには、光電極に用いる半導体の禁
制帯幅を1.5〜1.7eVとしかつ7工ルミ準位を電
解液に両立するよう選択する必要がある。
制帯幅を1.5〜1.7eVとしかつ7工ルミ準位を電
解液に両立するよう選択する必要がある。
n型半導体の場合、水の電解が最も良好に行われるのは
、半導体の禁制帯幅が1.5eVよりやや大であり、か
つ熱平衡を得るべく電子が水中に拡散して半導体のエネ
ルギーバンドが電解液の界面近傍まで引き上けられるよ
うに仕事関数が十分小さい時である。この時、入射太陽
光は半導体に吸収されて電子−正孔対を形成し、光によ
り励起された正孔は内部電界により半導体−′電解液界
面に向かって移動する。正孔が適正なエネルギーで水中
に注入されると、システムが酸性であるかアルカリ性で
あるかに応じて上記反応式a及びす、′またはC及びd
に従い、陽極近傍に酸素、陰極近傍に水累がそれぞれ%
生する。
、半導体の禁制帯幅が1.5eVよりやや大であり、か
つ熱平衡を得るべく電子が水中に拡散して半導体のエネ
ルギーバンドが電解液の界面近傍まで引き上けられるよ
うに仕事関数が十分小さい時である。この時、入射太陽
光は半導体に吸収されて電子−正孔対を形成し、光によ
り励起された正孔は内部電界により半導体−′電解液界
面に向かって移動する。正孔が適正なエネルギーで水中
に注入されると、システムが酸性であるかアルカリ性で
あるかに応じて上記反応式a及びす、′またはC及びd
に従い、陽極近傍に酸素、陰極近傍に水累がそれぞれ%
生する。
従来の光電極技術に於ける紋大の問題は、十分な太陽光
変換率をもたらすと同時に動作中に安定性を維持し倚る
半導体材料が倚られないという点にめった。例えば光電
極用として提案されている結晶シリコン半導体材料の禁
制宙幅は約1.1eVであり、この禁制帯幅は最適な太
陽光吸収が得られる範囲にあるが、この半導体材料は使
用中非常に短時間で分解する。この他に光′電極に適用
する場合結晶シリコン半導体材料よりも安定性にすぐn
る結晶牛導体材料として例えはT i O2、WO3及
びS+−Ti03が知られている。しかし乍らこれらの
材料の禁制帯幅は概して大きく、紫外線スペクトルにし
か応答しない。地上に達する太陽光のうち紫外線スペク
トルに含まれるのは小部分でしかないので、とtらの材
料の変換効率は著しく制鳴され実用に適さない。硫化カ
ドミウム((3d8)及び砒化ガリウム(oaAs)結
晶材料の固有禁制帯幅は約1.5〜2.OeVであるが
、こtらの材料は光電解条件下では安定的でない。
変換率をもたらすと同時に動作中に安定性を維持し倚る
半導体材料が倚られないという点にめった。例えば光電
極用として提案されている結晶シリコン半導体材料の禁
制宙幅は約1.1eVであり、この禁制帯幅は最適な太
陽光吸収が得られる範囲にあるが、この半導体材料は使
用中非常に短時間で分解する。この他に光′電極に適用
する場合結晶シリコン半導体材料よりも安定性にすぐn
る結晶牛導体材料として例えはT i O2、WO3及
びS+−Ti03が知られている。しかし乍らこれらの
材料の禁制帯幅は概して大きく、紫外線スペクトルにし
か応答しない。地上に達する太陽光のうち紫外線スペク
トルに含まれるのは小部分でしかないので、とtらの材
料の変換効率は著しく制鳴され実用に適さない。硫化カ
ドミウム((3d8)及び砒化ガリウム(oaAs)結
晶材料の固有禁制帯幅は約1.5〜2.OeVであるが
、こtらの材料は光電解条件下では安定的でない。
本発明に従うと、薄膜半得体合金をベースとする1個以
上のアモルファスシリコンを使用し一〇光電極を製造す
る。アモルファスシリコン半導体合金は該合金の壮挙関
数、フェルミ準位及びエネルギーギャップを個々に制御
することができるので特に有用である。また、アモルフ
ァスシリコン半導体合金は結晶材料よりも低腐蝕性であ
りながら、水の光電解により効果的に太陽エネルギーを
化学的エネルギーに変換する電極を形成し得る。光電極
として使用する具体的なアモルファス合金材料及びその
製法は参考資料である本発明の出願人名義の米国特許第
4217374 、4226898及び4342044
号明細礪中区開示され°Cいる。
上のアモルファスシリコンを使用し一〇光電極を製造す
る。アモルファスシリコン半導体合金は該合金の壮挙関
数、フェルミ準位及びエネルギーギャップを個々に制御
することができるので特に有用である。また、アモルフ
ァスシリコン半導体合金は結晶材料よりも低腐蝕性であ
りながら、水の光電解により効果的に太陽エネルギーを
化学的エネルギーに変換する電極を形成し得る。光電極
として使用する具体的なアモルファス合金材料及びその
製法は参考資料である本発明の出願人名義の米国特許第
4217374 、4226898及び4342044
号明細礪中区開示され°Cいる。
