KR20170087532A - 광전극 재료 및 광전지 재료 - Google Patents

광전극 재료 및 광전지 재료 Download PDF

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KR20170087532A
KR20170087532A KR1020177020023A KR20177020023A KR20170087532A KR 20170087532 A KR20170087532 A KR 20170087532A KR 1020177020023 A KR1020177020023 A KR 1020177020023A KR 20177020023 A KR20177020023 A KR 20177020023A KR 20170087532 A KR20170087532 A KR 20170087532A
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노부아키 코마츠
토모코 이토
신이치로 난조
히로키 나가이
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고쿠사이센탄기주쯔소고켄큐쇼 가부시키가이샤
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Abstract

하나의 성분으로서 값이 싸고, 환경에 대하여 부담을 부과하지 않고, 그리고 안정한 실리콘 산화물을 포함하는 물질로부터 간편한 가공을 통하여 수득되는 광전 전환 재료(photoelectric conversion material)가 제공된다. 이러한 재료를 사용하는 광전지 및 2차광전지(secondary photocell)가 또한 제공된다. 실리콘 산화물을 포함하는 조성물들인 합성 석영, 용융 석영 유리, 소다-석회 유리, 무-알칼리 유리 및 보로실리케이트 유리 중의 임의의 것이 분쇄되고, 할로겐산의 수용액에 침지되고, 물로 세척되고 그리고 건조된다. 그 결과의 재료가 전극판 상에 증착되고 그리고 이 전극판이 적절한 전해질이 혼합된 수중에 위치된다. 이 전극판은 전기적으로 대전극에 연걸되고 그리고 광으로의 조사에 의하여 광전극으로서 사용된다. 상기 재료는 유기 전해질과 혼합되고, 추출전극 및 대전극을 갖는 용기 내에 밀봉될 수 있으며, 광전지는 상기 추출전극을 통하여 광으로 조사되도록 구성된다.

Description

광전극 재료 및 광전지 재료{PHOTOELECTRODE MATERIAL AND PHOTOCELL MATERIAL}
본 발명은 광전극 재료에 관한 것이다.
일반적으로, 매우 높은 에너지 없이는 진행하지 않는 반응에 대하여는, 극히 낮은 에너지로 이러한 반응을 진행시키기 위해서는, 광의 조사에 의하여 전자 여기 상태를 야기하는 광촉매(photocatalyst)가 사용된다.
광촉매로서는, 티타늄 산화물(titanium oxide), 아연 산화물(zinc oxide), 황화 카드뮴(cadmium sulfide) 및 텅스텐 산화물(tungstic oxide) 등과 같은 소위 반도체 촉매들 및 루테늄 비피리딜 착체(ruthenium bipyridyl complex) 등과 같은 금속 착체 촉매들이 공지되어 있다.
이들 광촉매들 중에서, 티타늄 산화물(TiO2)이 가장 안정하고 그리고 대체로 생물학적으로 독성이 아니며, 따라서 공기 중의 질소 산화물 및 유기재료를 분해하고 그리고 제거하기 위하여 실질적으로 광촉매로서 사용되고 있다. 그러나, 티타늄 산화물로서는 380㎚ 이하의 파장을 갖는 자외선 광(ultraviolet light)만이 사용될 수 있다. 이러한 파장의 영역 내의 상기 자외선 광은 태양광(sunlight)의 4%로 작으며, 따라서 티타늄 산화물은 기껏해야 최대로 4%, 실질적으로는 태양광의 최대 1%인 태양광의 효율을 활용할 뿐이다.
티타늄 산화물의 광촉매 반응의 전형적인 예에는 O2의 환원(H2O2의 생성), H2O의 산화(O2의 발생), 메틸 비올로겐(methyl biologen)의 환원, N2의 환원, 하수 처리(drainage treatment) 및 광촉매 콜베 반응(photocatalytic Kolbe reaction){CH3COOH → CH4(가스) + CO2}들이 포함된다.
티타늄 산화물은 혼다-후지시마 효과(Honda-Fujishima effect)로도 알려진 물을 전기분해하는 광전극능(photoelectrode ability) 및 광전지(solar cell)에서 사용되는 광전지능(photovoltaic ability) 뿐만 아니라 광촉매능(photocatalytic ability)을 갖는다.
