JP4596741B2

JP4596741B2 - Solar cell

Info

Publication number: JP4596741B2
Application number: JP2003070931A
Authority: JP
Inventors: 光照木村
Original assignee: 光照木村
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP2004281708A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池を水溶液などの溶液に浸しながら光を受けて発電させて、その起電力で、基板に一体化させた陽極と陰極とにより、水溶液に浸しながら水溶液の電解、ガスの発生、溶存イオンの電着、殺菌、有機物の分解、浄化などの作用を行わせる太陽電池に関するもので、太陽光などの外来光が水溶液に吸収されないか、またはほとんど吸収されないうちに受光部に到達するように小型で簡便に形成できるようにしたフロートをつけて浮かすようにしたこと、過大な電圧が発生しないように抑制するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、太陽電池パネルにガス収集用チャンバを持つフロートをつけて、水面に浮かし、太陽電池パネルを水中に埋没させないように水面から距離を置くようにすると共に、太陽電池パネルの下方に形成したチューブの内側と外側に陰極と陽極の電極を配して、水素ガスや酸素ガスを生成して分離収集するようにした装置があった（ＵＳＰ４５６５６１７）。
【０００３】
また、従来、本願発明者の発明による太陽電池を水溶液などの溶液に埋没させながら光を受けて発電させて、その起電力で、溶液の電解、ガスの発生、溶存イオンの電着、殺菌、浄化などの作用を行わせる浸漬型の太陽電池があった（特開２００２−１７０９８０）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、太陽電池パネルにガス収集用チャンバを持つフロートを取り付け、水面から太陽電池パネルを隔離するようにすると共に、それらの目的のために電解による水素や酸素などの発生ガスを分離するためのチューブを下方の水中に設け、その内外に電極を配していたが、大掛かりな装置になるものであった。
【０００５】
また、水溶液の殺菌、有機物の分解やイオンの電着に依る浄化などの目的では、ビニール袋などの密閉に近い空間で使用したいことが多く、その空間での圧力が上昇してしまい、膨れ上がってしまうという問題があった
【０００６】
また、従来の浸漬型の太陽電池においても、やはり、殺菌、有機物の分解やや水の浄化、触媒作用などの目的では、水溶液の電気分解による多少のガスの発生を許しても、可能な限りガスの発生を抑えたいという要望があった。
【０００７】
本発明は、太陽電池において、水溶液（溶質がほとんど無い水も含む）の電解、除菌、殺菌、有機物などの分解、浄化、各種イオンの電着とそれによる鉱物などの回収、触媒作用などで、チップ状基板に形成して小型化させて、太陽電池を水溶液に浮かせるようにして、水溶液が太陽電池の受光部を覆ったとしてもその量が少なく、太陽光などの発電のための外来光の水溶液による吸収を極力少なくさせて、ほとんどの外来光が受光部に到達するようにして発電効率を高めて有効に電解や電着などができるようにすること、電解に依るガスの発生を極力抑制するか、制限するようにした太陽電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係わる太陽電池は、基板１に形成した太陽電池の陽極２０１と陰極２０２とを水溶液２０に浸しながら発電させて使用する太陽電池において、基板１は、半導体のチップ状基板であること、水溶液２０より比重を小さくさせたフロート６０を基板１に具備してあること、該フロート６０により水溶液２０に浮く構造であること、陽極２０１及び陰極２０２の電極の少なくとも一部は同一基板１に一体に形成してあり、かつ陽極２０１及び陰極２０２の電極の一部は少なくとも水溶液２０に浸るように形成してあること、を特徴とするものである。
【０００９】
単結晶や多結晶またはアモルファスシリコンなどの半導体のチップ状基板１に、ｐｎ接合などからなる太陽電池セルを直並列接続などで形成した発電部を有する太陽電池であり、この基板１に、小型のフロート６０を取り付けることにより、太陽電池が水溶液２０中に沈んでしまわないようにしている。また、太陽電池の陽極２０１及び陰極２０２の電極が基板１に形成してあるが、必要に応じてフロート６０にまで延在させることもできるようにしてあり、常に水溶液２０に浸り、水溶液２０の電解、ガスの発生、溶存イオンの電着、殺菌、有機物の分解、浄化、触媒などの作用を行わせるようにした場合である。
【００１０】
太陽電池の受光部１１は、必ずしも水溶液２０の水面から顔を出させておく必要はなく、水溶液２０中にあっても沈まないで水面付近に漂ってさえいれば良いので、水溶液２０での太陽光などの外来光の吸収を少なくさせることができる。
【００１１】
また、フロート６０は、必要に応じて、太陽電池を形成している基板１に直接取り付けてあるが、基板１から脱着可能な構造にしておくこともできる。
【００１２】
また、フロート６０にも陽極２０１、陰極２０２や配線２１０となる電極を形成してあり、フロート６０が基板１から脱着可能な構造にしてあるときには、フロート６０の電極の一部が基板１に一体形成した電極と接触または接合されるようにしておくと良い。
【００１３】
本発明の請求項２に係わる太陽電池は、太陽電池の受光部１１が受光する外来光方向を常に向くように錘７０を具備した構造の場合である。
【００１４】
シリコン基板などは、一般に０．６ｍｍ程度の薄さであり、太陽電池の受光部１１の面積が約１０ｍｍ角の場合、フロート６０を付けて水溶液２０に浮かせた場合、受光部１１が水溶液２０の内側に向いてしまうことがあるので、基板１またはフロート６０に、錘７０を付けて、常に受光部１１が太陽光などの外来光側を向くようにさせるものである。このようにすると、たとえ反転しても錘７０の作用で自動的に受光部１１が水溶液２０の上方に向きを変える事ができて常に外来光を受けているので、発電効率を上げさせることができる。
