利用氧化鋅光發(fā)電技術的開發(fā)

　　前言

　　現(xiàn)在HEMS、BEMS※1 能源管理系統(tǒng)正在開發(fā)當中。這是一種建筑物中用來管理使用器械、設備運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，其目的是為了減少建筑物中的能源消耗。目前，HEMS/BEMS主要致力于將能源消耗量可視化，今后將會結合傳感器網(wǎng)絡，用來檢測室內(nèi)人體活動，門窗打開或關閉等狀態(tài)，在必要的場合使用能源，而不必要的場合能自動節(jié)約能源，實現(xiàn)舒適和節(jié)能的目標。

　　在傳感器網(wǎng)絡的實際使用中，電源是挑戰(zhàn)課題之一。通過用來減少能耗的傳感器節(jié)點達到節(jié)能的效果，為了更舒適的生活，我們從未放棄對節(jié)點自由安裝的研究。

　　村田制作所考慮到環(huán)境發(fā)電技術不適用于這種傳感器節(jié)點的電源中，利用壓電效應的振動發(fā)電、將溫度差轉(zhuǎn)換成電能的熱電轉(zhuǎn)換元件，還有本章介紹的光發(fā)電技術的多種發(fā)電設備正在開發(fā)當中。

　　光發(fā)電技術

　　人類活動的場所最好是有光線的。收集這種普遍存在于人們生活中的環(huán)保能源并轉(zhuǎn)換成電能，運用于電子設備中的就是光發(fā)電技術。這種光發(fā)電技術一般使用非晶硅太陽能電池，而使用于傳感器節(jié)點的電源即使是室內(nèi)微弱的燈光也可發(fā)電，其入射光的角度依賴性很小，并且以輕薄、不易斷裂的發(fā)電設備為宗旨，這就是村田目前正在開發(fā)的以氧化鋅作為原料，色素增感型光發(fā)電技術※2。

　　色素增感型光發(fā)電構造如圖1所示。電路板上使用了樹脂膜，在電路板上形成透明電極，而在工作電極端的上方則通過絲網(wǎng)印刷等過程形成多孔半導體膜，這種膜吸附色素。相反電極是在透明電極上形成Pt等觸媒，這樣就形成了由2層電路板來密封電解質(zhì)的構造。

　　色素增感型光發(fā)電技術的發(fā)電原理即下面反復的氧化還原反應。

　　1. 對吸附色素的半導體膜上進行光照、色素發(fā)射電子。
　　2. 發(fā)射出的電子經(jīng)由半導體膜、透明電極等移動到相反電極。
　　3. 通過相反電極上電解質(zhì)中的三碘化物I3- 由催化劑作用還原成碘化物離子3I-。
　　4. 碘化物離子3I-被色素酸化又變回三碘化物I3-?！　?/p>

 

　　我們在制作這種設備時，重點是盡可能將多孔半導體膜的表面積做大。一般來說要用二氧化鈦作為半導體膜，并且需要經(jīng)過400度以上的高溫燒制過程，而作為電路板來說是不可能使用這種膜的。因此，村田制作所以山形大學吉田司教授的技術指導為基礎，利用了氧化鋅在低溫條件下可形成多孔半導體膜的原理，開發(fā)了使用樹脂模，輕薄、不易斷裂的色素增感型光發(fā)電設備(參照圖2)?！　?/p>

 

　　現(xiàn)在，電解質(zhì)、色素這類材料的組合、工藝條件進展的優(yōu)化，目標是即使在200lux以下微弱的室內(nèi)光中，也能獲得比非晶硅更多的發(fā)電量而優(yōu)化的開發(fā)?？墒悄壳霸谠u價用的單元格中、在200lux白色LED照明下只能達到7µW/cm2以上的發(fā)電量，即與非晶硅同等或以上的發(fā)電量。