일본 공개특허 제JP-A-2004-290748호(일본 특허 제4214221호) 및 동 제JP-A-2004-290747호(일본 특허 제4247780호)들은 티타늄 산화물과 유사한 광촉매능을 갖는 재료로서 할로겐산(halogen acid)으로 처리된 용융 석영(fused quartz)을 나타내고 있다.
국제공개특허 제WO2005/089941호는 광촉매능을 갖는 재료로서 불화수소산(hydrofluoric acid)으로 처리된 합성 석영을 나타내고 있다.
이러한 광촉매는 200 내지 800㎚의 파장 영역 내에서의 광촉매로서 기능하며, 이는 일본 공개특허 제JP-A-2004-290748호 및 동 제JP-A-2004-290747호에서 나타난 상기 용융 석영을 사용하는 상기 광촉매에 대한 파장 영역 보다 더 넓다.
불화수소산으로 처리된 상기 합성 석영에 대하여는, 국제공개특허 제WO2005/089941호는 하기의 [0021] 내지 [0023]에서 하기의 기재를 갖는다.
[0021] 앞서 언급한 바와 같이 불산(hydrogen fluoride)으로의 처리에 의하여 활성화되는 상기 합성 석영은 다음과 같이 설명된다. SiO2와 HF가 서로 접촉하는 경우, 표면 상의 Si는 F에 결합되고 결합된 전자들이 상기 F측으로 당겨지고 뒤의 결합(back bond)이 약화된다. 그 결과, 이 위치가 분리된 H+F- 분자들로 공격을 받고 그리고 상기 뒤의 결합이 깨어져서 최상위의 표면 상의 Si가 불화되고, 그리고 동시적으로 상기 표면의 바로 아래의 층 내의 상기 결합들 중의 하나가 수소화된다.
상기한 상태는 연속적으로 전달되고, 그리고 최상위의 표면 상의 Si는 종국적으로 SiF4의 형태로 분리되어 SiH3 라디칼이 상기 표면 상에 잔류하게 된다.
[0022] 그러나, SiH3 라디칼에 있어서는, 상기 라디칼 내의 Si와 다음 층 내의 Si 사이의 Si-Si 결합은 매우 약하고, 그리고 또한 결합된 전자들은 H측으로 약하게 당겨지고 따라서 상기 Si-Si 결합이 쉽게 깨어져서 Si가 상기 HF 분자 내의 H로 쉽게 치환되어 SiH의 형태를 낳는다. 따라서, H는 Si(111) 표면 상에서 노출되고 따라서 활성화된 상태를 야기하게 된다.
[0023] 불산으로 처리된 상기 합성 석영은 용액으로부터 분리되고, 그리고 증류수로 2 내지 5회 세척되고 후속하여 공기 건조되어 광촉매를 수득한다. 상기 합성 석영은 앞서 언급한 바와 같이 불산으로 활성화되나, 그러나 동일한 결정 실리카(crystalline silica)를 포함하는 천연 석영은 불산으로 활성화되지 않는다. 이에 대한 이유는 아직 설명되고 있지 못하고 있다.
국제공개특허 제WO2006/095916호는 자외선 영역 내에서 사용되는 이산화티탄 이와의 반도체 광전극 재료로서 아연 산화물(zinc oxide), 이산화주석(tin dioxide), 텅스텐 산화물(tungsten oxide) 및 탄화규소(silicon carbide)를 나타내고 있다.
더욱이, 가시광 영역(visible light region) 내에서 사용되는 반도체 광전극 재료로서 규소(silicon), 갈륨비소(gallium arsenide), 스트론튬티타네이트(strontium titanate), 셀렌화카드뮴(cadmium selenide) 및 인화갈륨(gallium phosphide)이 나타나 있다.
일본 공개특허 JP-A-2004-290748 일본 공개특허 JP-A-2004-290747 국제공개특허 WO2005/089941 국제공개특허 WO2006/095916
발명의 목적
각각이 이산화티탄을 사용하는 광전극 및 광전지에 대하여는, 태양광 내에 4% 만큼 작게 포함되는 380㎚ 이하의 파장을 갖는 자외선 광 만이 사용되고, 따라서 효율이 낮다.