【００１５】
本発明の請求項３に係わる太陽電池は、フロート６０が、膜構造であり、基板１に形成してある場合で、フロート６０がプラスチック膜や気泡を含む膜など、水溶液２０に対して比重が小さく、しかも、小さな太陽電池であるから、これを支えて水に浮かせるために必要なフロート６０があればよい。このように小型で簡便に形成できる膜構造の小型のフロート６０を有する小型の太陽電池にする場合である。
【００１６】
このような膜構造のフロート６０は、発電部１０を形成した基板１に貼り付けるようにしてもよく、フォトレジスト膜のように太陽電池を形成する過程で基板１に一体に形成して、水溶液２０に浮く小型の太陽電池にすることもできる。
【００１７】
このような太陽電池を形成する過程で基板１と一体形成したフロート６０には、太陽電池の陽極２０１と陰極２０２との電極を延在させて、フロート６０にも電極を形成して、水溶液２０に常に浸るようにすることもできる。
【００１８】
本発明の請求項４に係わる太陽電池は、半導体接合ダイオード９０が必要な個数だけ直列接続してあるダイオード列９５を太陽電池が形成されている同一の基板１に形成してあること、該ダイオード列９５は、太陽電池の発電部１０の出力端に並列接続になるように構成され、所望の出力電圧以上の電圧が発生しないように出力電圧を制限するようにした場合である。
【００１９】
水溶液２０に浸しながら発電させて使用する太陽電池は、必ずしも電解により酸素や水素、または塩素ガスなどを発生させることが目的でなく、むしろ、これらのガスの発生を抑えて、水溶液２０、特に水の中に含まれるイオンの除去、殺菌、除菌、有機物の分解、重金属イオンなどの電着などで水を浄化させたいなどの目的がある。
【００２０】
密閉したビニール袋中の水の殺菌やイオンの電着などでは、むしろ、電解によるガスの発生はビニール袋を膨らませてしまうので困ることが多い。
【００２１】
上述のように電解によるガスの発生を抑制するのに、順方向となる半導体接合を必要な個数だけ直列接続してダイオード列９５を形成し、太陽電池の出力端に並列接続しておくことにより、ダイオード列９５の順方向立ち上がり電圧を利用して所望の電圧、たとえば、実験によると水素や酸素ガスが発生する水の電解には２．１ボルトの直流電圧が必要で、これよりわずかに小さい電圧、たとえば、１．９ボルト以上の電圧が発生しないようにすることができる。
【００２２】
本発明の請求項５に係わる太陽電池は、半導体接合ダイオード９０がｐｎ接合である場合である。
【００２３】
シリコンのｐｎ接合からなる半導体接合ダイオード９０の場合は、１個の立ち上がり電圧は約０．６５ボルトであり、３個のｐｎ接合の半導体接合ダイオード９０を直列に順方向になるように接続すると１．９５ボルト程度で電流が流れだすので、太陽電池への入射光を強くしても１．９５ボルト程度以上は水溶液２０に電圧が印加されないから、水溶液２０が電解されて水素や酸素ガスがほとんど発生しないことになる。しかし、電極へのイオンの電着は生じること、また、わずかに酸性水やアルカリ水が生じるので、殺菌効果や有機物の分解、触媒作用などに寄与させることができる。
【００２４】
また、炭化珪素などの結晶からなるｐｎ接合の半導体接合ダイオード９０を用いた場合には、これらのｐｎ接合を構成する不純物濃度にも依るが順方向立ち上がり１．８ボルト程度もあり、必ずしも複数の半導体接合ダイオード９０を直列接続しなくとも、１個でも足りることになる。このように請求項４に記載してある「半導体接合ダイオード（９０）が必要な個数だけ直列接続してあるダイオード列（９５）」とは、１個の半導体接合ダイオード９０も含まれるものである。
【００２５】
ｐｎ接合の半導体接合ダイオード９０を作成しにくい半導体を用いた場合には、ショットキー接合の半導体接合ダイオード９０を用いても良い。
【００２６】
本発明の請求項６に係わる太陽電池は、ダイオード列９５として、これを構成する半導体接合ダイオード９０のすべてが順方向バイアスになるように構成されてある場合である。
【００２７】
例えば、ツエナー効果を利用した逆方向バイアスによる出力電圧の制限を行うこともできるが、丁度良い電圧のツエナーダイオードである半導体接合ダイオード９０の作成は歩留まりが悪く困難であるから、半導体接合ダイオード９０の個数を多くする必要はあるが順方向の立ち上がり電圧を利用した方が木目細かい設定電圧の選択ができるという利点がある。
【００２８】
本発明の請求項７に係わる太陽電池は、陽極２０１、陰極２０２や配線２１０の電極にカーボンを含む材料を用いた場合である。
【００２９】
水溶液２０の電解において、大きな電圧を印加して大きな電流を流すようにすると、特に陽極として用いた薄膜金属が剥がれたり、溶けたりしてしまうという問題があった。このためには、カーボンブラックを含む導電性塗料を電極として用いると安定であることが実験から判明した。カーボンブラックを含む導電性塗料を電極として用いるには印刷技術で容易に形成できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の太陽電池の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
【実施例１】
図１は、本発明の太陽電池における一実施例の概略図で、ＳＯＩ層１１０を有する基板１に配線２１０を介して直列接続された受光部１１となる５個のｐｎ接合３０が形成されてあり、それぞれが発電部１０の太陽電池セルの受光部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅを構成している。この受光部１１の面に形成された陽極２０１と陰極２０２とが、基板１の裏面に形成された薄膜状のフロート６０の上に延びて形成してある場合で、錘７０が基板１のフロート６０の形成面側に取り付けてある場合である。
【００３２】
図１（ａ）は平面図の概略図で、図１（ｂ）は、同図（ａ）のＸ−Ｘにおける断面概略図である。
