(57)【要約】【課題】人工光合成セル評価用の白色ＬＥＤを使用した光照射装置を提供する。【解決手段】人工光合成セル２８の特性を評価するために用いられる光照射装置である。発光強度が調整できる白色ＬＥＤ発光部１０と、太陽電池の出力の測定をする出力測定部１８と、白色ＬＥＤ発光部１０の発光強度を調整する発光強度調整部１４と、を含む。太陽電池１２の出力が所定値になる発光強度で白色ＬＥＤ発光部１０を発光させ、その光を太陽電池１２に照射する。【選択図】図１
2019066425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を用いた人工光合成セルの特性を評価するための光照射装置であって、
発光強度が調整できる白色ＬＥＤ発光部と、
人工光合成セルに用いられる太陽電池の出力を測定する測定手段と、
白色ＬＥＤ発光部の発光強度を調整する発光強度調整手段と、
を含み、
人工光合成セルに用いられる太陽電池の出力が所定値になる発光強度で白色ＬＥＤ発光部を発光させ、その光を人工光合成セルに用いられる太陽電池に照射する、
光照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光照射装置であって、
白色ＬＥＤ発光部は、青色発光ＬＥＤと、ＹＡＧ：Ｃｅを含む蛍光体と、を組み合わせた白色ＬＥＤを含む、
光照射装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光照射装置であって、
白色ＬＥＤ発光部は、青色発光ＬＥＤと、サイアロン蛍光体を含む蛍光体と、を組み合わせた白色ＬＥＤを含む、
光照射装置。
【請求項４】
太陽光と同等のスペクトルと、同等または所定の比率の強度を持つ光を射出するソーラーシミュレータからの光を人工光合成セルに用いられる太陽電池に照射して、人工光合成セルに用いられる太陽電池からの出力を測定し、
次に、発光強度が調整できる白色ＬＥＤ発光部からの光を人工光合成セルに用いられる太陽電池に照射して、人工光合成セルに用いられる太陽電池からの出力を測定し、
その出力が、ソーラーシミュレータからの光を照射した場合の値に一致するように、白色ＬＥＤ発光部の発光強度を調整し、
その後に調整された発光強度の白色ＬＥＤからの光を人工光合成セルに用いられる太陽電池に照射して、人工光合成セルの特性を評価する、
人工光合成セルの評価方法。
【請求項５】
請求項４に記載の太陽電池の評価方法であって、
白色ＬＥＤ発光部は、青色発光ＬＥＤと、ＹＡＧ：Ｃｅを含む蛍光体と、を組み合わせた白色ＬＥＤを含む、
人工光合成セルの評価方法。
【請求項６】
請求項４に記載の太陽電池の評価方法であって、
白色ＬＥＤ発光部は、青色発光ＬＥＤと、サイアロン蛍光体を含む蛍光体と、を組み合わせた白色ＬＥＤを含む、
人工光合成セルの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色ＬＥＤ発光部を用いた光照射装置、およびこれを用いた人工光合成セルの評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光エネルギーのみを用いてＨ２ＯからＨ２を生成したり、Ｈ２ＯとＣＯ２からＣＯ，ＨＣＯＯＨ，ＨＣＨＯ，ＣＨ３ＯＨなどを合成したりする人工光合成のために、太陽電池の両面に酸化／還元触媒が担持された光電極を用いることについての提案がある（非特許文献１，２）。また、アモルファスシリコン系３接合太陽電池を用い、裏面（光入射面の反対側）に還元触媒を担持し、これと対向するように酸化触媒機能を持つ部材を含んだ酸化電極を配置して太陽電池の表面電極と接続した、太陽電池と電気化学セルを一体化した人工光合成セルも提案されている（非特許文献３）。
【０００３】
これらの人工光合成の評価の際には、その光源として通常ソーラーシミュレータが用いられる。ソーラーシミュレータは、例えば株式会社ワコム電創から市販されており、異なる発光スペクトルをもつ複数種類のＬＥＤを多数配置したソーラーシミュレータも開発されつつある（ワコム電創：WSLED-100，WSLED-230，WSLED-500（商品名））。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】S. Y. Reece, J. A. Hamel, K. Sung, T. D. Jarvi, A. J. Esswein, J. J. H. Pijpers, and D. G. Nocera, Science 334, 645 (2011).
