WO2014119645A1 - 光起電能を有するキャパシタ - Google Patents

光起電能を有するキャパシタ Download PDF

Info

Publication number
WO2014119645A1
WO2014119645A1 PCT/JP2014/052044 JP2014052044W WO2014119645A1 WO 2014119645 A1 WO2014119645 A1 WO 2014119645A1 JP 2014052044 W JP2014052044 W JP 2014052044W WO 2014119645 A1 WO2014119645 A1 WO 2014119645A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
capacitor
load
titanium dioxide
solar cell
transparent conductive
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/052044
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
信明 小松
朋子 伊藤
Original Assignee
国際先端技術総合研究所株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国際先端技術総合研究所株式会社 filed Critical 国際先端技術総合研究所株式会社
Priority to CN201480006828.6A priority Critical patent/CN104995704A/zh
Priority to DE112014000609.2T priority patent/DE112014000609T5/de
Publication of WO2014119645A1 publication Critical patent/WO2014119645A1/ja
Priority to HK16103050.3A priority patent/HK1215099A1/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/26—Structural combinations of electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices with each other
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Definitions

  • the present invention relates to a capacitor.
  • Capacitors are used for various purposes, but there are no capacitors with a function to generate electricity.
  • a semiconductor solar cell using a semiconductor such as silicon has high conversion efficiency but is expensive because a high-purity material is used. Therefore, as a relatively inexpensive solar cell, titanium dioxide (TiO 2 ) or zinc oxide (ZnO) is used. There is a solar cell using.
  • the present inventors have discovered that artificial quartz or fused quartz, which is silicon dioxide, has photovoltaic ability, and proposed a silicon dioxide solar cell in International Publication No. WO2011 / 049156, and further a titanium dioxide solar cell.
  • a tandem solar cell in which an element and a silicon dioxide solar cell element are arranged in series was proposed in International Publication No. WO2012 / 124655.
  • the silicon dioxide solar cell is inexpensive, and can generate electricity even with visible light and infrared light which cannot be used for electromotive force.
  • tandem solar cell functions as a capacitor for accumulating electric charges generated during various experiments. Electric charges generated without a load connected are stored in a tandem solar cell that functions as a capacitor. When a load is connected, the electric charge is instantaneously discharged. Reach. A sensor can be configured using this characteristic.
  • a sensor using a capacitor using a tandem solar cell and a capacitor using a tandem solar cell is provided.
  • two glass substrates on which a transparent conductive film is formed are disposed so that the transparent conductive films face each other, a titanium dioxide electromotive body is disposed on one of the glass substrates,
  • a capacitor having photovoltaic ability in which a silicon dioxide electromotive body is disposed on the other side and an electrolyte is filled between two glass substrates.
  • the sensor using the tandem solar cell and the sensor using the tandem solar cell of this application generates electricity in the infrared to ultraviolet light by the solar cell function and accumulates the generated electric charge in the capacitor. The accumulated charge is released as a large discharge current. This constitutes a sensor that operates without a power source in any place where there is light that can be generated.
  • the schematic diagram of the capacitor which has a photovoltaic capability which is an Example.
  • the schematic diagram of the other Example of the capacitor which has photovoltaic ability The schematic diagram of the other Example of the capacitor which has photovoltaic ability.
  • FIG. 1 shows a basic configuration of a capacitor having a photovoltaic capacity, which is a combination of a titanium dioxide generator and a silicon dioxide generator, which are embodiments of the present invention.
  • reference numerals 1 and 3 denote glass substrates each having an FTO (fluorine-doped tin oxide) layer 2 and an FTO layer 4, and the FTO layers 2 and 4 function as capacitor electrodes.
  • the substrates 1 and 2 can also use PET resin or PEN resin.
  • 5 is a titanium dioxide electromotive body
  • 6 is a silicon dioxide electromotive body
  • 7 is a platinum film.
  • the titanium dioxide electromotive body 5 is electromotive when irradiated with ultraviolet light
  • the silicon dioxide electromotive body 6 is electromotively irradiated with ultraviolet light, visible light, and further infrared light.
  • the FTO films 2 and 4 function as counter electrodes of the capacitor.
  • the titanium dioxide electromotive body 5 and the silicon dioxide oxide electromotive body 6 generate electricity when irradiated with infrared light to ultraviolet light, and when the load is not connected, the generated electric charge functions as a counter electrode of the capacitor.
  • the FTO films 2 and 4 to be stored and charged. When the load is connected in such a state, the accumulated charges are discharged through the load.
  • the area of the capacitor used in the experiment is 2 cm ⁇ 3 cm, a fluorescent lamp is used as the irradiation light source, and the illuminance at that time is 600 lux.
  • FIG. 2 shows the change in output current when the load is disconnected and connected repeatedly every 10 seconds after the load is connected for a long time.
  • FIG. 3 shows the output voltage at that time. It is a change.
  • Fig. 3 shows the details of the charge / discharge output current waveform. From this waveform, it is estimated that the capacitor of the embodiment is an integration circuit.
  • the output voltage is 0.2508V when the load is disconnected as shown in FIG. 4, and 0.29492V when the load is connected, approximately 10 times, and there is no voltage change during load connection or load disconnection. .
  • the charge in that case is obtained by irradiation with light including infrared light that is universally present in a normal environment, it is not necessary to prepare a separate battery or the like in order to detect load connection.
  • FIG. 5 shows the change in output current when the load disconnection time is 20 seconds.
  • the steady current value when the load was connected was 28.6 ⁇ A.
  • FIG. 6 shows changes in the output current when the load disconnection and the connection disconnection time are each 1 second.
  • the maximum output current was 415.5 ⁇ A, reaching 14.5 times the steady current value.
  • FIG. 7A shows a capacitor having only the titanium dioxide electromotive body 5.
  • FIG. 7B shows a capacitor using dye-sensitized titanium dioxide instead of the titanium dioxide electromotive body 5.
  • FIG. 7C shows a capacitor having only the titanium dioxide silicon electromotive body 6.
  • a capacitor using a dye-sensitized titanium dioxide can be used instead of the titanium dioxide generator 5 of FIG.
  • the capacitor having photovoltaic ability according to the present invention is extremely useful as a high-sensitivity sensor that does not require a power source.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Abstract

