利用氧化鋅光發電技術的開發

　　前言

　　現在HEMS、BEMS※1 能源管理系統正在開發當中。這是一種建筑物中用來管理使用器械、設備運轉的系統，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絡，用來檢測室內人體活動，門窗打開或關閉等狀態，在必要的場合使用能源，而不必要的場合能自動節約能源，實現舒適和節能的目標。

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

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

　　光發電技術

　　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保能源并轉換成電能，運用于電子設備中的就是光發電技術。這種光發電技術一般使用非晶硅太陽能電池，而使用于傳感器節點的電源即使是室內微弱的燈光也可發電，其入射光的角度依賴性很小，并且以輕薄、不易斷裂的發電設備為宗旨，這就是村田目前正在開發的以氧化鋅作為原料，色素增感型光發電技術※2。

　　色素增感型光發電構造如圖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的構造。

　　色素增感型光發電技術的發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、色素發射電子。
　　2. 發射出的電子經由半導體膜、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-。　　

 

　　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，開發了使用樹脂模，輕薄、不易斷裂的色素增感型光發電設備(參照圖2)。　　

 

　　現在，電解質、色素這類材料的組合、工藝條件進展的優化，目標是即使在200lux以下微弱的室內光中，也能獲得比非晶硅更多的發電量而優化的開發。可是目前在評價用的單元格中、在200lux白色LED照明下只能達到7µW/cm2以上的發電量，即與非晶硅同等或以上的發電量。