本発明は、堆積表面を有する基板と、基板表面に堆積さ
れた反射層と、反射層上に堆&はnだ薄膜アモルファス
シリコン半導体合金構造とを含む成体接合光電池用光を
極を提供する。アモルファスシリコン半導体合金部分は
第1及び第2の層を含んでいる。第1の贋は反射層に近
接して装置され、脇1のドー・ξントヲ宮んでおり、デ
バイスの導出、リードに連結てれている。史に本発明は
太陽光を電気工坏ルギー丑7bは燃料として貯献さ扛る
エネルギーに変換するための光電化学セルを提供する。
れた反射層と、反射層上に堆&はnだ薄膜アモルファス
シリコン半導体合金構造とを含む成体接合光電池用光を
極を提供する。アモルファスシリコン半導体合金部分は
第1及び第2の層を含んでいる。第1の贋は反射層に近
接して装置され、脇1のドー・ξントヲ宮んでおり、デ
バイスの導出、リードに連結てれている。史に本発明は
太陽光を電気工坏ルギー丑7bは燃料として貯献さ扛る
エネルギーに変換するための光電化学セルを提供する。
この光電化学セルの内部スペースは膜を介して陽極室と
陰極室とに分割され−Cいる。陽極室及び陰極室はそれ
ぞれ少なくとも部分的に颯解液と接触している奄換を言
んでいる。電極の少なくとも1個は本文中に記載の型の
元′電極でおる。光電化学セルは太陽光を電気として使
用し侍るエネルギーまたは燃料に変換すべく光電極にフ
ォトンを照射するための手段を更に含んでいる。
陰極室とに分割され−Cいる。陽極室及び陰極室はそれ
ぞれ少なくとも部分的に颯解液と接触している奄換を言
んでいる。電極の少なくとも1個は本文中に記載の型の
元′電極でおる。光電化学セルは太陽光を電気として使
用し侍るエネルギーまたは燃料に変換すべく光電極にフ
ォトンを照射するための手段を更に含んでいる。
−具体例に於いて半導体合金部分は、導電り−げに連結
されており例えばボロンを濃度約1023原子数/cm
3までドープさnた第1のp+型アモルファスシリコン
合金接触層を宮み得る。第1の層の上には例えはぎロン
を濃度約1017原子数/cm”までドープされた第2
のアモルファスシリコン合金層が堆積され、こうして光
電陰極が形成される。
されており例えばボロンを濃度約1023原子数/cm
3までドープさnた第1のp+型アモルファスシリコン
合金接触層を宮み得る。第1の層の上には例えはぎロン
を濃度約1017原子数/cm”までドープされた第2
のアモルファスシリコン合金層が堆積され、こうして光
電陰極が形成される。
本発明の光電陰極の一具体例に従うと、第1の層の厚さ
は約600〜1500オングストローム、第2の層の厚
さは約5000〜6000オングストロームのオーダで
ある。反射層は好1しくけアルミニワムかモリブデンの
いずれかであり、厚さは約2000オ・ングストローム
のオーダである。
は約600〜1500オングストローム、第2の層の厚
さは約5000〜6000オングストロームのオーダで
ある。反射層は好1しくけアルミニワムかモリブデンの
いずれかであり、厚さは約2000オ・ングストローム
のオーダである。
本発明の別の具体例に従うと、光11L極は、半導体合
金kgとして例えばリンを濃度約1027原子数/ef
n3までドープされた厚さ約(,00〜1500オング
ストロームのオーダの第1のn+型アモルファスシリコ
ン合金接触層を備える光電陽極であり得る。
金kgとして例えばリンを濃度約1027原子数/ef
n3までドープされた厚さ約(,00〜1500オング
ストロームのオーダの第1のn+型アモルファスシリコ
ン合金接触層を備える光電陽極であり得る。
第1の増は反射層に近接して形成さ扛、4篭り−ドと連
結される。第2の層は符にドープさ詐る8秩はないがn
型導電性であり得、好筐しくけ厚さ約5000〜600
0オングストロームのオーダでめる。
結される。第2の層は符にドープさ詐る8秩はないがn
型導電性であり得、好筐しくけ厚さ約5000〜600
0オングストロームのオーダでめる。
光電陽極は、千碑体合金を液体歳合光電池デノ々イスの
電解液から保護すべくこの半導体合金に堆積されたトン
ネル効果型薄膜酸化物層を含み得る。
電解液から保護すべくこの半導体合金に堆積されたトン
ネル効果型薄膜酸化物層を含み得る。
この酸化物層はトンネル効果の可能な厚さに形成された
シリコン合金半導体材料の真性の酸化物であシ得る。一
般に酸化物層の厚さは約10〜40オングストロームの
オーダである。
シリコン合金半導体材料の真性の酸化物であシ得る。一
般に酸化物層の厚さは約10〜40オングストロームの
オーダである。
史に別の具体例に於いて半導体合金杷五は、導電リード
に蓬結さ扛ており濃度1o23原子数/C’m3丑でド
ープされたp+型アモルファスシリコン牛導体合金から
成る第1の層と、夾質的に真性(ややnド・−プ8!り
のアモルファスシリコン半導体合金から欣る第2の層と