【００３３】
図１では、ＳＯＩ層１１０はｐ型層３１から成り、ｎ型不純物を拡散してｎ型層４１を形成して、ｐｎ接合３０を有する受光部１１を形成している場合であり、このｎ型層４１に酸化シリコンからなる絶縁層５１に窓開けした後、ｎ型電極４２を形成している。そして、ＳＯＩ層１１０のｐ型層３１からも窓開けをしてｐ型電極３２を形成し、陽極２０１と電気的に配線２１０を介して接合させると共に、ｎ型層４１も陰極２０２に電気的に接合させている。
【００３４】
５個の各ｐｎ接合３０はリークなしで完全な直列接続にさせるために、ＳＯＩ層１１０のｐ型層３１にスリット８０を下部の埋め込み酸化膜である絶縁層５０まで到達するような深さに設けて電気的に分断している。
【００３５】
スパッタリングによるアルミニウム薄膜などの酸やアルカリに弱い材料で形成した配線２１０や陽極２０１と陰極２０２とは、水溶液２０の電解にも耐性があるように、カーボンの導電性ペーストを用いて被覆して用いると良いことが実験的に確認された。
【００３６】
フロート６０は１００ミクロンメートル程度の厚めのシート状フォトレジスト薄膜を用いることもできる。この場合は、バターン化も容易で好都合である。
【００３７】
錘７０は、セラミックスの棒を利用すると薬品耐性や安定性があり好適である。なお、図１に示す本実施例では、錘保持部７１はプラスチック部材を用いて、浮力を増加させた場合を示してあり、水溶液２０の水面レベル２５が破線で示してあるように、フロート６０付近にある場合を示している。もちろん、錘保持部７１なしで、直接、種々の形状の錘７０を基板１に、直接接合、または脱着可能な構造で取り付けても良い。
【００３８】
錘７０の作用で、上述の構成による本願発明の太陽電池は、水溶液２０に放り投げても自動的に錘７０が水溶液２０の中に沈み、受光部１１が水面に顔を出すようになっており、有効に太陽光などの外来光を受けることができるので、高効率の水溶液電解用などに用いる太陽電池が提供される。
【００３９】
本実施例では、薄膜状のフロート６０が基板１の裏面全面に形成してあり、陽極２０１と陰極２０２をそこまで延在形成した場合であるが、ここでは図示しないが薄膜状のフロート６０を一部にして、残された基板１の裏面の領域に直接、陽極２０１と陰極２０２とを延在形成してもよい。
【００４０】
【実施例２】
図２は、本発明の太陽電池における図１に示した実施例と同様に、ＳＯＩ層１１０を有する基板１に発電部１０を形成し、その受光部１１が錘７０とフロート６０の作用で常に水溶液２０中で、水面レベル２５の上方の外来光を見るように設計してある場合の一実施例を示す断面概略図である。
【００４１】
フロート６０は、たとえば、プラスチック製などとし、多少、柔軟性を持たせてあり、セラミックス製の錘７０と接合してあり、接合されたフロート６０と錘７０とは、断面をコの字構造とさせて基板１から脱着可能な構造としてある。さらに断面をコの字構造の内側に配線２１０を形成して、装着後、基板１の受光部１１側に設けた陽極２０１と陰極２０２とに機械的および電気的に接合させるようにしてある。さらに、配線２１０は錘７０の外側にまで延在させて、常に水溶液２０に浸るようにしている場合であり、このとき、水溶液２０に浮かせた太陽電池の受光部１１は、水面レベル２５より下面に潜っている場合を示している。
【００４２】
太陽電池が外来光を受けて発電して、その発生電圧が水溶液２０を電解するに足りる光強度であれば、陽極２０１付近には酸性水、陰極２０２付近にはアルカリ水である電解水の発生することになる。なお、水素や酸素などのガスが発生するに足りる発生電圧であれば、電極からガスの発生が起こる。
【００４３】
また、水溶液２０中にある各種イオンのうち、正イオンは陰極２０２に、負イオンは陽極２０１に引かれて移動し、特に金属イオンのうち、イオン化傾向の小さいものは、陰極２０２に電着して、水溶液２０中のイオン濃度が少なくなる。このようにイオン濃度が少なくなることは、水の浄化に繋がる。
【００４４】
【実施例３】
図３は、本発明の太陽電池における一実施例の平面概略図であり、ダイオード列９５を太陽電池の発電部１０に並列接続した構造の例を示している。ここでは、図１に示した実施例と同様であるが、違いは、同一の基板１に、pｎ接合の半導体接合ダイオード９０を３個直列接続してあり、これらの３個の半導体接合ダイオード９０ａ、９０ｂ、９０ｃからなるダイオード列９５の出力端子は、配線２１０で発電部１０の陽極２０１と陰極２０２に並列接続になるように構成されている場合を示している。このとき、ダイオード列９５は、発電部１０の受光部１１に外来光が照射されて、起電力が発生したときに、すべて順方向バイアスされるように接続してあり、平均して１個の半導体接合ダイオード９０は０．６５ボルトで立ち上がるので、３個では１．９５ボルトで急激に立ち上がり順方向電流が流れ出すので、たとえば、水の電解による水素ガスや酸素ガス発生には、２．１ボルト必要であるから、強い光強度の外来光があっても、ガスの発生が抑えられる。しかし、このとき水溶液２０中に重金属イオンがあると、陰極２０２に電着されるので、重金属イオンを水溶液２０中から除去できるので、水の浄化として利用できるし、また逆に、重金属の回収として利用することもできる。
【００４５】
なお、図３に示す実施例では、３個の半導体接合ダイオード（ここでは、ｐｎ接合ダイオード）からなるダイオード列９５の各々は、スリット８０により電気的に絶縁分離している場合を示し、さらに、基板１の裏面には図１と同様、フロート６０と錘７０が形成されてあり、水溶液２０に浮く構造で、常に水面上方を受光部１１が向くようにした構造の場合を示している。
【００４６】
以上、上述の実施例では、シリコンの単結晶基板を用いた場合であったが、たとえば、ガラス基板にアモルファスシリコンの発電部１０を形成して発電させてもよい。
【００４７】
また、ダイオード列９５もショットキー障壁ダイオードの列でも同様の事ができることは言うまでもない。
【００４８】
また、１個の半導体接合ダイオード立ち上がり電圧によっては、複数個の直列接続でなくて、１個だけで足りることもある。