염료(dye)를 사용하는 것에 의하여 광의 사용가능한 범위를 자외선 광의 파장 보다 더 넓은 파장을 갖는 가시광 영역까지 넓히기 위하여, 루테늄 착체 염료를 사용하는 염료-감응 태양전지(dye-sensitized solar cell)가 그라첼 전지(Gratzel cell)로서 공지되어 있다. 상기 그라첼 전지는 이론적으로 30%, 실제로는 최대 10%의 활용 효율(utilization efficiency)을 갖는다.
상기 루테늄 착체 염료 재료는 이것이 비싸다는 점 뿐만 아니라 상기 염료가 장기간 동안의 사용 동안에 분해되고 그리고 이는 수명의 제한을 의미한다는 점에서 불리하다.
다른 염료들, 특히 여러 형태들의 유기염료들이 또한 사용될 수 있으나, 상기 유기염료들 또한 수명의 제한을 갖는다.
본원에 따른 발명의 목적은 티타늄 산화물을 사용하는 광전극 및 광전지에 수반되는 문제점들을 해결하고, 그리고 저가이며, 또한 고가이고도 수명에 대하여 문제점을 갖는 루테늄 착체 염료 재료를 요구하지 않는 광전극 재료 및 광전지 재료를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 광전극 재료로서 기능하는 합성 석영 및 용융 석영을 발견하였다.
본 발명자들은 각각 할로겐산으로 처리된 상기 합성 석영 및 용융 석영이 광전극 재료로서 기능한다는 것을 발견하였다.
더욱이, 본 발명자들은 각각 할로게산으로 처리된 상기 합성 석영 및 용융 석영이 광전지 재료로서 기능한다는 것을 발견하였다.
게다가, 이들은 실리콘 산화물(silicon oxide ; SiO2)을 포함하는 다른 유리, 즉 소다-석회 유리(soda-lime glass), 무-알칼리 유리(non-alkali glass) 및 보로실리케이트 유리(borosilicate glass)들이 또한 광전극 재료 또는 광전지 재료로서 기능한다는 것을 발견하였다.
본원에 따른 발명에서는, 실리콘 산화물 조성물을 할로겐산으로 처리하는 것에 의하여 수득되는 재료가 광전극 재료 또는 광전지 재료로서 사용된다.
상기 재료에서 사용되는 실리콘 산화물을 포함하는 상기 조성물은 합성 석영이다.
상기 재료에서 사용되는 실리콘 산화물을 포함하는 상기 조성물은 용융 석영 유리(fused quartz glass)이다.
상기 재료에서 사용되는 실리콘 산화물을 포함하는 상기 조성물은 소다-석회 유리이다.
상기 재료에서 사용되는 실리콘 산화물을 포함하는 상기 조성물은 무-알칼리 유리이다.
상기 재료에서 사용되는 실리콘 산화물을 포함하는 상기 조성물은 보로실리케이트 유리이다.
할로겐산 처리에서 사용되는 상기 할로겐산은 불화수소산이다.
할로겐산 처리에서 사용되는 상기 할로겐산은 염화수소산이다.
상기 재료의 용도는 광전극이다.
상기 재료의 용도는 광전지이다.
본 발명의 제1 형태는, 할로겐산으로 처리한 실리콘 산화물로 이루어지는 광전극 재료이다.
본 발명의 제2 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 실리콘 산화물은 결정을 갖는 합성 석영인 광전극 재료이다.
본 발명의 제3 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 실리콘 산화물은 용융 석영 유리인 광전극 재료이다.
본 발명의 제4 형태는, 할로겐산으로 처리한 실리콘 산화물을 포함하는 유리로 이루어지는 광전극 재료이다.
본 발명의 제5 형태는, 제4 형태에 있어서, 상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 소다-석회 유리인 광전극 재료이다.
본 발명의 제6 형태는, 제4 형태에 있어서, 상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 무-알칼리 유리인 광전극 재료이다.
본 발명의 제7 형태는, 제4 형태에 있어서, 상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 보로실리케이트 유리인 광전극 재료이다.
본 발명의 제8 형태는, 제4 형태에 있어서, 상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 유리 섬유인 광전극 재료이다.
본 발명의 제9 형태는, 제1 형태 내지 제7 형태 중 어느 하나의 광전극 재료는, 입경이 0.2mm 이하로 가공된 것인 광전극 재료이다.