、濃度約1027原子数/6n3までドープきnたn+
型アモルファスシリコン半導体合金から成る第3の層と
を含み伶る。好ましくは、第1の層の厚さは200〜1
500オングストローム、第2の層の厚さは5000〜
6000オングストローム、第3の層の厚さは約600
〜1500オングストロームのオー〆でわる。
に蓬結さ扛ており濃度1o23原子数/C’m3丑でド
ープされたp+型アモルファスシリコン牛導体合金から
成る第1の層と、夾質的に真性(ややnド・−プ8!り
のアモルファスシリコン半導体合金から欣る第2の層と
、濃度約1027原子数/6n3までドープきnたn+
型アモルファスシリコン半導体合金から成る第3の層と
を含み伶る。好ましくは、第1の層の厚さは200〜1
500オングストローム、第2の層の厚さは5000〜
6000オングストローム、第3の層の厚さは約600
〜1500オングストロームのオー〆でわる。
従って、本発明の第1の目的は液体接合光電化学デバイ
ス中の電解液に浸漬され倚る導電リードと、堆積表面を
有する基板と、基板の堆積表面に堆積さ扛た反射層とを
含む光′a極を提供することである。本発明の光電極は
、反射層上に堆積され−Cおり少なくとも第1及び第2
の層とから成る薄膜アモルファスシリコン半導体合金構
造を冨むことを特徴とする。第1の層は反射層に近接し
て配置され、第1のドーパントを含んでいる。第1の層
は光寛化字デ・々イスの導電リードに連結されるべく構
成される。
ス中の電解液に浸漬され倚る導電リードと、堆積表面を
有する基板と、基板の堆積表面に堆積さ扛た反射層とを
含む光′a極を提供することである。本発明の光電極は
、反射層上に堆積され−Cおり少なくとも第1及び第2
の層とから成る薄膜アモルファスシリコン半導体合金構
造を冨むことを特徴とする。第1の層は反射層に近接し
て配置され、第1のドーパントを含んでいる。第1の層
は光寛化字デ・々イスの導電リードに連結されるべく構
成される。
本発明の第2の目的は太陽光を電気エネルギー葦たは燃
料として貯厭さ肚るエネルギーに変換するための光電化
学セルを提供することである。この光電化学セルは内部
スペース1+する。内部スペースは、このスペース内に
配置された膜により陽極室と陰極室に分割ぜ扛る。光電
化学セルは、陽極室及び陰極室に光電で牡だ電解液と、
少なくとも一部が電解液と接触するように陽極室に配置
さnた′1極と、少なくとも一部が電解液と接触するよ
うに電極¥−に配置でれた一極と、太陽元金電気的エネ
ルギーぼたは燃料に変換すべく光電極にフォトンを照射
するための手段とを含んでいる。
料として貯厭さ肚るエネルギーに変換するための光電化
学セルを提供することである。この光電化学セルは内部
スペース1+する。内部スペースは、このスペース内に
配置された膜により陽極室と陰極室に分割ぜ扛る。光電
化学セルは、陽極室及び陰極室に光電で牡だ電解液と、
少なくとも一部が電解液と接触するように陽極室に配置
さnた′1極と、少なくとも一部が電解液と接触するよ
うに電極¥−に配置でれた一極と、太陽元金電気的エネ
ルギーぼたは燃料に変換すべく光電極にフォトンを照射
するための手段とを含んでいる。
電極の少なくとも一方は光電極である。光′電極は堆積
表面を刹する基板と、購根の堆積表面に堆積された反射
1mと、婢寛リードとを菖んでいる。本発明の光電極は
、反射層上に堆積てれており少なくとも第l及び第2の
増から欣る薄膜アモルファスシリコン半導体合金構造を
営むこと’(f%似とする。第1の層は反射層に近接し
て配置され、第1のドーパントを含んでいる。第1の層
に導電リードに連結さ扛るように構敢埒扛る。
表面を刹する基板と、購根の堆積表面に堆積された反射
1mと、婢寛リードとを菖んでいる。本発明の光電極は
、反射層上に堆積てれており少なくとも第l及び第2の
増から欣る薄膜アモルファスシリコン半導体合金構造を
営むこと’(f%似とする。第1の層は反射層に近接し
て配置され、第1のドーパントを含んでいる。第1の層
に導電リードに連結さ扛るように構敢埒扛る。
添付図面を参考にして本発明の好捷しい具体例を以下に
記載する。
記載する。
第1図は水の光電解用液体接合光電化学セル1゜を示し
ている。光電化学セル10は電解液中に浸漬δれた2個
の光電極14及び16を備える槽12により構成される
。光電極は膜18にょシ光電陽極14と光電陰極16と
に分離さrる。各光電極は堆積表面24及び26を廂す
る基板2o及び22を名′んでいる。基板20及び22
はステンレス鋼、ガラスまたは比較的剛性の支持体とな
り得る他の何らかの材料から構成され得る。
ている。光電化学セル10は電解液中に浸漬δれた2個
の光電極14及び16を備える槽12により構成される
。光電極は膜18にょシ光電陽極14と光電陰極16と
に分離さrる。各光電極は堆積表面24及び26を廂す