【００４９】
上述の実施例は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の主旨および作用、効果が同一でありながら、本発明の多くの変形があることは明らかである。
【００５０】
【発明の効果】
従来の太陽電池パネルにガス収集用チャンバを持つフロート６０を取り付けたり、チューブを取り付けたりしていたので、大掛かりな装置になるものであった。
【００５１】
しかし、以上説明したように、本発明の太陽電池によると、水溶液２０より比重を小さくさせた薄いフロート６０を基板１のチップに直接接合してあり、この小型の膜状フロート６０により水溶液２０に浮く構造であること、また、陰極及び陽極の電極の少なくとも一部は同一基板１に一体に形成してあり、陰極及び陽極の電極の一部は少なくとも水溶液２０に浸るように形成してあるから、極めて小型の太陽電池が提供できる。
【００５２】
また、太陽電池の受光部１１が受光する外来光方向を常に自動的に向くようにフロート６０と錘７０が取り付けてあるので、たとえ水溶液２０に外来光が吸収される場合でも太陽電池は沈まず、受光部１１の上にある水溶液２０の層が少なくて済むので、外来光を大量に受光することができて、高効率の太陽電池が提供できる。
【００５３】
また、半導体接合ダイオードが必要な個数だけ直列接続してあるダイオード列９５が同一の基板１に形成して、発電部１０の出力端に並列接続になるように構成されており、所望の出力電圧以上の電圧が発生しないように出力電圧が制限されているので、電極からのガスの発生が抑えられ、水溶液２０、特に水の中に含まれるイオンの除去、殺菌、除菌、有機物の分解、重金属イオンなどの電着などで水の浄化や触媒に利用することができるという利点がある。
【００５４】
また、陽極２０１と陰極２０２とを、基板１から配線２１０によりフロート６０や錘７０まで延在させて、水溶液２０との接触面積を大きくさせることができると共に、常に水溶液２０に浸ることができるようにしているので、電着による電極の被覆の割合が少なくなり、さらに外来光があれば常に太陽電池が電圧を発生しており、常に水溶液２０の電解などに寄与できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池の一実施例を示すもので、図１（ａ）は平面図の概略図で、図１（ｂ）は、同図（ａ）のＸ−Ｘにおける断面概略図である。
【図２】本発明の太陽電池の一実施例を示すもので、その断面概略図である。
【図３】本発明の太陽電池における一実施例の平面概略図であり、ダイオード列９５を発電部１０に並列接続した構造の例を示している。
【符号の説明】
１基板
１０発電部
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ受光部
２０水溶液
２５水面レベル
３０ｐｎ接合
３１ｐ型層
３２ｐ型電極
４１ｎ型層
４２ｎ型電極
５０，５１絶縁層
６０フロート
７０錘
７１錘保持部
８０スリット
９０、９０ａ、９０ｂ、９０ｃ半導体接合ダイオード
９５ダイオード列
１１０ＳＯＩ層
２０１陽極
２０２陰極
２１０配線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention generates power by receiving light while immersing a solar cell in a solution such as an aqueous solution, and electrolysis of the aqueous solution and generation of gas while immersing in the aqueous solution by the electromotive force of the anode and the cathode integrated with the substrate. , Related to solar cells that perform actions such as electrodeposition, disinfection of dissolved ions, decomposition and purification of organic matter, and external light such as sunlight is not absorbed by aqueous solution or arrives at the light receiving part before it is hardly absorbed In this way, the float is made to float with a small size that can be easily formed, and an excessive voltage is prevented from being generated.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a float having a gas collection chamber is attached to a solar cell panel, floated on the water surface, and spaced from the water surface so that the solar cell panel is not buried in water, and a tube formed below the solar cell panel There is a device in which cathode and anode electrodes are arranged on the inside and outside of the tube to generate and collect hydrogen gas and oxygen gas (US Pat. No. 4,565,617).