본 발명의 제10 형태는, 제1 형태 내지 제9 형태 중 어느 하나의 할로겐산은, 불화수소산인 광전극 재료이다.
본 발명의 제11 형태는, 제1 형태 내지 제9 형태 중 어느 하나의 할로겐산은, 염화수소산인 광전극 재료이다.
본 발명의 제12 형태는, 할로겐산으로 처리한 실리콘 산화물로 이루어지는 광전지 재료이다.
본 발명의 제13 형태는, 제12 형태에 있어서, 상기 실리콘 산화물은 결정을 갖는 합성 석영인 광전지 재료이다.
본 발명의 제14 형태는, 제12 형태에 있어서, 상기 실리콘 산화물은 용융 석영 유리인 광전지 재료이다.
본 발명의 제15 형태는, 할로겐산으로 처리한 실리콘 산화물을 포함하는 유리로 이루어지는 광전지 재료이다.
본 발명의 제16 형태는, 제15 형태에 있어서, 상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 소다-석회 유리인 광전지 재료이다.
본 발명의 제17 형태는, 제15 형태에 있어서, 상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 무-알칼리 유리인 광전지 재료이다.
본 발명의 제18 형태는, 제15 형태에 있어서, 상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 보로실리케이트 유리인 광전지 재료이다.
본 발명의 제19 형태는, 제15 형태에 있어서, 상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 유리 섬유인 광전지 재료이다.
본 발명의 제20 형태는, 제12 형태 내지 제18 형태 중 어느 하나의 광전지 재료는, 입경이 0.2mm 이하로 가공된 것인 광전지 재료이다.
본 발명의 제21 형태는, 제12 형태 내지 제20 형태 중 어느 하나의 할로겐산은, 불화수소산인 광전지 재료이다.
본 발명의 제22 형태는, 제12 형태 내지 제20 형태 중 어느 하나의 할로겐산은, 염화수소산인 광전지 재료이다.
본 발명의 제23 형태는, 마주보게 배치된 2매의 전하추출전극, 상기 2매의 전하추출전극의 사이에 있는 제12형태 내지 제22 형태 중 어느 하나의 광전지 재료로 이루어지는 광기전층으로 이루어지는 광전지이다.
본 발명의 제24 형태는, 마주보게 배치된 2매의 전하추출전극, 일방의 전하추출전극의 표면으로서, 타방의 전하추출전극에 대향한 측의 표면의 위에 있는 반도체층, 상기 타방의 전하추출전극의 표면으로서, 상기 일방의 전하추출전극에 대향한 측의 표면의 위에 있는 백금 또는 탄소로 이루어지는 막, 상기 반도체층 및 상기 백금 또는 탄소로 이루어지는 막의 사이에 있는 제12 형태 내지 제22 형태 중 어느 하나의 광전지 재료로 이루어지는 광기전층으로 이루어지는 광전지이다.
본 발명의 제25 형태는, 제24 형태에 있어서, 상기 반도체층은 n형 반도체층인 광전지이다.
본 발명의 제26 형태는, 제23 형태 내지 제25 형태 중 어느 하나의 광전지로서, 상기 광기전층이 제12 형태 내지 제22 형태 중 어느 하나의 광전지 재료에 전해질을 혼합한 재료로 이루어지는 광전지이다.
도 1은 본 발명에 따른 광전극 재료를 사용하는 물의 광전기분해 장치(water photo electrolysis)의 원리에서의 배치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 광전지 재료를 사용하는 광전지의 원리에서의 배치를 나타내는 도면이다.
도 3은 상기 광전지의 특정의 배치를 나타내는 도면이다.
실시예들 및 그들의 처리에서 사용되는 재료의 조성물은 다음과 같다:
(1) 합성 석영: 결정 SiO2
(2) 용융 석영 유리: 무정형 SiO2
(3) 소다-석회 유리: SiO2: 71.9%, CaO: 7.8%, Al2O3: 1.7%, MgO: 4.0%, Na2O: 13.3%
(4) 무-알칼리 유리: SiO2: 55.0%, CaO: 23.0%, Al2O3: 14.2%, B2O3: 6.2%
(5) 보로실리케이트 유리: SiO2: 33.0%, CaO: 6.8%, Al2O3: 1.3%, B2O3: 37.4%, MgO: 5.5%, Na2O: 16.0%.