る基板2o及び22を名′んでいる。基板20及び22
はステンレス鋼、ガラスまたは比較的剛性の支持体とな
り得る他の何らかの材料から構成され得る。
スパッタ或いは蒸着のような従来の堆積技術を使用して
、基板の堆積表面24及び26上に薄膜反射層28及び
30が堆積される。反射層28及び30は好ましくはモ
リブデン、アルミ二ヮムまたは不透明となるに十分な厚
さを有する何らかの基当14電性材料から7し成され得
る。不透明な第1のモリブデンXIを形成するにはモリ
ブデンの厚さを約300オングストロームより犬とする
。
、基板の堆積表面24及び26上に薄膜反射層28及び
30が堆積される。反射層28及び30は好ましくはモ
リブデン、アルミ二ヮムまたは不透明となるに十分な厚
さを有する何らかの基当14電性材料から7し成され得
る。不透明な第1のモリブデンXIを形成するにはモリ
ブデンの厚さを約300オングストロームより犬とする
。
好ましい具体例に於いて反射層28及び3oの厚さは約
2000オングストロームのオーダである。
2000オングストロームのオーダである。
次に反射M28及び30の上に多層アモルファスシリコ
ン半4坏合金構造32及び34が堆積される。アモルフ
ァスシリコン半導体合金構造32及び34は好1しくは
a−8i:F:Hまたはa−8i:Hx金合金いずれか
である。こ71.らの合金はFnJ出の特訂明細膏に記
載のプラズマまたはグロー放電技術により堆積され得る
。
ン半4坏合金構造32及び34が堆積される。アモルフ
ァスシリコン半導体合金構造32及び34は好1しくは
a−8i:F:Hまたはa−8i:Hx金合金いずれか
である。こ71.らの合金はFnJ出の特訂明細膏に記
載のプラズマまたはグロー放電技術により堆積され得る
。
第2,3及び4図は多層アモルファスシリコン合金光電
極の各具体例を示し−Cいる。まず第2図は、ステンレ
ス鋼またはガラス基板36と、該泰似上に堆積され好ま
しくは厚さ約2000オングストロームのアルミニウム
から成る反射層38と金含むp+型光電陰極16′金示
している。多層アモルファスシリコン合金構造34′は
、まず#度約1028原子数/6n3までゼロンをドー
プされたa−8i:F:Hまたはasi:H)(材料か
ら成るp+型層40を反射層38上に形成または堆積す
ることによp構成される。p+型層40は導電リードと
連結し得る接触層であp1好ましくは厚さ約600〜1
500オングトロ・−ムのオーダでるる。更に実質的に
真性の(1) a Si :HXまたはa−8i:F
:Hから成る最上層42が厚さ約5000〜6000オ
ングストロームに堆積され侍る。最上層に例えはポロン
を非常に少霊ドープされたp型である。光電陰極16′
は最上層42を含んでも宮まなくてもよい。
極の各具体例を示し−Cいる。まず第2図は、ステンレ
ス鋼またはガラス基板36と、該泰似上に堆積され好ま
しくは厚さ約2000オングストロームのアルミニウム
から成る反射層38と金含むp+型光電陰極16′金示
している。多層アモルファスシリコン合金構造34′は
、まず#度約1028原子数/6n3までゼロンをドー
プされたa−8i:F:Hまたはasi:H)(材料か
ら成るp+型層40を反射層38上に形成または堆積す
ることによp構成される。p+型層40は導電リードと
連結し得る接触層であp1好ましくは厚さ約600〜1
500オングトロ・−ムのオーダでるる。更に実質的に
真性の(1) a Si :HXまたはa−8i:F
:Hから成る最上層42が厚さ約5000〜6000オ
ングストロームに堆積され侍る。最上層に例えはポロン
を非常に少霊ドープされたp型である。光電陰極16′
は最上層42を含んでも宮まなくてもよい。
第3図は本発明に便いガラスまたはステンレス鋼基板4
4紮、基板44上に厚は約2000オングストロームに
堆積されたモリブデン反射層46と、反射層46上に堆
積さ扛た多層アモルファスシリコン半導体合金構造34
“とから構成されるPIN型光寛陰極16“を示す。多
層アモルファスシリコン半導体合金構造34”はまず濃
度約1023原子数/の3までIロンをドープされたp
+型のa−8i:F:Hまたはa−8i:H1導電層4
8を形成することに構成される。第1の層48の厚さは
好址しくけ約200〜1500オングストロームのオー
ダである。次に第10層48の上に、実質的に真性の(
■)(ややn型ドープ型の)a−8i:F:Hまたはa
−8i:HX半碑体合金からなる痺さF15000〜6
000オングストロームの層50が堆積芒れる。最彼に
濃度約1027原子数/Cm3までリンをドープされた
計型a−8i : F : H”またはa −S i
;Hx半導体合金により最上JvfI5’2が形成され
る。
4紮、基板44上に厚は約2000オングストロームに