[0003]
In addition, conventionally, the solar cell according to the invention of the present inventor receives light while being buried in a solution such as an aqueous solution, and generates electric power, and electrolysis of the solution, generation of gas, electrodeposition of dissolved ions, sterilization, There has been an immersion type solar cell that performs actions such as purification (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-170980).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, a float with a gas collection chamber is attached to the solar cell panel to isolate the solar cell panel from the water surface, and for this purpose, a tube for separating generated gases such as hydrogen and oxygen by electrolysis Was placed in the water below and electrodes were placed inside and outside, but this was a large-scale device.
[0005]
In addition, for purposes such as sterilization of aqueous solutions, decomposition of organic matter, and purification by ion electrodeposition, it is often desirable to use in a space close to sealing, such as a plastic bag, and the pressure in that space rises and swells There was a problem that
In addition, in conventional immersion type solar cells, as much as possible, even for the purpose of sterilization, decomposition of organic matter, purification of water, catalytic action, etc. There was a request to suppress the occurrence of
[0007]
In the solar cell, the present invention includes electrolysis of aqueous solution (including water having almost no solute), sterilization, sterilization, decomposition and purification of organic substances, electrodeposition of various ions and recovery of minerals and the like thereby, catalysis, etc. If the solar cell is floated in an aqueous solution by forming it on a chip-like substrate and the aqueous solution covers the light receiving part of the solar cell, the amount of the external light for power generation such as sunlight is small. As much as possible, the extraneous light reaches the light-receiving part to increase the power generation efficiency and enable effective electrolysis and electrodeposition, and the generation of gas by electrolysis as much as possible. An object is to provide a solar cell that is suppressed or restricted.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a solar cell according to claim 1 of the present invention is a solar cell that is used by generating electricity while immersing the anode 201 and the cathode 202 of the solar cell formed on the substrate 1 in the aqueous solution 20, The substrate 1 is a semiconductor chip substrate, has a float 60 having a specific gravity smaller than that of the aqueous solution 20, has a structure that floats on the aqueous solution 20 by the float 60, an anode 201 and a cathode at least a portion of the 202 electrodes Yes formed integrally on the same substrate 1, and a part of the electrodes of the anode 201 and the cathode 202 is intended, characterized with this that is formed so as to immerse at least the aqueous solution 20, the is there.
[0009]
A solar cell having a power generation part in which a solar cell made of a pn junction or the like is formed in series-parallel connection or the like on a semiconductor chip-like substrate 1 such as single crystal, polycrystal, or amorphous silicon . By attaching the float 60, the solar cell is prevented from sinking into the aqueous solution 20. Moreover, although the electrodes of the anode 201 and the cathode 202 of the solar cell are formed on the substrate 1, they can be extended to the float 60 as necessary, and are always immersed in the aqueous solution 20. This is a case where actions such as electrolysis, gas generation, electrodeposition of dissolved ions, sterilization, decomposition of organic matter, purification, and catalyst are performed.
[0010]
The light receiving unit 11 of the solar cell does not necessarily have to be faced from the water surface of the aqueous solution 20, as long as it does not sink even in the aqueous solution 20 and drifts in the vicinity of the water surface. Absorption of extraneous light such as light can be reduced.
[0011]
In addition, the float 60 is directly attached to the substrate 1 forming the solar cell, if necessary, but may be structured to be detachable from the substrate 1.
[0012]
In addition, when the float 60 is formed with electrodes to be the anode 201, the cathode 202, and the wiring 210, and the float 60 has a structure that can be detached from the substrate 1, a part of the electrode of the float 60 is integrated with the substrate 1. It is preferable to contact or join the formed electrode.
[0013]
The solar cell according to claim 2 of the present invention is a case where the weight 70 is provided so as to always face the direction of the external light received by the light receiving portion 11 of the solar cell.
[0014]
A silicon substrate or the like is generally about 0.6 mm thin, and when the area of the light receiving portion 11 of the solar cell is about 10 mm square, when the float 60 is attached and floated on the aqueous solution 20, the light receiving portion 11 is made of the aqueous solution 20. Since it may face inward, the weight 70 is attached to the substrate 1 or the float 60 so that the light receiving unit 11 always faces the external light such as sunlight. In this way, even if it is inverted, the light receiving unit 11 can automatically change the direction above the aqueous solution 20 by the action of the weight 70, and always receives extraneous light, so that the power generation efficiency can be increased. it can.
[0015]
The solar cell according to claim 3 of the present invention is a case where the float 60 has a film structure and is formed on the substrate 1, and the float 60 has a specific gravity with respect to the aqueous solution 20, such as a plastic film or a film containing bubbles. Since it is a small and small solar cell, it only needs to have a float 60 necessary to support it and float it in water. In this way, a small solar cell having a small float 60 having a film structure that can be easily formed in a small size is obtained.
[0016]
The float 60 having such a film structure may be affixed to the substrate 1 on which the power generation unit 10 is formed, and is formed integrally with the substrate 1 in the process of forming a solar cell like a photoresist film , A small solar cell floating at 20 can be formed .
[0017]
In the float 60 integrally formed with the substrate 1 in the process of forming such a solar cell, the electrodes of the anode 201 and the cathode 202 of the solar cell are extended to form electrodes on the float 60, and the aqueous solution 20 You can always immerse yourself in.
[0018]
In the solar cell according to claim 4 of the present invention, a diode array 95 in which a required number of semiconductor junction diodes 90 are connected in series is formed on the same substrate 1 on which the solar cell is formed, The column 95 is a case where the output voltage of the solar cell power generation unit 10 is configured to be connected in parallel and the output voltage is limited so that a voltage higher than a desired output voltage is not generated.