【非特許文献２】T. Arai, S. Sato, and T. Morikawa, Energy Environ. Sci 8, 1998 (2015).
【非特許文献３】J.-P. Becker, B. Turan, V. Smirnov, K. Welter, F. Urbain, J. Wolff, S. Haas and F. Finger, J. Mater. Chem. A 5, 4818 (2017).
【非特許文献４】MOTECH INDUSTRIES, INC. SOLAR DIVISION, XS156b3-200R(Monocrystalline S-Cells), [online], Oct 2012, [2017/09/22検索], インターネット(URL: https://cdn.enfsolar.com/Product/pdf/Cell/517cdf0744600.pdf)
【非特許文献５】Cree, Inc., PRODUCT FAMILY DATA SHEET, XLamp, CXB3070 LED, [online], 2015-2017, [2017/09/22検索], インターネット(URL: http://www.cree.com/led-components/media/documents/ds-CXB3070.pdf)
【非特許文献６】F. Urbain, V. Smirnov, J.-P. Becker, A. Lambertz, F. Yang, J. Ziegler, B. Kaiser, W. J, U. Rau, and F. Finger, Energy Environ. Sci. 9, 145 (2016)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、ソーラーシミュレータは、太陽光に似た強度とスペクトル、および指定された範囲内での均一な光強度を保証する。太陽光に似た強度とスペクトルを実現するために、光源には、通常はキセノンランプとハロゲンランプが組み合わせて用いられる。これら光源は点光源であるため、照射面（例えば５ｃｍ角〜１ｍ角）の均一な光強度を得るために、フライアイレンズと、その他多数の光学部品が用いられる。そのため、装置が大型、高価である。
【０００６】
また、ソーラーシミュレータでは、通常光は下向きに照射され、照射方向を容易に変更することはできない。通常の太陽電池の評価では、その特性は設置角度（平置きあるいは縦置き）には依存せず、また電線が接続されているだけであるから、ソーラーシミュレータの照射部分に太陽電池を設置することについて大きな不都合はなかった。
【０００７】
しかし、人工光合成セルの場合には、電解液やガスの供給排出のための電解槽や配管と安全性確保のための排気設備が組み合わせられる。また、電解液やガスの流れを伴うため、設置角度の影響の有無は自明ではない。
【０００８】
上述のように、異なる発光スペクトルをもつ複数種類のＬＥＤを多数配置したソーラーシミュレータが開発されつつある。しかし、太陽光に近いスペクトルと強度を実現するためには、キセノンランプおよびハロゲンランプを使用するよりも高価になってしまう。
【０００９】
従って、小型安価、かつ照射角度の変更が容易な光照射装置と、これを用いた人工光合成セルの評価方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、太陽電池を用いた人工光合成セルの特性を評価するための光照射装置であって、発光強度が調整できる白色ＬＥＤ発光部と、人工光合成セルに用いられる太陽電池の出力を測定する測定手段と、白色ＬＥＤ発光部の発光強度を調整する発光強度調整手段と、を含み、人工光合成セルに用いられる太陽電池の出力が所定値になる発光強度で白色ＬＥＤ発光部を発光させ、その光を人工光合成セルに用いられる太陽電池に照射する。
【００１１】