堆積されたモリブデン反射層46と、反射層46上に堆
積さ扛た多層アモルファスシリコン半導体合金構造34
“とから構成されるPIN型光寛陰極16“を示す。多
層アモルファスシリコン半導体合金構造34”はまず濃
度約1023原子数/の3までIロンをドープされたp
+型のa−8i:F:Hまたはa−8i:H1導電層4
8を形成することに構成される。第1の層48の厚さは
好址しくけ約200〜1500オングストロームのオー
ダである。次に第10層48の上に、実質的に真性の(
■)(ややn型ドープ型の)a−8i:F:Hまたはa
−8i:HX半碑体合金からなる痺さF15000〜6
000オングストロームの層50が堆積芒れる。最彼に
濃度約1027原子数/Cm3までリンをドープされた
計型a−8i : F : H”またはa −S i
;Hx半導体合金により最上JvfI5’2が形成され
る。
第4図は、ガラス、ステンレス鋼または他の類似の材料
から形成はれる基板54と、該基板上に形成された厚さ
約200オングストロームのモリブデンからなる反射層
56とを含むn型光電陽極14′ヲ示している。多層ア
モルファスシリコン合金構造32′は、まず濃度約10
27原子数/an”までリンをドープされたn+型a−
8r:F:Hまたはa−8i:H)(半導体1#158
を堆積することにより構成される。第1の層58の厚さ
は約600〜15000オングストロームである。次に
厚さ約5000〜6000オングストロームのオーダの
実質的に真性の(1)(ややnドープ型の)a−8i:
F:Hまたはa−8i :HX半導体からなる層60が
堆積さnる。厳後に主に変換効率を増すために真性半導
体層60の鰭出面上に酸化物からなる最上層62が堆積
或いは形成される。
から形成はれる基板54と、該基板上に形成された厚さ
約200オングストロームのモリブデンからなる反射層
56とを含むn型光電陽極14′ヲ示している。多層ア
モルファスシリコン合金構造32′は、まず濃度約10
27原子数/an”までリンをドープされたn+型a−
8r:F:Hまたはa−8i:H)(半導体1#158
を堆積することにより構成される。第1の層58の厚さ
は約600〜15000オングストロームである。次に
厚さ約5000〜6000オングストロームのオーダの
実質的に真性の(1)(ややnドープ型の)a−8i:
F:Hまたはa−8i :HX半導体からなる層60が
堆積さnる。厳後に主に変換効率を増すために真性半導
体層60の鰭出面上に酸化物からなる最上層62が堆積
或いは形成される。
酸化物層62の厚さは、該酸化物j−がバルク状の絶縁
体であったとしても電流が流れるようトンネル効果型に
形成される。トンネル効果を確保するために、酸化物層
62の厚さは酸化物が堆積される半纏体材料の型に応じ
て約10〜40オングストロームとすることが好ましい
。酸化物層は例えば真性半導体層60の表面を酸化する
ことにより成長した防電体層でめるか或いは別個に堆積
された誘′亀体層であり得る。後者の場合、葭化物増は
Nb20g、 5JO3,Sing、 TiO2,Ta
205のようym々の酸化物のいずれかから構成され、
或いは変侯幼4<を請訓し得る他の何らかの適当な拐料
から構成され侍る。酸化物層62の一例の@造及び動作
は、参考資料である米国材計出願第353767号、兄
明の名称:[トン浄ル効果型界面増を廟する液体接合光
電池(Li7t+id J unct ion Pho
tovol taicDevice With Tun
nelable Interfacial Layer
) J、出願日: 1982年3月1日、中に開示さ
れている。
体であったとしても電流が流れるようトンネル効果型に
形成される。トンネル効果を確保するために、酸化物層
62の厚さは酸化物が堆積される半纏体材料の型に応じ
て約10〜40オングストロームとすることが好ましい
。酸化物層は例えば真性半導体層60の表面を酸化する
ことにより成長した防電体層でめるか或いは別個に堆積
された誘′亀体層であり得る。後者の場合、葭化物増は
Nb20g、 5JO3,Sing、 TiO2,Ta
205のようym々の酸化物のいずれかから構成され、
或いは変侯幼4<を請訓し得る他の何らかの適当な拐料
から構成され侍る。酸化物層62の一例の@造及び動作
は、参考資料である米国材計出願第353767号、兄
明の名称:[トン浄ル効果型界面増を廟する液体接合光
電池(Li7t+id J unct ion Pho
tovol taicDevice With Tun
nelable Interfacial Layer
) J、出願日: 1982年3月1日、中に開示さ
れている。
本発明に従うと、第2図17ζは第3図に閃して説明し
た光電1跳極16′及び16“のような光電陰極と、第
4図に関して述べた光電陽極14′のような光電陽極と