[0019]
The solar cell used by generating electricity while being immersed in the aqueous solution 20 is not necessarily intended to generate oxygen, hydrogen, chlorine gas, or the like by electrolysis, but rather suppresses the generation of these gases, and the aqueous solution 20, particularly water. The purpose is to purify water by removing ions contained in the sterilization, sterilization, sterilization, decomposition of organic matter, electrodeposition of heavy metal ions, and the like.
[0020]
In sterilization of water in sealed plastic bags or electrodeposition of ions, the generation of gas by electrolysis often causes problems because it inflates the plastic bag.
[0021]
As described above, in order to suppress the generation of gas due to electrolysis, a required number of semiconductor junctions are connected in series to form a diode array 95 and connected in parallel to the output terminal of the solar cell. In addition, a desired voltage using the forward rising voltage of the diode array 95, for example, a direct current voltage of 2.1 volts is required for the electrolysis of water in which hydrogen or oxygen gas is generated, which is slightly smaller than this. A voltage, for example, a voltage of 1.9 volts or more can be prevented from being generated.
[0022]
The solar cell according to claim 5 of the present invention is a case where the semiconductor junction diode 90 is a pn junction.
[0023]
In the case of a semiconductor junction diode 90 made of a silicon pn junction, one rising voltage is about 0.65 volts, and when three pn junction semiconductor junction diodes 90 are connected in series in the forward direction, 1 is obtained. Since the current starts flowing at about .95 volts, no voltage is applied to the aqueous solution 20 for more than about 1.95 volts even if the incident light to the solar cell is strengthened. It will not occur. However, the electrodeposition of ions to the electrode occurs, and a slight amount of acidic water or alkaline water is generated, which can contribute to the bactericidal effect, decomposition of organic substances, catalytic action, and the like.
[0024]
Further, when a pn junction semiconductor junction diode 90 made of a crystal such as silicon carbide is used, the forward rise is about 1.8 volts depending on the impurity concentration constituting these pn junctions, and a plurality of semiconductor junction diodes 90 are not necessarily included. Even if the semiconductor junction diode 90 is not connected in series, only one is sufficient. Thus, the “diode array (95) in which the necessary number of semiconductor junction diodes (90) are connected in series” described in claim 4 includes one semiconductor junction diode 90 as well. .
[0025]
When a semiconductor that is difficult to form the pn junction semiconductor junction diode 90 is used, a Schottky junction semiconductor junction diode 90 may be used.
[0026]
The solar cell according to claim 6 of the present invention is a case in which all of the semiconductor junction diodes 90 constituting the diode array 95 are forward biased.
[0027]
For example, although the output voltage can be limited by reverse bias using the Zener effect, it is difficult to produce the semiconductor junction diode 90 which is a Zener diode having a good voltage. Although it is necessary to increase the number, there is an advantage that a finer setting voltage can be selected by using the forward rising voltage.
[0028]
The solar cell according to claim 7 of the present invention is a case where a material containing carbon is used for the electrodes of the anode 201, the cathode 202 and the wiring 210.
[0029]
In the electrolysis of the aqueous solution 20, when a large voltage is applied to flow a large current, there is a problem that a thin film metal used as an anode is peeled off or melts. For this purpose, experiments have shown that a conductive paint containing carbon black is stable when used as an electrode. In order to use a conductive paint containing carbon black as an electrode, it can be easily formed by a printing technique.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, examples of the solar cell of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0031]
[Example 1]
FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of the solar cell of the present invention, in which five pn junctions 30 that are light-receiving portions 11 connected in series via a wiring 210 are formed on a substrate 1 having an SOI layer 110. Yes, each of which constitutes the light receiving portions 11a, 11b, 11c, 11d, and 11e of the solar cells of the power generation unit 10. In the case where the anode 201 and the cathode 202 formed on the surface of the light receiving portion 11 are formed to extend on the thin film-like float 60 formed on the back surface of the substrate 1, the weight 70 is the float of the substrate 1. This is a case where it is attached to the formation surface side of 60.
[0032]
FIG. 1A is a schematic plan view, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line XX in FIG.
[0033]
In FIG. 1, the SOI layer 110 includes a p-type layer 31, an n-type impurity is diffused to form an n-type layer 41, and the light receiving unit 11 having the pn junction 30 is formed. An n-type electrode 42 is formed after opening a window in an insulating layer 51 made of silicon oxide in the mold layer 41. Then, the p-type electrode 31 is formed by opening a window from the p-type layer 31 of the SOI layer 110 and is electrically connected to the anode 201 via the wiring 210, and the n-type layer 41 is also electrically connected to the cathode 202. It is made to join.
[0034]
Each of the five pn junctions 30 has a depth that allows the slit 80 to reach the p-type layer 31 of the SOI layer 110 to the insulating layer 50 that is a buried oxide film below in order to make the pn junctions 30 be connected in series without leakage. Provided and electrically separated.
[0035]
The wiring 210, the anode 201 and the cathode 202 formed of a material weak to acids and alkalis such as an aluminum thin film by sputtering are coated with a carbon conductive paste so as to be resistant to electrolysis of the aqueous solution 20. And it was confirmed experimentally.
[0036]
As the float 60, a thick sheet-like photoresist thin film of about 100 micrometers can be used. In this case, patterning is easy and convenient.