　電源不要の高感度センサを得ることを課題とし、透明導電膜が形成された２枚のガラス基板を各々の透明導電膜を向かい合わせて配置し、ガラス基板の一方に２酸化チタン起電体を配置し、ガラス基板の他方に２酸化ケイ素起電体を配置し、２枚のガラス基板の間に電解質が充填してキャパシタを構成する。　このキャパシタは電源を要することなく、高感度なセンサとして使用できる。

Description

光起電能を有するキャパシタ
　本発明は、キャパシタに関するものである。
　様々な用途でキャパシタが使用されているが起電する機能を備えたキャパシタはない。
　また、センサを使用するためには電源が必要だが、充電していなくてもいつでも使用可能な電源はない。
　シリコン等の半導体を用いた半導体ソーラーセルは変換効率が高い反面、高純度の材料を使用するため高価であるため、比較的安価なソーラーセルとして２酸化チタン（ＴｉＯ２）あるいは酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いるソーラーセルがある。
　本発明者等は、２酸化ケイ素である人工水晶又は溶融石英が、光起電能を有することを発見し、２酸化ケイ素ソーラーセルを国際公開ＷＯ２０１１／０４９１５６号で提案し、さらに２酸化チタンソーラーセル要素と２酸化ケイ素ソーラーセル要素を直列に配置したタンデム型ソーラーセルを国際公開ＷＯ２０１２／１２４６５５号公報で提案した。
　２酸化ケイ素ソーラーセルは材料が安価であり、２酸化チタンソーラーセルが起電に利用できない可視光及び赤外光でも起電する。
国際公開ＷＯ２０１１／０４９１５６号公報 国際公開ＷＯ２０１２／１２４６５５号公報
　本発明者等は様々な実験を行う中でタンデム型ソーラーセルが起電した電荷を蓄積するキャパシタとして機能することを発見した。
　負荷が接続されていない状態で起電された電荷はキャパシタとして機能するタンデム型ソーラーセルに蓄積され、負荷が接続されると瞬時に放電し、瞬時放電電流は定常起電時の４倍にも達する。
　この特性を利用してセンサを構成することができる。
　この出願においては、タンデム型ソーラーセルを応用したキャパシタ及びタンデム型ソーラーセルを応用したキャパシタを利用したセンサを提供する。
　具体的には、透明導電膜が形成された２枚のガラス基板が各々の透明導電膜を向かい合わせて配置され、前記ガラス基板の一方に２酸化チタン起電体が配置され、前記ガラス基板の他方に２酸化ケイ素起電体が配置され、２枚のガラス基板の間に電解質が充填された、光起電能を有するキャパシタを提供する。
　この出願のタンデム型ソーラーセルを応用したキャパシタ及びタンデム型ソーラーセルを応用したキャパシタを利用したセンサはソーラーセル機能により赤外光～紫外光で起電し、起電した電荷をキャパシタに蓄積し、蓄積した電荷を大きな放電電流として放出する。
　このことにより、起電可能な光があればどのような場所でも電源無しに動作するセンサが構成される。
実施例である光起電能を有するキャパシタの模式図。 光起電能を有するキャパシタの第１の充放電条件における電流特性を示すグラフ。 図１のグラフの細部。 光起電能を有するキャパシタの第１の充放電条件における電圧特性を示すグラフ。 光起電能を有するキャパシタの第２の条件における電流特性を示すグラフ。 光起電能を有するキャパシタの第３の条件における電流特性を示すグラフ。 光起電能を有するキャパシタ他の実施例の模式図。
　以下、図面を参照してこの出願に係る発明の実施例を説明する。
　図１に示したのは、本発明実施例である２酸化チタン起電体と２酸化ケイ素起電体を組み合わせて構成した光起電能を有するキャパシタの基本構成である。
　この実施例において、１及び３は各々ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）層２及びＦＴＯ層４を有するガラス基板であり、ＦＴＯ層２及び４はキャパシタ電極として機能する。なお、基板１及び２はＰＥＴ樹脂あるいはＰＥＮ樹脂を使用することもできる。
　５は２酸化チタン起電体、６は２酸化ケイ素起電体、７は白金膜である。