全1更用することにより、光電解が生じ得る。或いは一
方の電極のみに光電極を1史用し、他方には従来の金柄
対電極を便用することもできる。
た光電1跳極16′及び16“のような光電陰極と、第
4図に関して述べた光電陽極14′のような光電陽極と
全1更用することにより、光電解が生じ得る。或いは一
方の電極のみに光電極を1史用し、他方には従来の金柄
対電極を便用することもできる。
再び第1図を見ると、光電化学セル10は第4図及び8
2図に関して説明したように構成された光電陽極14及
び光電陰極16を含んでいる。接触層58及び40と負
荷68との間には1対の好適な導電リード64及び66
が連結される。次に、フォトン72が光電極14及び1
6に照射された時にに述の反応に従って光電解が生じる
ように、槽1’2中の光電極14及び16を浸漬ずべく
好適な電解液70が充填される。
2図に関して説明したように構成された光電陽極14及
び光電陰極16を含んでいる。接触層58及び40と負
荷68との間には1対の好適な導電リード64及び66
が連結される。次に、フォトン72が光電極14及び1
6に照射された時にに述の反応に従って光電解が生じる
ように、槽1’2中の光電極14及び16を浸漬ずべく
好適な電解液70が充填される。
以下に述べる実施例1は光電極を用いて光を解を行った
もの、また実施例2〜4は光電極を太陽光/電気エネル
ギー変換に適用したものである。
もの、また実施例2〜4は光電極を太陽光/電気エネル
ギー変換に適用したものである。
光電解の除、負荷68全電源装置に換えてもよい。
実施例1
第2図の構造を有するa−8i :HX (ゼロンドー
プ型)8−/p”/p塑光電陰極をx、oMKOt電解
液中で試験した。SCE参照電極に対する光電陰極の開
放電圧Vocは一〇、64Vであp1光照射強度45m
W/cm”の時電圧−1,20ポ゛ルトで電流0.34
m人/crn2であった。電極に照射すると電極から水
素ガスが発生した。第3図の型のPIN型光型光全極じ
乗件で試験すると、開放′電圧Vocは−0,30Vで
あり、−1,20ボルトで電流1.6mA/cm”でめ
った。
プ型)8−/p”/p塑光電陰極をx、oMKOt電解
液中で試験した。SCE参照電極に対する光電陰極の開
放電圧Vocは一〇、64Vであp1光照射強度45m
W/cm”の時電圧−1,20ポ゛ルトで電流0.34
m人/crn2であった。電極に照射すると電極から水
素ガスが発生した。第3図の型のPIN型光型光全極じ
乗件で試験すると、開放′電圧Vocは−0,30Vで
あり、−1,20ボルトで電流1.6mA/cm”でめ
った。
実施?l12
電解液として7エロセニウムイオンレビツクス対を営む
IMの四メチルアンモニウム塩/エタノール溶液を光電
された片側のセル中で第4図の型のn型ブt、電陽極を
試峡した。それぞれ10mW/α2゜45mW/cm2
及び100 mW/1an2の光照射強度に於ける変換
効率は2.4%、1.1m及び0.45%であった。
IMの四メチルアンモニウム塩/エタノール溶液を光電
された片側のセル中で第4図の型のn型ブt、電陽極を
試峡した。それぞれ10mW/α2゜45mW/cm2
及び100 mW/1an2の光照射強度に於ける変換
効率は2.4%、1.1m及び0.45%であった。
実施例3
第3図の型のPIN型:jt電陰極について同殊に太陽
光/箪気工坏ルギー変換試験?行った。片側のセルの電
解液として0.1MのKI25mMのメチルビオロゲン
を言むアセトニトライト30%水浴液を使用した。sa
g命叩、電極に対して開放電圧Vocは0.7■、短絡
電流Iscは1.4mA/cm”であった。変換効率は
0.22%でめった。
光/箪気工坏ルギー変換試験?行った。片側のセルの電
解液として0.1MのKI25mMのメチルビオロゲン
を言むアセトニトライト30%水浴液を使用した。sa
g命叩、電極に対して開放電圧Vocは0.7■、短絡
電流Iscは1.4mA/cm”であった。変換効率は
0.22%でめった。
実施例4
第2図の型のp型光電陰極をPIN型光電陰極の場合と
同一のセル中で試験した。p型光電陰極の変換効率は0
.05%、開放電圧Vocは0.14 V、短絡電流I
scは1.1mA/cm”で勘った。
同一のセル中で試験した。p型光電陰極の変換効率は0
.05%、開放電圧Vocは0.14 V、短絡電流I
scは1.1mA/cm”で勘った。
以上の記載を参考にして本発明全変形することが可能で
ある。例えば光を極14及び16の一方または両方は電
極の安定性を強化すべく元腐蝕安定化層を含み得る。光
腐蝕安定化ノーはFan et al。
ある。例えば光を極14及び16の一方または両方は電
極の安定性を強化すべく元腐蝕安定化層を含み得る。光
腐蝕安定化ノーはFan et al。
「半導体電極(Sem1conductor Elec