1% 이하의 함량을 갖는 성분들의 설명은 생략한다.
유리 샘플은 불화수소산의 수용액에 침지되고 그리고 물로 세척되고 그리고 계속해서 건조되고 그리고 분쇄된다.
불화수소산 이외에 염화수소산이 상기 할로겐산으로서 사용되나, 그러나 불화수소산이 바람직하다.
다른 할로겐산들도 사용될 수 있는 것으로 고려된다.
상기 할로겐산으로 처리되지 않은 유리 샘플이 또한 광전극 재료로서 기능한다는 것이 확인되었다.
형광(fluorescent light)이 실내 광원(indoor light source)로서 사용되고, 그리고 이 경우에서 수득되는 조도(illuminance)는 15,000 내지 19,000룩스(lux)이다.
실외광(outdoor light)에 대해서는, 응달에서는 6,000 내지 7,000룩스의 조도를 얻을 수 있으며, 또한 태양광으로부터는 약 50,000 내지 100,000룩스의 조도를 얻을 수 있다.
실시예 1
상기 광전극의 실시예가 먼저 기술된다.
할로겐화 처리된 유리의 광전극능을 활용하는 장치를 도 1을 참조하여 기술한다.
도 1에서, 참조번호 1은 양극(anode)을; 2는 상기 양극(1)에 의해 지지되는 광전극 재료를; 3은 음극(cathod)을; 4는 그 안에 적절한 전해질이 혼합된 물을; 그리고 5는 상기 양극(1)과 상기 음극(3) 사이를 연결하는 부하(load)를 나타낸다.
상기 양극(1)은 Ni/NiO 또는 귀금속(noble metal)으로 형성되고, 그리고 그 위에 상기 광전극 재료(2)을 지지한다. 상기 양극의 규격은 20㎜×20㎜이다.
상기 유리 샘플이 5% 불화수소산 수용액 내에 5분간 침지되고, 그리고 물로 세척되고 그리고 계속해서 건조되고, 그리고 분쇄되어 그 결과의 입자의 직경이 0.2㎜ 이하가 되도록 하였다.
상기 음극(3)으로서는, 예를 들면, 백금 또는 탄소가 사용된다.
상기 부하(5)로서는 저항(resistor)이 사용된다.
상기 광전극 재료(2)이 200 내지 800㎚ 파장의 광으로 조사되고 그리고 상기 광이 상기 광전극 재료에 흡수되는 경우, 상기 광전극 재료 내에서 전하분리(charge separation)가 일어나고 그리고 그 결과의 상태가 특정의 수명을 가져서 전자가 물과 반응하고 그리고 물을 환원시켜 H2를 형성시키고, 그리고 양의 정공(positive holes)이 물을 산화시켜 O2를 형성하도록 한다.
따라서 수소 및 산소가 생성되고 그리고 동시적으로 전자가 상기 부하(5)를 통하여 상기 음극(3)으로부터 상기 양극(1) 쪽으로 흐르게 되며, 즉, 전류가 상기 양극(1)으로부터 상기 음극(3) 쪽으로 흐르게 된다.
20×20㎜의 면적을 갖는 전극(1) 및 10㎖의 순수한 물 내에 0.71g의 Na2SO4를 용해시켜 수득되는 0.5몰/ℓ의 전해질 용액을 사용하여, 형광을 사용하여 15,000 내지 19,000룩스로 조사되는 경우에 흐르는 전류를 표 1에 나타내었다.
더욱이, 상기 수득된 전류값으로부터의 계산에 의해 결정되는 물의 전기분해에 의해 생성되는 수소 가스의 양을 또한 나타내었다.
광전극 재료 전류(㎂) 수소 가스(㎕)
합성 석영 0.2 0.84
용융 석영 유리 0.1 0.42
소다-석회 유리 0.1 0.42
무-알칼리 유리 0.1 0.42
보로실리케이트 유리 0.1 0.42
실시예 2
할로겐산 처리로서 염화수소산과 전해질 용액으로서 황산나트륨(sodium sulfate)의 수용액을 사용하여, 합성 석영 전극이 0.1㎂의 흐름을 야기하였다.
계산으로부터, 상기 전류에서의 전기분해에 의해 수득되는 수소의 양은 시간 당 0.42㎕이었다.