　８は電解質であり、無色の電解質、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムアイオダイド０．４mol，テトラブチルアンモニウムアイオダイド０．４mol，4-tert-butyl pyridine：０．２mol，グアニジウムイソチオシアネート０．１molをプロピレンカーボネート液を溶媒として調製したもの等が利用可能である。
　２酸化チタン起電体５は紫外光を照射されると起電し、２酸化ケイ素起電体６は紫外光から可視光、さらには赤外光の照射によって起電する。
　ＦＴＯ膜２及び４はキャパシタの対向電極として機能する。
　２酸化チタン起電体５及び２酸化ケイ素起電体６は赤外光～紫外光を照射されると起電し、負荷が接続されていないと起電された電荷はキャパシタの対向電極として機能するＦＴＯ膜２と４の間に蓄積・充電される。このような状態で負荷が接続されると、蓄積された電荷が負荷を通して放電する。
　以下、充放電の状況を実験結果のグラフで説明する。
　実験に使用したキャパシタの面積は２cm×３cmであり、照射光源として蛍光ランプを使用し、そのときの照度は６００luxである。
　図２に示したのは長時間負荷を接続した後、負荷の接続断及び接続を１０秒ごとに繰り返したときの出力電流の変化であり、図３に示したのはそのときの出力電圧の変化である。
　図２において、負荷を接続したときの定常電流値は２８．６μＡであった。
　１０秒後に負荷を接続断とすると、出力電流は０となる。
　その１０秒後に負荷を接続すると最大瞬間値で１１５．３μＡと約４倍の放電電流が流れ、その後電流は定常電流値２８．６μＡに向かって減衰する。
　１０秒後に再び負荷を接続断とすると、出力電流は０となり、その１０秒後に負荷を接続すると大きな放電電流が流れ、その後電流は定常電流値に向かって減衰する。
　以後、この変化を繰り返す。
　図３に充放電出力電流波形の細部を示す。この波形から見て、実施例のキャパシタは積分回路であると推定される。
　出力電圧は、図４に示したとおり負荷を接続断としたときに０．２５０８Ｖ、負荷を接続したときに０．２９４９２Ｖと約１０倍であり、負荷接続中及び負荷切断中の電圧変化はない。
　図３から見て取れるように、負荷が接続されたときに大きな出力電流が流れる。
　この出力電流を検出することにより、負荷の接続を確実に検出することができる。
　また、その場合の電荷は通常の環境に普遍的に存在する赤外光を含む光の照射によって得られるから、負荷の接続を検出するために別途電池等を準備する必要がない。
　負荷の接続断時間を２０秒とした場合の出力電流変化を図５に示す。
　図５において、負荷を接続したときの定常電流値は２８．６μＡであった。
　１０秒後に負荷を接続断とすると、出力電流は０となる。
　その１０秒後に負荷を接続すると最大瞬間値で８６．７μＡと約３倍の放電電流が流れ、その後電流は定常電流値２８．６μＡに向かって減衰する。
　１０秒後に再び負荷を接続断とすると、出力電流は０となり、その１０秒後に負荷を接続すると大きな放電電流が流れ、その後電流は定常電流値に向かって減衰する。
　以後、この変化を繰り返す。
　負荷の切断と接続断時間を各々１秒とした場合の出力電流変化を図６に示す。
　この場合最大出力電流は４１５．５μＡと定常電流値の１４．５倍にも達した。
　最後に、この出願の発明として適用可能なソーラーセルを例示する。
　図７（ａ）に示したのは２酸化チタン起電体５のみを有するキャパシタである。
　図７（ｂ）示したのは２酸化チタン起電体５に代えて色素増感２酸化チタンを用いたキャパシタである。
　図７（ｃ）示したのは２酸化チタンケイ素起電体６のみを有するキャパシタである。
　なお、実施例として示していないが、図１の２酸化チタン起電体５に代えて色素増感２酸化チタンを用いたキャパシタとすることも可能である。
　本発明による光起電能を有するキャパシタは電源不要の高感度センサとして極めて有用である。
１，３　ガラス基板
２，４　透明導電膜
５　２酸化チタン起電体
６　２酸化ケイ素起電体
７　白金膜
８　電解質
９　色素増感２酸化チタン起電体

