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光電変換素子

国内特許コード P110004368
整理番号 K030P08
掲載日 2011年7月12日
出願番号 特願2009-195870
公開番号 特開2011-045826
登録番号 特許第5361612号
出願日 平成21年8月26日(2009.8.26)
公開日 平成23年3月10日(2011.3.10)
登録日 平成25年9月13日(2013.9.13)
発明者
  • 坂井 伸行
  • 立間 徹
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 光電変換素子
発明の概要 【課題】可視光応答性を有し、光触媒や光電変換素子に利用できる金属酸化物半導体を提供する。
【解決手段】金属酸化物半導体の表面に、8~250量体の金クラスターが担持されてなり、可視光応答性を有する金クラスター修飾金属酸化物半導体。金クラスターの励起準位は金属酸化物半導体の伝導帯よりもエネルギー的に高い位置にあり、光照射により金クラスターから金属酸化物半導体に電子注入されることで電荷分離が起こり、金クラスター上で酸化反応、金属酸化物半導体上で還元反応を起こすことができる。そのため、本発明の金クラスター修飾金属酸化物半導体は、可視光応答性を有し、優れた光電気化学反応性を示す。
【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要


酸化チタン(TiO2)や酸化亜鉛(ZnO)などの金属酸化物半導体は、光触媒や光電変換材料として知られており、そのバンドギャップ以上のエネルギーを有する光が照射されると価電子帯の電子が伝導帯に励起され、伝導帯、価電子帯にそれぞれ電子、ホールを生成する。生成した電子やホールを利用して、光触媒や光電変換材料としてすでに応用されているが、その多くは紫外光にしか応答しない。



これらの金属酸化物半導体に可視光応答性を付与するために、酸化チタンに金属イオンをドープしたり、格子酸素を窒素、炭素、硫黄などの他元素で置換する方法が提案されている(例えば、特許文献1~4参照)。



また、可視光応答性の光電変換素子として色素増感型太陽電池がある(例えば、特許文献5、6参照)。色素増感型太陽電池は、可視光応答性の色素を酸化チタンなどの酸化物半導体に吸着させた電極を利用した光電変換素子であり、太陽光により色素内で励起された光電子が酸化物半導体に注入され、この光電子が酸化物半導体を移動し、さらに、負荷を持つ外部回路を介して対極に到達することにより電気エネルギーを発生させることができる。

産業上の利用分野


本発明は、金クラスター修飾金属酸化物半導体とこれを用いた光電極並びに該光電極を備えた光電変換素子に関する。更に詳しくは、可視光応答性を有する金クラスター修飾金属酸化物半導体およびこれを用いた光電極、該光電極を備えた光電変換効率が高い光電変換素子に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
電子供与体を含有する電解質を介して配置されているアノードとカソードとを備えた光電変換素子であって、
前記アノードが、金属酸化物半導体の表面に、15~33量体の金クラスターが担持されてなり、可視光応答性を有する金クラスター修飾金属酸化物半導体を含有する層が導電性電極上に形成されてなる光電極であることを特徴とする光電変換素子。

【請求項2】
前記金属酸化物半導体が、酸化チタンである請求項1記載の光電変換素子

【請求項3】
前記金属酸化物半導体の形状が、粒状体又は膜状体である請求項1または2に記載の光電変換素子

【請求項4】
前記金クラスターが、25量体の金クラスターである請求項1から3のいずれか1項に記載の光電変換素子

【請求項5】
前記金クラスターが、保護剤で被覆されてなる請求項1から4のいずれか1項に記載の光電変換素子

【請求項6】
前記保護剤が、グルタチオンである請求項5記載の光電変換素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) さきがけ 物質と光作用 領域
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