trodes川、Journal of the El
ectrochemicol 5ociety 、 V
ol 。
trodes川、Journal of the El
ectrochemicol 5ociety 、 V
ol 。
129 、A7 、ゴuly 、 1982中に結晶電
極について記載されているように、プラチナ、イリジウ
ム捷たは間知の金属のケイ化物の薄層であり得る。この
ように、本発明は特許請求の範囲を逸脱しない限りに於
いて以上の記載の変形が可能である。
極について記載されているように、プラチナ、イリジウ
ム捷たは間知の金属のケイ化物の薄層であり得る。この
ように、本発明は特許請求の範囲を逸脱しない限りに於
いて以上の記載の変形が可能である。
第1図は本発明に促い光電南極と光電陰極とを備える液
体接合光′電化学セルの値略已明図、第2図は本発明に
従うn型光電陽極の断面図、第3図は本発明に従うPi
N型光′亀陰極の断面図、及び第4図は本発明に従うn
型光電陽極の断面図である。 10・・・光電化学セル、12・・・槽、14.14’
・・・光電南極、16.16’、16“・・・光電陰極
、18・・・膜、20.22,36.44.54・・・
納板、28 、30 、38 、46 。 56・・・反射層、32 、34 、32’、 34’
、 34“・・・多層アモルファスシリコン半ス序体合
金構造、64.66・・・導電り〜ド、68・・・負荷
、70・・・′kL解液。 、/6” アメリカ合衆国カリフォルニア 91367ウツドランド・ヒルズ・ アーウィン・ストリート22111 アパートメント・アール−223
体接合光′電化学セルの値略已明図、第2図は本発明に
従うn型光電陽極の断面図、第3図は本発明に従うPi
N型光′亀陰極の断面図、及び第4図は本発明に従うn
型光電陽極の断面図である。 10・・・光電化学セル、12・・・槽、14.14’
・・・光電南極、16.16’、16“・・・光電陰極
、18・・・膜、20.22,36.44.54・・・
納板、28 、30 、38 、46 。 56・・・反射層、32 、34 、32’、 34’
、 34“・・・多層アモルファスシリコン半ス序体合
金構造、64.66・・・導電り〜ド、68・・・負荷
、70・・・′kL解液。 、/6” アメリカ合衆国カリフォルニア 91367ウツドランド・ヒルズ・ アーウィン・ストリート22111 アパートメント・アール−223
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1) 液体接合光成化学デバイスの電解液中に浸漬
される得・酸性リードと、堆積表面を有する基板と、基
板の堆積鉄面に堆積された反射層と、全備えてなる光電
極に於いて、光電極は、反射層に近接して配置され液体
接合光電化学デ・々イスの24亀性リードに連結される
べく構成されており、第1のドー、eントを含む第1の
層と、第2の1慴と、を少なくとも有しておシかつ反射
層上に堆積された薄膜アモルファスシリコン半碑体合金
構造を含むことを特徴とする前記光′電接。 (2)第2の層は実質的に真性であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載の光′亀l急。 (3)第1の層は鐵度約10 原子数/dまでドープさ
れた第1のp型アモルファスシリコン接触合金層である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の光電極
。 (4)ドーパントはボロンであることを特徴とする特許
請求の範囲第1項に記載の光’m極。 (5)半導体合金はa−8i:F:H及びa−8i :
Hxから成るグループから選択されることを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載の光電極。 (6)第1の層は、導電性リードに連結されるよう構成
されており紀2のドー7eントを濃度約1027原子数
/c/Lまでドープされたn型アモルファスシリコン合
金接触層であり、第2の増は実質的に真性のアモルファ
スシリコン合金層であることを特徴とする特許梢求の範
囲第1項に記載の光電極。 (7+第1の層はリンをドープされていることを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の光′電像。 (8)半導体構造は、導電性リードに連結されるべく構
成されたp型 アモルファスシリコン半導体合金から成
る第1の層と、実質的に真性のアモルファスシリコン半
導体合金から成る第2の層と、n十型アモルファスシリ
コン半導体合金から成る第3の層と、金含むこと金%徴
とする特許請求の範囲第1項に記載の光電極。 +9)Mlの層1−1:績度約10”原子ff/1t−
7’、Nロンをドープされて2シ、第3の層は濃度約1