また、本発明に係る人工光合成セルの評価方法では、太陽光と同等のスペクトルと、同等または所定の比率の強度を持つ光を射出するソーラーシミュレータからの光を人工光合成セルに用いられる太陽電池に照射して、人工光合成セルに用いられる太陽電池からの出力を測定し、次に、発光強度が調整できる白色ＬＥＤ発光部からの光を人工光合成セルに用いられる太陽電池に照射して、人工光合成セルに用いられる太陽電池からの出力を測定し、その出力が、ソーラーシミュレータからの光を照射した場合の値に一致するように、白色ＬＥＤ発光部の発光強度を調整し、その後に調整された発光強度の白色ＬＥＤからの光を人工光合成セルに用いられる太陽電池に照射して、人工光合成セルの特性を評価する。
【００１２】
また、白色ＬＥＤ発光部は、青色発光ＬＥＤと、ＹＡＧ：Ｃｅを含む蛍光体と、を組み合わせた白色ＬＥＤを含むことが好適である。
【００１３】
また、白色ＬＥＤ発光部は、青色発光ＬＥＤと、サイアロン蛍光体を含む蛍光体と、を組み合わせた白色ＬＥＤを含むことが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、白色ＬＥＤを使用することで、ソーラーシミュレータを用いた場合と同様の人工光合成セルの評価を行うことができるとともに、小型安価で、照射角度の変更が容易な光照射装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る照射装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＡＭ１．５Ｇ太陽光スペクトルを示す図である。
【図３】循環型人工光合成セルを示す図である。
【図４】浸漬型人工光合成セルを示す図である。
【図５】白色ＬＥＤ発光部の構成を示す図である。
【図６】ソーラーシミュレータによる太陽電池の電流−電圧特性を示す図である。
【図７】ソーラーシミュレータおよび白色ＬＥＤによる太陽電池の電流−電圧特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
「装置構成」
図１に、人工光合成セルの特性を評価するための光照射装置の構成例を示す。
【００１８】
発光強度が調整可能な白色ＬＥＤ発光部１０が設けられており、この白色ＬＥＤの射出光が太陽電池１２に照射される。白色ＬＥＤ発光部１０は、例えば青色発光ＬＥＤとＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を組み合わせたものを用いることができるが、更に赤色蛍光体を追加してもよい。また、青色発光ＥＬＤとサイアロン蛍光体を組み合わせたものを用いることもできる。
【００１９】
太陽電池１２は、例えば結晶シリコン太陽電池であり、例えば４セル直列接続して、２Ｖ程度の出力が得られるものである。
【００２０】
白色ＬＥＤ発光部１０には、電源からの電力が発光強度調整部１４を介し電源１６が接続されている。従って、電源１６からの電力が発光強度調整部１４を介し、白色ＬＥＤ発光部１０に供給され、発光強度調整部１４により、白色ＬＥＤ発光部１０への供給電圧、電流を制御することによって、白色ＬＥＤ発光部１０の発光強度が調整される。なお、白色ＬＥＤ発光部１０を複数のＬＥＤから構成し、発光するＬＥＤの個数を変更してもよい。
【００２１】
白色ＬＥＤ発光部１０の射出光は、太陽電池１２に照射され、太陽電池１２は光電変換によって電力を出力する。太陽電池１２には、出力測定部１８が接続されており、太陽電池１２からの出力の特性を測定する。例えば、抵抗に太陽電池１２の出力を流すことによって、出力電圧、電流の特性（光電変換特性）を測定する。
【００２２】
出力測定部１８の測定結果は、制御部２０に供給される。制御部２０は、測定結果に応じて発光強度調整部１４を制御して白色ＬＥＤ発光部１０の発光強度を制御する。ここで、制御部２０には、外部から指令が供給されており、制御部２０は太陽電池１２の出力が指令に応じた所定値になるように、白色ＬＥＤ発光部１０の発光強度を制御することができる。
