利用氧化锌光发电技术的开发

前言

　　现在HEMS、BEMS※1 能源管理系统正在开发当中。这是一种建筑物中用来管理使用器械、设备运转的系统，其目的是为了减少建筑物中的能源消耗。目前，HEMS/BEMS主要致力于将能源消耗量可视化，今后将会结合传感器网络，用来检测室内人体活动，门窗打开或关闭等状态，在必要的场合使用能源，而不必要的场合能自动节约能源，实现舒适和节能的目标。

　　在传感器网络的实际使用中，电源是挑战课题之一。通过用来减少能耗的传感器节点达到节能的效果，为了更舒适的生活，我们从未放弃对节点自由安装的研究。

村田制作所考虑到环境发电技术不适用于这种传感器节点的电源中，利用压电效应的振动发电、将温度差转换成电能的热电转换元件，还有本章介绍的光发电技术的多种发电设备正在开发当中。

光发电技术

　　人类活动的场所最好是有光线的。收集这种普遍存在于人们生活中的环保能源并转换成电能，运用于电子设备中的就是光发电技术。这种光发电技术一般使用非晶硅太阳能电池，而使用于传感器节点的电源即使是室内微弱的灯光也可发电，其入射光的角度依赖性很小，并且以轻薄、不易断裂的发电设备为宗旨，这就是村田目前正在开发的以氧化锌作为原料，色素增感型光发电技术※2。

　　色素增感型光发电构造如图1所示。电路板上使用了树脂膜，在电路板上形成透明电极，而在工作电极端的上方则通过丝网印刷等过程形成多孔半导体膜，这种膜吸附色素。相反电极是在透明电极上形成Pt等触媒，这样就形成了由2层电路板来密封电解质的构造。

　　色素增感型光发电技术的发电原理即下面反复的氧化还原反应。

　　1. 对吸附色素的半导体膜上进行光照、色素发射电子。
　　2. 发射出的电子经由半导体膜、透明电极等移动到相反电极。
　　3. 通过相反电极上电解质中的三碘化物I3- 由催化剂作用还原成碘化物离子3I-。
　　4. 碘化物离子3I-被色素酸化又变回三碘化物I3-。　　

　　我们在制作这种设备时，重点是尽可能将多孔半导体膜的表面积做大。一般来说要用二氧化钛作为半导体膜，并且需要经过400度以上的高温烧制过程，而作为电路板来说是不可能使用这种膜的。因此，村田制作所以山形大学吉田司教授的技术指导为基础，利用了氧化锌在低温条件下可形成多孔半导体膜的原理，开发了使用树脂模，轻薄、不易断裂的色素增感型光发电设备(参照图2)。　　

　　现在，电解质、色素这类材料的组合、工艺条件进展的优化，目标是即使在200lux以下微弱的室内光中，也能获得比非晶硅更多的发电量而优化的开发。可是目前在评价用的单元格中、在200lux白色LED照明下只能达到7µW/cm2以上的发电量，即与非晶硅同等或以上的发电量。