Claims (1)

  1. 　透明導電膜が形成された２枚のガラス基板が各々の透明導電膜を向かい合わせて配置され、
    　前記ガラス基板の一方に２酸化チタン起電体が配置され、
    　前記ガラス基板の他方に２酸化ケイ素起電体が配置され、
    　前記２枚のガラス基板の間に電解質が充填されたことを特徴とする、光起電能を有するキャパシタ。
PCT/JP2014/052044 2013-01-30 2014-01-30 光起電能を有するキャパシタ WO2014119645A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201480006828.6A CN104995704A (zh) 2013-01-30 2014-01-30 具有光伏性能的电容器
DE112014000609.2T DE112014000609T5 (de) 2013-01-30 2014-01-30 Kondensator zum photovoltaischen Einsatz
HK16103050.3A HK1215099A1 (zh) 2013-01-30 2016-03-16 具有光伏性能的電容器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-016125 2013-01-30
JP2013016125A JP6457167B2 (ja) 2013-01-30 2013-01-30 電流発生方法、キャパシタ型電源およびキャパシタ型電源を備えたセンサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014119645A1 true WO2014119645A1 (ja) 2014-08-07

Family

ID=51262356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/052044 WO2014119645A1 (ja) 2013-01-30 2014-01-30 光起電能を有するキャパシタ