【００２３】
本実施形態においては、ソーラーシミュレータ２２を有しており、ソーラーシミュレータからの射出光を太陽電池１２に照射することもできる。この際の太陽電池１２の出力を出力測定部１８において測定し、その値を制御部２０が記憶する。そして、制御部２０は、ソーラーシミュレータ２２からの射出光を太陽電池１２に照射した時の出力と同等の出力が得られるように、発光強度調整部１４によって白色ＬＥＤ発光部１０の発光を制御することができる。
【００２４】
「太陽電池の出力」
本実施形態では、白色ＬＥＤ発光部１０によって、太陽電池１２において太陽光照射と同じ発電動作を得る。
【００２５】
非特許文献４には、太陽電池１２に用いられる、結晶シリコン太陽電池の典型的な分光感度スペクトルが示されている。このように、４００ｎｍの光から利用され、１０００ｎｍ程度の光の感度が最も高く、１１００ｎｍ以上はほとんど利用されない。なお、この値を光子エネルギーで割れば量子効率スペクトルに変換される。
【００２６】
非特許文献６のＦｉｇ．４には、アモルファスシリコン系３接合太陽電池の典型的な量子効率スペクトルが示されている。３つサブセルの特性を合わせた特性となっており、２００ｎｍから１０００ｎｍ程度の光に感度がある。
【００２７】
図２は、人工光合成セルの評価に用いられる標準的な太陽光スペクトル（ＡＭ１．５Ｇ）である。これは、ソーラーシミュレータ２２によって得られる。赤外光まで広範囲の波長の光を含んでいる。
【００２８】
非特許文献５には、市販の高出力白色ＬＥＤの発光強度スペクトルが示されている。「５０００Ｋ  ７０  ＣＲＩ」は、青色発光ＬＥＤとＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を組み合わせたものであり、比較的安価であるが赤色成分が少ない。このため、照明用途に用いる場合には色が青白く見えるとされている。「３０００  Ｋ  ８０  ＣＲＩ」は、赤色蛍光体を合わせて用いることにより、演色性を向上させたものであるが、比較的高価である。
【００２９】
このように、太陽電池１２に吸収されて光電変換に用いられるのは波長１１００ｎｍ程度までである。ＬＥＤのスペクトルはこの範囲に収まるので、無駄なく光電変換に寄与する。一方、太陽光スペクトルは更に長波長まで及ぶので、光電変換に寄与しない成分がある。太陽電池１２の電力、人工光合成の反応物生成量の評価の際には、標準的にはＡＭ１．５Ｇスペクトル、強度１００  ｍＷ／ｃｍ２が用いられるが、ＬＥＤを用いれば、より小さい強度で標準太陽光照射と同じ電力、反応物生成量が得られる。従って、ＬＥＤ自体の高い効率と相まって、評価のための消費電力が少なくて済み、更には被評価物の温度上昇の抑制が容易であるという利点がある。
【００３０】
太陽電池の特性は、照射光のスペクトルには直接依存せず、光電流密度Ｊphにより大よそ決まる。結晶シリコンなどの単接合太陽電池のＪphは以下の式により求められる。
Ｊph＝∫ｄλｎph（λ）Ｙ（λ）
【００３１】
ここで、ｎph（λ）は光源の光子数スペクトルであり、図２、あるいは非特許文献５に示されるスペクトルを光子エネルギーで割ることにより求められる。Ｙ（λ）は太陽電池の量子効率スペクトルである。結晶シリコン太陽電池の典型的な値は、非特許文献４に示されるスペクトルを光子エネルギーで割ることにより求められる。アモルファスシリコン系３接合太陽電池の典型的な値は、先に述べたように非特許文献６のＦｉｇ．４に示されている。
【００３２】
結晶シリコン太陽電池にＡＭ１．５Ｇスペクトル、強度１００  ｍＷ／ｃｍ２の光を照射したときＪph＝３６．８  ｍＡ／ｃｍ２であった。これと同じ値のＪphを得るために必要なＬＥＤの強度はそれぞれ８７．６  ｍＷ／ｃｍ２（５０００Ｋ  ７０  ＣＲＩ）、８２．３  ｍＷ／ｃｍ２（３０００Ｋ  ８０  ＣＲＩ）であった。