실시예 3
다음으로, 상기 광전지의 실시예를 기술한다.
도 2는 본 발명에 따른 상기 광전지 배치의 계통도를 나타내고 있다.
도 2에서, 참조번호 11은 전극을; 13은 대전극(counter electrode)을; 12는 상기 전극(11)에 의해 지지되는 광전극을; 14는 전해질 용액을; 그리고 15는 상기 전극(11)과 상기 대전극(13) 사이에 연결된 부하를 나타낸다.
상기 전극(11)은 Ni/NiO 또는 귀금속으로 형성되고, 그리고 그 위에 SiO2를 포함하는 상기 광전극 재료(12)을 지지한다.
SiO2 등을 포함하는 유리의 입자를 5% 불화수소산 수용액에 5분간 침지시키고 그리고 이들을 물로 세척하고 그리고 계속해서 건조시키고 그리고 이들을 분쇄시켜서 그 결과의 입자의 직경이 0.2㎜ 이하가 되도록 하는 것에 의하여 수득되는 광전극이 사용되었다.
상기 대전극(13)으로서는, 예를 들면, 백금 또는 탄소가 사용되고, 그리고 상기 부하(15)로서는 저항이 사용된다.
상기 광전극 재료(12)이 200 내지 800㎚ 파장을 갖는 광으로 조사되고 그리고 상기 광이 상기 광전극 재료에 흡수되는 경우, 상기 광전극 재료(12) 내에서 전기가 발생하고, 그리고 전자들이 상기 부하(15)를 통하여 상기 전극(11)으로부터 상기 대전극(13) 쪽으로 흐르게 된다. 즉, 전류가 상기 대전극(13)으로부터 상기 전극(11) 쪽으로 흐른다.
실시예 4
다음으로, 상기 광전지의 구체적 구성이 기술된다.
도 3은 본 발명에 따른 상기 광전지의 개념 구성도를 나타내고 있다.
도 3에서, 참조번호 21 및 23들은 각각 FTO층(22)(불소-도핑된 주석 산화물층(22)) 및 FTO층(24)들을 갖는 30㎜×30㎜ 유리 기판들을 나타내고, 그리고 상기 FTO층(22) 및 상기 FTO층(24)들은 전하추출전극(charge extraction electrode)으로서 기능한다. 광입사측의 FTO층 상에 아연 산화물(ZnO) 또는 티타늄 산화물(TiO2) 등의 n-형 반도체층이 형성된다.
광입사측의 FTO층에 대향하는 FTO층(24)에는 20㎜×20㎜ 백금박막(26)이 형성된다.
상기 n-형 반도체층(25)과 상기 백금박막(26) 사이에는 0.15 내지 0.20㎜의 두께의 SiO2를 포함하는 유리를 유기 전해질과 혼합시킨 광전지 재료(27)가 봉입된다.
사용된 유기 전해질은 0.1몰의 LiI, 0.05몰의 I2, 0.5몰의 4-터트-부틸피리딘(4-tert-butylpyridine) 및 0.5몰의 테트라부틸암모늄 이오다이드(tetrabutylammonium iodide)를 0.5몰의 아세토니트릴(acetonitrile) 용매에 첨가시키는 것에 의해 이루어진다.
그에 따라 제조된 상기 광전지용의 추출전극인 상기 FTO층(22) 및 FTO층(24)들에 추출선(extraction line)이 부착되고, 상기 추출전극(22) 측으로 광원으로서 형광을 사용하여 15,000 내지 19,000룩스의 조도의 광을 조사시켜서 상기 추출전극들(22 및 24) 사이의 해방전압(open-circuit voltage) 및 단락전류(short-circuit current)를 측정하였다.
그 결과로 수득된 상기 해방전압 및 단락전류를 표 2에 나타내었다.
광전극 재료 해방전압(㎷) 단락전류(㎂)
합성 석영 35 0.5
용융 석영 유리 30 0.5
소다-석회 유리 15 0.3
무-알칼리 유리 30 0.4
보로실리케이트 유리 14 0.3
실시예 5
불화수소산으로 처리되지 않은 실리콘 산화물 조성물에 대하여 표 3에 나타낸 바와 같은 해방전압 및 단락전류를 수득하였다.
