【手続補正書】
【提出日】平成27年5月25日(2015.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ、受光部を有し、ｐｎ接合を有する半導体薄膜が形成された複数の素子が直列に連なるように積層された素子積層体と、
前記複数の素子の中の、前記素子積層体の一方の端部にある第１の素子の表面に形成され、水素ガスを生成する水素ガス生成部と、
前記水素ガス生成部を含み、前記水素ガス生成部と接触する電解水溶液、及び生成される水素ガスを収容する第１の電解室と、
前記複数の素子の中の、前記素子積層体の他方の端部にある第２の素子の前記半導体薄膜が形成されている導電性基板の裏面に形成され、酸素ガスを生成する酸素ガス生成部と、
前記酸素ガス生成部を含み、前記酸素ガス生成部と接触する電解水溶液、及び生成される酸素ガスを収容する第２の電解室と、
前記第１の電解室と前記第２の電解室との間に設けられるイオン透過性、かつガス非透過性の隔膜とを有することを特徴とするガス製造装置。
【請求項２】
前記水素ガス生成部は、水素生成面を備え、この水素生成面は、前記第１素子の前記半導体薄膜の表面に形成される請求項１に記載のガス製造装置。
【請求項３】
前記第１の素子は、複数の副素子からなり、これらの複数の副素子は、前記第２の素子上に、この第２の素子に対して離散的に配置されている請求項１又は２に記載のガス製造装置。
【請求項４】
前記複数の副素子は、前記第２の素子に対して、素子面積が小さいものである請求項３に記載のガス製造装置。
【請求項５】
前記酸素ガス生成部は、酸素生成面を備え、この酸素生成面は、前記導電性基板の裏面に形成され、
前記酸素生成面は、前記第２の電解室内の前記電解水溶液の流動方向に沿って上側に傾斜している請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス製造装置。
【請求項６】
前記半導体薄膜が、ＣＩＧＳ系化合物半導体を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス製造装置。
【請求項７】
前記半導体薄膜が、ＣＺＴＳ系化合物半導体を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス製造装置。
【請求項８】
前記半導体薄膜の吸収波長端が、８００ｎｍ以上である請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス製造装置。
【請求項９】
さらに、前記水素ガス生成部が備える水素生成面に設けられる水素生成助触媒を有する請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス製造装置。
【請求項１０】
前記水素生成触媒は、白金である請求項９に記載のガス製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、半導体薄膜が、ＣＩＧＳ系化合物半導体を含むことが好ましい。
また、半導体薄膜が、ＣＺＴＳ系化合物半導体を含むことが好ましい。
また、半導体薄膜の吸収波長端が、８００ｎｍ以上であることが好ましい。
また、さらに、水素ガス生成部が備える水素生成面に設けられる水素生成助触媒を有することが好ましい。
また、水素生成触媒は、白金であることが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
まず、従来技術の装置に対する本発明に係るガス製造装置の特徴について説明する。
上述したように、従来技術ではガスを生成する電解用電極の表面（ガス生成面）が全て太陽光を受光する受光面とは逆側の光電変換部の裏面側に設けられているのに対し、本発明の特徴は、水素生成面が太陽光を受光する受光面と同じ側に設けられている点にある。このように、水素生成面を受光面側に配置することにより、時間の経過によらず、高いガス生成効率を維持することができ、水素及び酸素のガスを安定して製造することができるという所望の効果が得られる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るガス製造装置の一例を模式的に示す断面図であり、図２は、図１に示すガス製造装置の上面図である。
まず、これらの図に示すように、ガス製造装置１０は、ｐｎ接合を有する半導体薄膜が形成された複数の素子が上下に直列に積層される素子積層体１２と、素子積層体１２の上下両端の素子の開放端にそれぞれ設けられる水素のガス生成部１４ａ及び酸素のガス生成部１４ｂと、この２つのガス生成部１４ａ及び１４ｂと接触する電解水溶液ＡＱ、及びガス生成部１４ａ及び１４ｂでそれぞれ生成される水素及び酸素のガスを収容する電解室１６を構成する容器１８と、この電解室１６を、それぞれガス生成部１４ａ及び１４ｂの１つを含む２つの電解室１６ａ及び１６ｂに仕切る隔膜２０とを有する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
素子積層体１２は、受光面から太陽光などの光を受光して水を光分解反応により分解して、水素及び酸素を生成させるためのもので、図中上下に積層された複数（図示例では２つ）のｐｎ接合素子２２及び２４を有する。なお、直列に接続されるｐｎ接合素子の数は、以下では２つを代表例として説明するが、複数のｐｎ接合素子の起電力の和が水の電解開始電圧以上であれば、図示例の２つに限定されず、幾つであっても良いのは勿論である。
ｐｎ接合素子２２及び２４は、太陽電池として用いられる太陽電池セルと同様の構成を有する積層構造を有する光電変換素子であって、受光面から太陽光などの光を受光し、光電変換して電子及び正孔を生成し、生成した電子及び正孔をそれぞれガス生成部１４ａ及び１４ｂに送るためのものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