【００３３】
また、太陽光エネルギー利用技術の評価の際には、標準的にはＡＭ１．５Ｇスペクトル強度１００  ｍＷ／ｃｍ２の光が用いられるが、これは中緯度地域における最大光強度であり、日中の平均光強度は３０  ｍＷ／ｃｍ２程度であるとされている。従って、人工光合成のための原料と生成物の輸送速度を含めた評価を行う際には、３０  ｍＷ／ｃｍ２程度の光強度で行う場合もある。これに相当するＬＥＤ光の強度はそれぞれ２６．３  ｍＷ／ｃｍ２（５０００Ｋ  ７０  ＣＲＩ）、２４．７  ｍＷ／ｃｍ２（３０００Ｋ  ８０  ＣＲＩ）である。また直射日光の当たらない場所を想定すると、その太陽光強度は１０  ｍＷ／ｃｍ２程度であるから、ＬＥＤを用いてこれを模擬するならば、それぞれ８．８  ｍＷ／ｃｍ２（５０００Ｋ  ７０  ＣＲＩ）、８．２  ｍＷ／ｃｍ２（３０００Ｋ  ８０  ＣＲＩ）である。
【００３４】
アモルファスシリコン系３接合など多接合太陽電池のＪphは、各サブセルの光電流密度（例えば３接合ならばトップセル、ミドルセル、ボトムセル）の内の最小値によって決まる。即ち、
Ｊph＝Ｍｉｎ［∫ｄλｎph（λ）Ｙi（λ）］
である。ここで、Ｙi（λ）は各サブセルの量子効率スペクトルである。
【００３５】
非特許文献６に特性が示されるアモルファスシリコン系３接合太陽電池にＡＭ１．５Ｇスペクトル、強度１００  ｍＷ／ｃｍ２の光を照射したときＪph＝７．３  ｍＡ／ｃｍ２であった。これにＬＥＤ光を照射する場合、ボトムセルにより吸収される領域の光（波長６００ｎｍ以上）が相対的に弱いので、ボトムセルの光電流密度が小さくなる。従って、ボトムセルの光電流密度により全体のＪphが決まる。これが７．３  ｍＡ／ｃｍ２となるようなＬＥＤの強度はそれぞれ１９０  ｍＷ／ｃｍ２（５０００Ｋ  ７０  ＣＲＩ）、１６６  ｍＷ／ｃｍ２（３０００Ｋ  ８０  ＣＲＩ  ）であった。これはソーラーシミュレータ２２を用いたときの光強度である１００  ｍＷ／ｃｍ２よりも大きいものの、ＬＥＤ自体の発光効率の高さや、先に述べたような軽量小型、設置の自由度などの利点は大きい。
【００３６】
このように、ソーラーシミュレータ２２に代えて、白色ＬＥＤ発光部１０を用いることで、消費エネルギーを低くするとともに、照射の自由度を向上できるという利点が得られる。
【００３７】
「人工光合成セルの評価」
＜人工光合成セル＞
（循環型セル）
図３には、太陽電池１２を用いた人工光合成セル２８の構成例が示されている。基体３０は、例えば上下が開放された四角形の枠体である。プラスチックなどの絶縁体で形成されている。基体３０の底部には、酸化触媒機能を有する酸化電極３２が配置され、基体３０の底部を閉じている。酸化電極触媒には、酸化触媒としてＩｒＯｘを担持した。また、還元電極触媒にはカーボンクロスを介しＲｕ錯体を担持したカーボンクロス／Ｒｕ錯体を用いた。
【００３８】
酸化電極３２の側方には、所定の間隔をおいて還元触媒機能を有する還元電極３４が配置されている。そして、酸化電極３２および還元電極３４は、基体３０に対し、水密に接続されており、酸化電極３２と還元電極３４との間の空間が反応室３６となっている。そして、この反応室３６に外部からの電解液（例えば、水や、塩を溶解した水溶液など）が循環される。なお、酸化電極３２と還元電極３４の配置位置は反対でも構わない。
【００３９】
還元電極３４の反応室３６と反対側には、太陽電池１２が配置され、その前方に透明カバー４０が配置されている。
【００４０】
そして、太陽電池１２の正極が酸化電極３２に電気的に接続され、負極が還元電極３４に接続される。また、太陽電池１２は、４つの電池セル１２ａを直列接続して形成されている。電池セル１２ａは、それぞれが０．５Ｖ程度の出力であり、４つ直列接続することで、２Ｖ程度の出力電圧が得られる。
【００４１】