027原子数/iまでリンをドープされていることを特
徴とする特許請釆の範囲第8項に記載の光電極。 +101 基板はガラス及びステンレス鋼から成るグ
°ルーゾから選択された材料にょシ構成されること全特
徴とする、特許請求の範囲第1項に記載の光電極。 (11)ダ膜を介して陽極室と陰極室とに分割される内
部スに一部と、 陽極室と陰佛室とに充填された電解液と、少なくとも一
部が電解液に接触するように陽極室に配置された電極と
、 少な−くとも一部が電解液に接触するように陰極室に配
置された電極と、 太陽光を電力又は燃料として使用可能なエネルギーに変
換すべく、堆積表面を有する基板と基板の堆積表面に堆
積された反射層と導電性リードとを含む光電極として構
成された少なくとも一方の′成極に7オトンを照射する
ための手段と、 を備えて成る、太陽光を電気エネルギーまたは燃料とし
て貯蔵されるエネルギーに変換するための光電化学セル
に於いて、前記光電極は、反射層に近接して配置され導
電性リードに連結されるべく構成されておシ第1のドー
パントを含む第1の層と、第2の層と、を少なくとも有
しておシかつ反射層上に堆積された薄膜アモルファスシ
リコン半導体合金構造を含むことを特徴とする前記光電
化学セル。 (1)セルは、光電解を起こすべく電極に電気的に連結
された@源装置全史に含むことを特徴とする特許請求の
範囲第11項に記載のセル。 (l(至)セルは、太陽光を電気エネルギーに変換すべ
く1憾に電気的に連結された電気負荷全史に含むことを
特徴とする、%肝請求の範囲第11項に記載のセル。 (1荀 光電極の第2の層は実質的に真性であることを
特徴とする特許請求の範囲第11項に記載のセル。 (四 光′電極の第1の層は濃度約1023原子数/d
までドープされた第1のp中型アモルファスシリコン接
触合金ノーであることを特徴とする特許請求の範囲第1
1項に記載のセル。 四 光電極のドー・ξントはダロンであることを特徴と
する特許請求の範囲第11項に記載のセル。 (r6 n電極の半導体合金はa−8t:F:H及び
a−8i:Hzから成るグループから選択されることを
特徴とする特許請求の範囲第11項に記載のセル。 (1梯 光電極の第1の層は、導電性リ−1,1+に
連結されるべく構成されておシ第2のドーパントを濃度
約1027原子数/dまでドープされたn+型アモルフ
ァスシリコン合金接触層であシ、第2の層は実質的に真
性のアモルファスシリコン合金層でろること全特徴とす
る特許請求の範囲第11に記載のセル。 ■)光電極の第1の層はリンをドープされていることを
特徴とする特許請求の範囲第11項に記載のセル。 (ホ)半導体構造は、導電性リードに連結されるべく構
成されたp中型アモルファスシリコン半導体合金から成
る第1の層と、実質的に真性のアモルファスシリコン半
導体合金から成る第2の層と、n十型アモルファスシリ
コン半4体合金から成る第3の増と、茫含むことf:特
徴とする特許請求の範囲第11項に記載のセル。 しυ 光電腐の第1のノーは旋度約1023原子数/〜
までdンロノをドープされ−Cおシ、第3の層は績度約
1027原子数/dまでリンをドープされていることを
特徴とする特許請求の範囲Htt項に記載のセル。 (イ)光電極の基板はガラス及びステンレス鋼から成る
グループから選択された材料にょF)114成されるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第11項に記載のセル。 、以下余白
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US46750183A | 1983-02-18 | 1983-02-18 | |
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- 1984-02-16 EP EP84850055A patent/EP0117246A3/en not_active Withdrawn
- 1984-02-16 JP JP59027964A patent/JPS59157976A/ja active Pending
- 1984-02-17 CA CA000447743A patent/CA1237510A/en not_active Expired
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EP0117246A2 (en) | 1984-08-29 |
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CA1237510A (en) | 1988-05-31 |
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