[0037]
The weight 70 is preferably a ceramic rod because it has chemical resistance and stability. In the present embodiment shown in FIG. 1, the weight holding portion 71 uses a plastic member to increase buoyancy, and the float 60 has a water surface level 25 of the aqueous solution 20 indicated by a broken line. It shows the case of being near. Of course, the weight 70 of various shapes may be directly attached to the substrate 1 without using the weight holding portion 71 in a structure that can be directly joined or detached.
[0038]
Due to the action of the weight 70, the solar cell of the present invention having the above-described configuration automatically sinks into the aqueous solution 20 even if it is thrown into the aqueous solution 20, and the light receiving unit 11 comes to face the water surface. In addition, since external light such as sunlight can be effectively received, a solar cell used for highly efficient aqueous solution electrolysis is provided.
[0039]
In this embodiment, the thin film-like float 60 is formed on the entire back surface of the substrate 1 and the anode 201 and the cathode 202 are formed so as to extend there. However, although not shown here, the thin-film float 60 is formed. As a part, the anode 201 and the cathode 202 may be extended and formed directly in the region of the back surface of the remaining substrate 1.
[0040]
[Example 2]
FIG. 2 shows the solar cell of the present invention, in the same manner as the embodiment shown in FIG. 1, in which the power generation unit 10 is formed on the substrate 1 having the SOI layer 110 and the light receiving unit 11 is always operated by the weight 70 and the float 60. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment in the case where the aqueous solution 20 is designed to see extraneous light above the water surface level 25.
[0041]
The float 60 is made of plastic, for example, and is somewhat flexible, and is joined to a ceramic weight 70. The joined float 60 and weight 70 have a U-shaped cross section. Thus, the structure is detachable from the substrate 1. Furthermore, the wiring 210 is formed inside the U-shaped cross section, and after mounting, the anode 201 and the cathode 202 provided on the light receiving unit 11 side of the substrate 1 are mechanically and electrically joined. Furthermore, the wiring 210 extends to the outside of the weight 70 and is always immersed in the aqueous solution 20. At this time, the light receiving unit 11 of the solar cell floated in the aqueous solution 20 is lower than the water level 25. The case where it is diving is shown.
[0042]
If the solar cell receives extraneous light and generates electric power, and the generated voltage is light intensity sufficient to electrolyze the aqueous solution 20, generation of electrolytic water that is acidic water near the anode 201 and alkaline water near the cathode 202 is generated. Will do. If the generated voltage is sufficient to generate a gas such as hydrogen or oxygen, gas is generated from the electrode.
[0043]
Of the various ions in the aqueous solution 20, positive ions are attracted to the cathode 202 and negative ions are attracted to the anode 201, and particularly metal ions having a low ionization tendency are electrodeposited on the cathode 202. Thus, the ion concentration in the aqueous solution 20 decreases. Such a decrease in ion concentration leads to purification of water.
[0044]
[Example 3]
FIG. 3 is a schematic plan view of one embodiment of the solar cell of the present invention, showing an example of a structure in which a diode array 95 is connected in parallel to the power generation unit 10 of the solar cell. Here, the embodiment is the same as the embodiment shown in FIG. 1, except that three pn junction semiconductor junction diodes 90 are connected in series to the same substrate 1, and these three semiconductor junction diodes 90a are connected. , 90b, 90c, the output terminal of the diode array 95 shows a case where the wiring 210 is configured to be connected in parallel to the anode 201 and the cathode 202 of the power generation unit 10. At this time, the diode array 95 is connected to be forward-biased when external light is irradiated on the light-receiving unit 11 of the power generation unit 10 and an electromotive force is generated. Since the semiconductor junction diode 90 rises at 0.65 volts, the three diodes suddenly rise at 1.95 volts, and forward current flows out. For example, 2.1 volts is required for generating hydrogen gas or oxygen gas by electrolysis of water. Since it is necessary, the generation of gas can be suppressed even when there is extraneous light with high light intensity. However, if heavy metal ions are present in the aqueous solution 20 at this time, they are electrodeposited on the cathode 202, so that the heavy metal ions can be removed from the aqueous solution 20 and can be used for water purification. It can also be used.
[0045]
In the embodiment shown in FIG. 3, each of the diode arrays 95 including three semiconductor junction diodes (here, pn junction diodes) is electrically insulated and separated by the slits 80. As in FIG. 1, a float 60 and a weight 70 are formed on the back surface of the substrate 1, and the structure is such that it floats on the aqueous solution 20, and the structure in which the light receiving unit 11 always faces the water surface is shown.
[0046]
As described above, in the above-described embodiment, a silicon single crystal substrate is used. However, for example, an amorphous silicon power generation unit 10 may be formed on a glass substrate to generate power.
[0047]
It goes without saying that the same can be done with the diode array 95 and the Schottky barrier diode array.
[0048]
In addition, depending on the rising voltage of one semiconductor junction diode, only a single semiconductor junction diode may be sufficient instead of a plurality of serial connections.
[0049]
The above-described embodiment is merely one embodiment of the present invention, and it is apparent that there are many variations of the present invention while the gist, operation and effect of the present invention are the same.
[0050]
【The invention's effect】
Since a float 60 having a gas collecting chamber or a tube is attached to a conventional solar cell panel, it becomes a large-scale apparatus.
[0051]
However, as explained above, according to the solar cell of the present invention, the thin float 60 having a specific gravity smaller than that of the aqueous solution 20 is directly bonded to the chip of the substrate 1, and the small film-like float 60 makes the aqueous solution 20 It is a floating structure, and at least a part of the cathode and anode electrodes are integrally formed on the same substrate 1, and a part of the cathode and anode electrodes are formed so as to be immersed at least in the aqueous solution 20. An extremely small solar cell can be provided.