このような人工光合成セル２８に光が照射されると、太陽電池１２が２Ｖ程度の電圧を出力する。これによって、酸化電極３２と、還元電極３４との間に、２Ｖ程度の電圧が印加される。そこで、反応室３６内のＣＯ２が溶解された電解液が酸化電極３２と、還元電極３４との間で酸化還元反応が生起される。例えば、酸化電極３２において、Ｈ２ＯからＯ２とＨ＋を生成し、還元電極３４において、ＣＯ２とＨ＋からＣＯ，ＨＣＨＯ，ＨＣＯＯＨ，ＣＨ３ＯＨなどを合成する人工光合成反応が行われる。
【００４２】
（浸漬型セル）
図４には、人工光合成セル２８を電解液中に浸漬する、浸漬型セルの構成を示してある。電解槽４２内には、電解液が貯留されている。
【００４３】
人工光合成セル２８は、基体３０の頂部に酸化電極３２が配置され、底部に還元電極３４が配置されている。酸化電極３２、還元電極３４は、電解液と接触する外面が電極として機能する。
【００４４】
基体３０内部の酸化電極３２、還元電極３４の間の空間に太陽電池１２が配置されている。この場合、酸化電極３２が太陽に向いており、酸化電極３２がＩＴＯなどの透光性の材料によって構成されている。なお、酸化電極３２と還元電極３４の配置位置は反対でも構わず、その場合には還元電極３４を透光性のある材料とする。
【００４５】
そして、太陽電池１２の出力電圧を酸化電極３２、還元電極３４間に印加することで人工光合成反応が生起される。
【００４６】
＜実施例１＞
（構成）
実施例１では、循環型セルを使用した。白色ＬＥＤ発光部１０として、市販の、白色ＬＥＤ（Ｃｒｅｅ社製、ＣＸＢ３０７０−００００−０００Ｎ０ＵＺ４５０Ｇ（商品名））、リフレクター（オプティカルソリューションズ社製、ＲＳ−０５  ８１６Ａ（商品名））、フレネルレンズ（日本特殊光学樹脂社製、ＣＦ７０（商品名））の組み合わせを用いた。図５に示すように、この組み合わせを１辺１７ｃｍの正方形のフレームの頂点位置に合計４台の白色ＬＥＤ１０ａを配置した。
【００４７】
また、人工光合成セル２８において、太陽電池１２の電池セル１２ａには、１５．６ｃｍ角の結晶シリコン太陽電池（Ｓｉｎｏ−Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．製  ＳＲ６ＳＫＣＲ（商品名））を用いた。図３では、結晶シリコン太陽電池が４枚であることを示すために１列に書かれているが、実際には、縦２枚、横２枚の配列にした。
【００４８】
（評価）
まず、人工光合成セル２８に用いられる太陽電池（結晶シリコン太陽電池を４枚直列接続）１２の電流−電圧特性を、ソーラーシミュレータ２２を用いて測定した。この結果を図６に示す。最大出力動作点において、２．１Ｖ程度の電圧が得られることがわかる。ソーラーシミュレータ２２は、上方より光を照射するものであり、人工光合成セル２８の太陽電池１２を上に向けて載置して光を照射した。
【００４９】
次に、これを白色ＬＥＤ発光部１０から、３０ｃｍ離れた位置に縦向き（図３の向き）に設置し、白色ＬＥＤ発光部１０の駆動電流を調整することにより、ソーラーシミュレータ２２の場合とほぼ同じ電流−電圧特性を得た。図７にソーラーシミュレータ２２と、白色ＬＥＤ発光部１０を用いた場合の結果を合わせて示す。このように、太陽電池において、ほぼ同一の電圧電流特性が得られた。
【００５０】
そこで、白色ＬＥＤ発光部１０を用い、ソーラーシミュレータ２２を用いた場合と同様の実験が行えることが理解される。そこで、人工光合成セル２８を図３に示すような配置として、人工光合成反応の効率の経時変化を測定することができた。このように、白色ＬＥＤ発光部１０を用いて、人工光合成セルの性能評価が行える。
【００５１】
＜実施例２＞
（構成）