こうすることにより、発生した酸素を、酸素ガス生成面となる導電板２６の裏面から滞留させること無く速やかに移動させて、電解水溶液ＡＱと共に排出口４０ｂから排出できるので、常に、導電板２６の裏面を電解水溶液ＡＱと接触させておくことができ、導電板２６の裏面全面で、水の光分解反応を生じさせ、酸素を効率よく発生させることができる。
なお、水の光分解反応による酸素の生成を促進するために、酸素ガス生成面となる導電板２６の裏面に、ＩｒＯ２、ＣｏＯｘ等の酸素生成助触媒を、点在するように島状に形成しても良い。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
素子積層体１２は、以下の製造方法により製造することができるが、これに限定されない。
図３は、図１及び図２に示すガス製造装置を製造するプロセスの一例を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１００において、支持基板として機能する導電板２６として、例えば、Ｍｏ基板等を用意する。
次に、ステップＳ１０２で、導電板２６の片面上に、光電変換層２８として、例えば、ＣＩＧＳ系化合物半導体膜（Ｐ型半導体層）を、セレン化／硫化法又は多源同時蒸着法等の公知の方法により形成する。
次に、ステップＳ１０４で、こうして形成された光電変換層２８上に、バッファ層３０として、例えばＣｄＳ膜（Ｎ型半導体層）をＣＢＤ（ケミカルバス）法等の公知の方法により形成する。
次に、ステップＳ１０６で、こうして形成されたバッファ層３０上に、透明導電膜３２として、例えば、透明導電層となるＩＴＯ膜を、ＭＯＣＶＤ法又はＲＦスパッタ法等の公知の方法により形成する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
電解水溶液ＡＱを電解室１６ａ内に供給するための複数（図２に示す例では３つ）の供給口３８ａが、容器１８内の電解室１６ａの図１中の右上側面（装置の右上側）に、電解室１６ａ内の電解水溶液ＡＱを排出するための複数（図２に示す例では４つ）の排出口４０ａ、及び電解室１６ａ内で生成された水素を回収するための複数（図２に示す例では３つ）の回収口４２が、共に、容器内１８の電解室１６ａの図１中の左上側面（装置の左上側）に設けられている。
電解水溶液ＡＱを電解室１６ｂ内に供給するための複数（図２に示す例では２つ）の供給口３８ｂが、容器１８内の電解室１６ｂの図１中の右下側面（装置の右下側）に、電解室１６ｂ内で生成された酸素と共に電解室１６ｂ内の電解水溶液ＡＱを排出するための複数（図２に示す例では２つ）の排出口４０ｂが、容器１８内の電解室１６ｂの図１中の左下側面（装置の左下側）に設けられている。排出口４０ｂから電解水溶液ＡＱと共に排出された酸素は、図示しない回収部により回収される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
隔膜２０は、電解室１６ａ内で生成された水素と電解室１６ｂ内で生成された酸素とを分離して高い純度で回収すると共に、電解室１６ａ内での水素の生成によって増加した水酸イオン（ｐＨも増加）、及び電解室１６ｂ内での酸素の生成によって増加した水素イオン（ｐＨは減少）を中和させるために、水酸イオン及び水素イオンを通過させるために、容器１８内の電解室１６を、電解室１６ａと電解室１６ｂと分離するためのもので、イオン透過性、かつガス非透過性を持つ膜である。
隔膜２０は、上述したように、上側の電解室１６ａ及び下側の電解室１６ｂを、容器１８の外面に沿って、素子積層体１２の外周を囲み、かつ上下に繋ぐ領域に配置され、容器１８の内壁面と素子積層体１２の外壁面とに隙間なく密着させて取り付けられる。こうして、隔膜２０は、上側のｐｎ接合素子２４と接する電解室１６ａの領域と、ｐｎ接合素子２２と接する電解室１６ｂの領域とを、ガスの透過が無く、イオンの透過は起こるように分離することができる。
隔膜２０は、例えば、イオン交換膜、セラミックフィルタ、バイコールガラス等により構成される。また、隔膜２０の厚さは、特に制限されるものではなく、１０〜１０００μｍが好ましい。
本発明のガス製造装置は、基本的に以上のように構成される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
表１に示すように、本発明の実施例１では、光照射直後の水素ガス生成量は、６５ｍｌ／ｍｉｎ・ｍ２であった。また、２４時間経過後の水素ガス生成量は、５５ｍｌ／ｍｉｎ・ｍ２であった。初期に対してガス生成量が減少した理由は、発生した水素ガスの気泡が受光面側の水素発生部の一部に付着してしまい、その気泡によって溶液との接触面積が低下したことで、ガス生成効率が低下してしまったためである。ただし、水素発生素子を離散的に配置したことで、装置内部に導入した水が乱流となり、大部分の気泡を除去することが出来ている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
比較例１では、光照射直後の水素ガス生成量は、０ｍｌ／ｍｉｎ・ｍ２であり、ガスの発生を検知できなかった。また、２４時間経過後も同様に水素ガス生成量は０ｍｌ／ｍｉｎ・ｍ２であり、ガスの発生を検知できなかった。
比較例２では、光照射直後の水素ガス生成量は５５ｍｌ/ｍｉｎ・ｍ２であった。水素ガス生成用の素子が、酸素ガス生成用の素子の全てを覆うため、酸素ガス生成用の素子に到達する光量が減少し、系トータルでのガス生成能が低下したためである。また、２４時間経過後の水素ガス生成量は４０ｍｌ/ｍｉｎ・ｍ２であった。これは、発生した水素ガスの気泡が受光面全面を覆ってしまい、気泡によって光が散乱される事で、入射光量が減少したためガス生成効率が著しく減少したためである。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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