[0052]
In addition, since the float 60 and the weight 70 are attached so that the direction of the external light received by the light receiving unit 11 of the solar cell is always automatically directed, the solar cell does not sink even when the external light is absorbed by the aqueous solution 20. Since the number of layers of the aqueous solution 20 on the light receiving unit 11 is small, a large amount of extraneous light can be received and a highly efficient solar cell can be provided.
[0053]
In addition, a diode array 95 in which a necessary number of semiconductor junction diodes are connected in series is formed on the same substrate 1 and is connected in parallel to the output terminal of the power generation unit 10, and a desired output voltage Since the output voltage is limited so that the above voltage is not generated, the generation of gas from the electrode is suppressed, the removal of ions contained in the aqueous solution 20, particularly water, sterilization, sterilization, decomposition of organic matter, There is an advantage that it can be used for purification of water or a catalyst by electrodeposition of heavy metal ions or the like.
[0054]
In addition, the anode 201 and the cathode 202 can be extended from the substrate 1 to the float 60 and the weight 70 by the wiring 210 so that the contact area with the aqueous solution 20 can be increased and the aqueous solution 20 can always be immersed in the aqueous solution 20. Therefore, there is an advantage that the ratio of electrode coating by electrodeposition is reduced, and if there is extraneous light, the solar cell always generates voltage and can always contribute to the electrolysis of the aqueous solution 20 and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of a solar cell of the present invention. FIG. 1 (a) is a schematic plan view, and FIG. 1 (b) is a schematic cross-sectional view taken along line XX in FIG. 1 (a). FIG.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an embodiment of the solar cell of the present invention.
FIG. 3 is a schematic plan view of an embodiment of the solar cell of the present invention, showing an example of a structure in which a diode array 95 is connected in parallel to a power generation unit 10;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 10 Electric power generation part 11,11a, 11b, 11c, 11d, 11e Light-receiving part 20 Aqueous solution 25 Water surface level 30 pn junction 31 p-type layer 32 p-type electrode 41 n-type layer 42 n-type electrode 50, 51 Insulating layer 60 Float 70 Weight 71 Weight holding portion 80 Slit 90, 90a, 90b, 90c Semiconductor junction diode 95 Diode array 110 SOI layer 201 Anode 202 Cathode 210 Wiring

Claims

基板（１）に形成した太陽電池の陽極（２０１）と陰極（２０２）とを水溶液（２０）に浸しながら発電させて使用する太陽電池において、基板（１）は、半導体のチップ状基板であること、水溶液（２０）より比重を小さくさせたフロート（６０）を基板（１）に具備してあること、該フロート（６０）により水溶液（２０）に浮く構造であること、陽極（２０１）及び陰極（２０２）の電極の少なくとも一部は同一基板（１）に一体に形成してあり、かつ陽極（２０１）及び陰極（２０２）の電極の一部は少なくとも水溶液（２０）に浸るように形成してあること、を特徴とする太陽電池。In the solar cell used by generating electricity while immersing the anode (201) and the cathode (202) of the solar cell formed on the substrate (1) in the aqueous solution (20), the substrate (1) is a semiconductor chip substrate. The float (60) having a specific gravity smaller than that of the aqueous solution (20) is provided on the substrate (1), the float (60) floats on the aqueous solution (20), the anode (201) and At least part of the electrode of the cathode (202) is integrally formed on the same substrate (1), and part of the electrode of the anode (201) and the cathode (202) is formed so as to be immersed in at least the aqueous solution (20). solar cells characterized by, and this you have.

太陽電池の受光部（１１）が受光する外来光方向を常に向くように錘（７０）を具備した請求項１記載の太陽電池。The solar cell according to claim 1 , further comprising a weight (70) so as to always face an external light direction received by the light receiving portion (11) of the solar cell.

フロート（６０）は、膜構造であり、基板（１）に形成してある請求項１もしくは２のいずれかに記載の太陽電池。 The solar cell according to claim 1, wherein the float (60) has a film structure and is formed on the substrate (1).

半導体接合ダイオード（９０）が必要な個数だけ直列接続してあるダイオード列（９５）を太陽電池が形成されている同一の基板（１）に形成してあること、該ダイオード列（９５）は、太陽電池の発電部（１０）の出力端に並列接続になるように構成され、所望の出力電圧以上の電圧が発生しないように出力電圧を制限するようにした請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池。The diode array (95) in which the necessary number of semiconductor junction diodes (90) are connected in series is formed on the same substrate (1) on which the solar cell is formed, and the diode array (95) The output voltage is limited so that a voltage higher than a desired output voltage is not generated, and is configured to be connected in parallel to the output terminal of the power generation unit (10) of the solar cell. The solar cell described .

半導体接合ダイオード（９０）がｐｎ接合である請求項４記載の太陽電池。 The solar cell according to claim 4 , wherein the semiconductor junction diode (90) is a pn junction.

ダイオード列（９５）は、これを構成する半導体接合ダイオード（９０）のすべてが順方向バイアスになるように構成されてある請求項４または５のいずれかに記載の太陽電池。6. The solar cell according to claim 4, wherein the diode array (95) is configured such that all of the semiconductor junction diodes (90) constituting the diode array (95) are forward biased.

電極にカーボンを含む材料を用いた請求項１から６のいずれかに記載の太陽電池。The solar cell according to claim 1, wherein a material containing carbon is used for the electrode.