実施例２では、浸漬型セルを使用した。また、白色ＬＥＤ発光部１０として、実施例１で用いた４つの白色ＬＥＤのうちの１つだけを使用した。太陽電池１２として、結晶シリコン太陽電池が４枚直列接続されたパネル（共立エレショップＯＰＬ２０Ａ５０１０１、照射面の大きさ９ｃｍ×１０．５ｃｍ）を用いた。なお、酸化電極３２には、半透光性のガラス／ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）／ＩｒＯｘを用いた。還元電極３４にはガラス／ＦＴＯ／カーボンクロス／Ｒｕ錯体を用いた。
【００５２】
（評価）
人工光合成セル２８を電解槽４２内に浸漬し、太陽電池１２の電流−電圧特性を、ソーラーシミュレータ２２を用いて測定した。この場合、電解液により太陽光の一部が吸収さるため、実施例１のように光が直接到達する場合よりも出力は低かった。
【００５３】
次に、人工光合成セル２８を白色ＬＥＤ発光部１０から５０ｃｍ離れた位置に設置し、白色ＬＥＤ発光部１０の駆動電流を調整することにより、ソーラーシミュレータ２２の場合とほぼ同じ電流−電圧特性を得た。この状態を維持して人工光合成反応の効率の経時変化を測定した。
【００５４】
「実施形態の効果」
本実施形態で用いる、白色ＬＥＤ発光部１０は、従来のキセノンランプ、ハロゲンランプを用いるよりも小型軽量であり、かつ照射面において均一な強度分布を得ることができる。
【００５５】
また、光の照射方向も任意に設定することができる。従って、人工光合成セル２８の評価に必要な電解液輸送、ガス供給排出などの装置と容易に組み合わせることができる。
【００５６】
太陽電池１２と酸化電極３２および還元電極３４を組み合わせた人工光合成セル２８の動作は、太陽電池１２による発電動作と、酸化電極３２、還元電極３４における電気化学反応とに分けて考えることができる。従って、太陽光照射の場合と同じ発電動作が得られるならば、光源のスペクトルは問われないし、また光強度の不均一性も問題にはならない。そこで、白色ＬＥＤ発光部１０を用いて好適な性能試験を行うことができる。
【００５７】
これまでに、人工光合成セル２８に用いられる太陽電池１２の発電特性がソーラーシミュレータ光照射の場合と同等になるように白色ＬＥＤ発光部１０の発光強度を調整した後に、この光照射装置を用いて人工光合成セル２８を評価する方法を述べた。これに代えて、人工光合成セル２８の特性がソーラーシミュレータ光照射の場合と同等になるように白色ＬＥＤ発光部１０の発光強度を調節した後に、この光照射装置を用いて人工光合成セル２８を評価することもできる。より具体的には、人工光合成セル２８の初期特性がソーラーシミュレータ光照射の場合と同等になるように白色ＬＥＤ発光部１０の発光強度を調節した後に、この光照射装置を用いて人工光合成セル２８の特性の経時変化を評価することができる。また、人工光合成セル２８の特性がソーラーシミュレータ光照射の場合と同等になるように白色ＬＥＤ発光部１０の発光強度を調整した後に、同じ太陽電池１２を用い、酸化あるいは還元触媒など他の部材が異なる別の人工光合成セル２８の特性を、この光照射装置を用いて評価することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０  白色ＬＥＤ発光部、１２  太陽電池、１２ａ  電池セル、１４  発光強度調整部、１６  電源、１８  出力測定部、２０  制御部、２２  ソーラーシミュレータ、２８  人工光合成セル、３０  基体、３２  酸化電極、３４  還元電極、３６  反応室、４０  透明カバー、４２  電解槽。
【図１】
2019066425.tif 000003
【図２】
2019066425.tif 000004
【図３】
2019066425.tif 000005
【図４】
2019066425.tif 000006
【図５】
2019066425.tif 000007
【図６】
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【図７】
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