광전극 재료 해방전압(㎷) 단락전류(㎂)
합성 석영 3 0.1
용융 석영 유리 3 0.2
소다-석회 유리 5 0.1
무-알칼리 유리 5 0.1
보로실리케이트 유리 12 0.2
0.1%의 농도의 불화수소산으로 처리된 유리섬유(glass fiber)에 대하여는 26㎷의 전압이 검출되었다.
상기한 결과들로부터, SiO2가 광전지의 기능을 가지며, 불화수소산으로 처리된 상기 SiO2가 뚜렷하게 증가된 광기전압(photovoltaic voltage)을 나타낸다는 것을 확인하였다.
더욱이, 상기 보로실리케이트 유리에 대하여는, 심지어 불화수소산으로 처리되지 않은 경우에서도 12㎷로 높은 전압이 검출되었으며, 상기 높은 전압은 붕산(B2O3)의 존재에 기인할 수 있다는 것으로 고려된다.
실시예 6
상기한 처리를 위한 할로겐산 대신에 염화수소산을 사용하고 그리고 0.1몰의 LiI, 0.05몰의 I2, 0.5몰의 4-터트-부틸피리딘 및 0.5몰의 테트라부틸암모늄 이오다이드를 아세토니트릴 용매에 첨가시키는 것에 의해 이루어진 유기 전해질을 사용하는 경우, 수득된 해방전압은 4㎷이고, 그리고 수득된 단락전류는 0.1㎂이었다.
실시예 7
상기 합성 석영에 대하여, 자외영역의 성분을 포함하지 않는 광원인 300와트(W)의 백열전구(incandescent lamp)를 사용하여 실질적으로 태양광과 같은 조도에서 측정하였다. 그 결과, 400㎷의 해방전압 및 0.5㎂의 단락전류가 수득되었다.
이러한 결과는 적어도 상기 합성 석영이 자외광의 파장 보다 더 긴 파장을 갖는 광을 사용하여 광기전 작용을 가능하게 하고 그리고 그 결과의 기전력(electromotive force)이 티타늄 산화물에 의하여 야기된 것이 아님을 확인하고 있다.
따라서, 광전지용으로 통상적으로 연구된 티타늄 산화물을 더 첨가하는 경우, 심지어 보다 높은 해방전압 및 보다 큰 단락전류가 기대된다.
1, 11: 전극
2, 12: 광전극 재료
3, 13: 대전극
4, 14: 전해질
5, 15: 부하
21, 23: 유리 기판
22, 24: 추출전극
25: n-형 반도체층
26: 백금박막
27: 실리콘 산화물

Claims (18)

  1. 입경이 0.2 ㎜ 이하인 광기전효과를 갖는 실리콘 산화물로 이루어지는 광전극 재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화물은 결정을 갖는 합성 석영인 광전극 재료.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화물은 용융 석영 유리인 광전극 재료.
  4. 입경이 0.2 ㎜ 이하인 광기전효과를 갖는 실리콘 산화물을 포함하는 유리로 이루어지는 광전극 재료.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 소다-석회 유리인 광전극 재료.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 무-알칼리 유리인 광전극 재료.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 보로실리케이트 유리인 광전극 재료.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 유리 섬유인 광전극 재료.
  9. 입경이 0.2 ㎜ 이하인 광기전효과를 갖는 실리콘 산화물로 이루어지는 광전지 재료.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화물은 결정을 갖는 합성 석영인 광전지 재료.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화물은 용융 석영 유리인 광전지 재료.
  12. 입경이 0.2 ㎜ 이하인 광기전효과를 갖는 실리콘 산화물을 포함하는 유리로 이루어지는 광전지 재료.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 소다-석회 유리인 광전지 재료.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 무-알칼리 유리인 광전지 재료.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 보로실리케이트 유리인 광전지 재료.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화물을 포함하는 유리는 유리 섬유인 광전지 재료.
  17. 마주보게 배치된 2매의 전하추출전극,
    상기 2매의 전하추출전극의 사이에 있는 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 광전지 재료로 이루어지는 광기전층,
    으로 이루어지는 광전지.
  18. 제 17 항에 기재된 광전지로서,
    상기 광기전층이 상기 광전지 재료에 전해질을 혼합한 재료로 이루어지는 광전지.
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