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP6457167B2 (ja)
CN (1) CN104995704A (ja)
DE (1) DE112014000609T5 (ja)
HK (1) HK1215099A1 (ja)
WO (1) WO2014119645A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230102906A1 (en) * 2021-09-28 2023-03-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Capacitor, memory device including the capacitor, and method of manufacturing the capacitor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001243995A (ja) * 2000-02-29 2001-09-07 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換素子および光電池
JP2011028918A (ja) * 2009-07-22 2011-02-10 Shimane Prefecture 色素増感太陽電池
WO2012124655A1 (ja) * 2011-03-11 2012-09-20 国際先端技術総合研究所株式会社 ２酸化ケイ素ソーラーセル

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1589548A1 (en) * 2004-04-23 2005-10-26 Sony Deutschland GmbH A method of producing a porous semiconductor film on a substrate
JP4201035B2 (ja) * 2006-09-05 2008-12-24 セイコーエプソン株式会社 電池素子および電子機器
KR20110083619A (ko) * 2008-09-09 2011-07-20 메르크 파텐트 게엠베하 유기 물질 및 전자사진 장치
JP5430925B2 (ja) * 2008-12-26 2014-03-05 国立大学法人 岡山大学 色素がペプチドを介して導電性基板に結合する構造体、およびその構造体を備えた光電変換素子
PL2492375T3 (pl) * 2009-10-21 2018-04-30 International Frontier Technology Laboratory Inc. Komórka fotoelektryczna

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001243995A (ja) * 2000-02-29 2001-09-07 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換素子および光電池
JP2011028918A (ja) * 2009-07-22 2011-02-10 Shimane Prefecture 色素増感太陽電池
WO2012124655A1 (ja) * 2011-03-11 2012-09-20 国際先端技術総合研究所株式会社 ２酸化ケイ素ソーラーセル

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230102906A1 (en) * 2021-09-28 2023-03-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Capacitor, memory device including the capacitor, and method of manufacturing the capacitor

Also Published As

Publication number Publication date
HK1215099A1 (zh) 2016-08-12
JP6457167B2 (ja) 2019-01-23
DE112014000609T5 (de) 2015-10-29
CN104995704A (zh) 2015-10-21
JP2014146773A (ja) 2014-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Silicon nanowire/polymer hybrid solar cell-supercapacitor: a self-charging power unit with a total efficiency of 10.5%
Murakami et al. A high-voltage dye-sensitized photocapacitor of a three-electrode system
EP1505659A1 (en) Power source device
US20160308570A1 (en) Mobile electronic device casing
US10147554B2 (en) Energy storage dye-sensitized solar cell
Mini et al. Design and development of an integrated device consisting of an independent solar cell with electrical storage capacity
US20150194923A1 (en) Hybrid electric generating element
JP6457167B2 (ja) 電流発生方法、キャパシタ型電源およびキャパシタ型電源を備えたセンサ
WO2014092080A1 (ja) ２酸化ケイ素ソーラーセル
WO2017085929A1 (ja) 光電変換装置
KR101819238B1 (ko) 전기 이중층 캐패시터, 또는 태양광 발전 장치
US20110297210A1 (en) Fastening base and packaging container
WO2004064189A1 (ja) 光検出可能な固体薄膜二次電池
JP2012054537A5 (ja)
TWI602311B (zh) Composite solar cells
US20190198260A1 (en) Photoelectric conversion device
ES2523450T3 (es) Conexión eléctrica vertical de células foto-electro-químicas
JP6542019B2 (ja) ソーラー充電器
JP2011187183A5 (ja)
US20200028464A1 (en) Power generating device and power generating module
JP2012227457A5 (ja)
JP6176698B2 (ja) 色素増感タンデム２酸化ケイ素ソーラーセル
WO2014104327A2 (ja) 色素増感タンデム２酸化ケイ素ソーラーセル
JP2011187183A (ja) 色素増感太陽電池
TWI500203B (zh) Photovoltaic power generation system and power storage device

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14746340

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112014000609

Country of ref document: DE

Ref document number: 1120140006092

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14746340

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1