(57)【要約】【課題】大電流で使用できる低抵抗な化学反応用電極を大面積で提供する。【解決手段】表面のシート抵抗が５Ω／ｓｑ以上２０Ω／ｓｑ以下の基板１０及び透明導電層１２と、基板１０及び透明導電層１２の表面に形成され、線幅が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、線間隔が１６０ｍｍ以下のパターンで配置された１４とを備え、化学的反応用の電極として使用される還元反応用電極１０２とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面のシート抵抗値が５Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２以下の基板と、
前記基板の前記表面に形成され、線幅が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、線間隔が１６０ｍｍ以下のパターンで配置された集電電極と、
を備え、
化学的反応用の電極として使用される化学反応用電極。
【請求項２】
請求項１に記載の化学反応用電極であって、
前記集電電極は、前記シート抵抗値が５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には前記線間隔が１５０ｍｍ以下、前記シート抵抗値が１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には前記線間隔が１００ｍｍ以下、前記シート抵抗値が２０Ω／ｃｍ２以上の場合には前記線間隔が７０ｍｍ以下とすることを特徴とする化学反応用電極。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の化学反応用電極であって、
前記集電電極は、前記線間隔が１０ｍｍ以上とすることを特徴とする化学反応用電極。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の化学反応用電極であって、
前記集電電極は、厚さが７μｍ以上２５μｍ以下であることを特徴とする化学反応用電極。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の化学反応用電極であって、
前記基板は、前記表面に透明導電膜を備えることを特徴とする化学反応用電極。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の化学反応用電極であって、
前記集電電極は、銀（Ａｇ）を含む配線であることを特徴とする化学反応用電極。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の化学反応用電極であって、
前記集電電極は、ガラスコートによって被覆されていることを特徴とする化学反応用電極。
【請求項８】
請求項７に記載の化学反応用電極であって、
前記ガラスコートは、厚さが１０μｍ以上であることを特徴とする化学反応用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学反応用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体を光吸収体、金属錯体を二酸化炭素還元触媒として用い、半導体から金属錯体へ励起電子が移動することによって反応が進行する人工光合成デバイスが開示されている。これを実用化するためには、高い効率で反応を生じさせる還元反応用電極を実現することが必要である。
【０００３】
例えば、１ｃｍ角のＲｕＣＰ／カーボンクロス（ＣＣ）／三接合型アモルファスシリコン太陽電池／酸化インジウム（ＩｎＯｘ）で構成された一体型人工光合成デバイスが開示されている（非特許文献１）。ここでは、一体型人工光合成デバイスを用いてギ酸を生成し、太陽光変換効率として４．６％を達成している。また、一体型人工光合成デバイスを６４ｃｍ角に大型化して、水素を生成する技術が開示されている（非特許文献２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Takeo Arai et al, "A monolithic device for CO2 photoreduction to generate liquid organic substances in a single-compartment reactor", Energy Environ. Sci., 2015, 8, 1998-2002
【非特許文献２】J. -P. Becker et al, "A modular device for large area integrated photoelectrochemical water-splitting as a vesatile tool to evaluate photoabsorbers and catalysts", J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 4818
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来技術のいずれにおいても、アモルファスシリコン系３接合太陽電池が使用されており、これに酸化電極及び還元電極が接続された構成とされている。これに対して、アモルファスシリコン系３接合太陽電池に代えて結晶シリコン系太陽電池を４枚直列接続して使用し、これに酸化電極及び還元電極を接続した構成とすることが考えられている。
【０００６】
このような構成において一体型人工光合成デバイスとする場合、酸化電極及び還元電極の少なくとも一方は半透明とすることが望まれている。現状では、還元電極としてカーボン系材料が用いられているので、酸化電極としてガラス／フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）／酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）等の透明性材料が用いられている。また、循環型セル構造とする場合であっても、酸化電極としてガラス／ＦＴＯ／ＩｒＯｘ等の透明性材料を用いることにより、内部の反応の様子を観察できるので好ましい。
【０００７】
しかしながら、ＦＴＯの電気抵抗の影響により、電極を大型化すると電圧降下が生じ、動作電流が減少して、デバイスの反応効率が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、表面のシート抵抗値が５Ω／ｓｑ以上２０Ω／ｓｑ以下の基板と、前記基板の前記表面に形成され、線幅が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、線間隔が１６０ｍｍ以下のパターンで配置された集電電極と、を備え、化学的反応用の電極として使用される化学反応用電極である。
【０００９】
ここで、前記集電電極は、前記シート抵抗値が５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には前記線間隔が１５０ｍｍ以下、前記シート抵抗値が１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には前記線間隔が１００ｍｍ以下、前記シート抵抗値が２０Ω／ｃｍ２以上の場合には前記線間隔が７０ｍｍ以下とすることが好適である。
【００１０】
また、前記集電電極は、前記線間隔が１０ｍｍ以上とすることが好適である。
【００１１】
また、前記集電電極は、厚さが７μｍ以上２５μｍ以下であることが好適である。
【００１２】
また、前記基板は、前記表面に透明導電膜を備えることが好適である。
【００１３】
また、前記集電電極は、銀（Ａｇ）を含む配線であることが好適である。
【００１４】
また、前記集電電極は、ガラスコートによって被覆されていることが好適である。
【００１５】
また、前記ガラスコートは、厚さが１０μｍ以上であることが好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、大電流で使用できる低抵抗な化学反応用電極を大面積で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態における循環型の光合成装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における還元反応用電極の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における酸化反応用電極の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における浸漬型の光合成装置の構成を示す図である。
【図５】太陽電池の電流密度−電圧特性を示す図である。
【図６】循環型の光合成装置の動作電流密度の解析結果を示す図である。
【図７】浸漬型の光合成装置の動作電流密度の解析結果を示す図である。
【図８】循環型の光合成装置の動作電流密度の解析結果を示す図である。
【図９】浸漬型の光合成装置の動作電流密度の解析結果を示す図である。
【図１０】循環型の光合成装置の動作電流密度の解析結果を示す図である。
【図１１】浸漬型の光合成装置の動作電流密度の解析結果を示す図である。
【図１２】実施例におけるスクリーン印刷装置の構成を示す図である。
【図１３】実施例における集電電極の構成例を示す平面図である。
【図１４】実施例における集電電極の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態における光合成装置１００は、図１の模式図に示すように、還元反応用電極１０２、酸化反応用電極１０４、電解液１０６、太陽電池セル１０８、窓材１１０及び枠材１１２を含んで構成される。
【００１９】
還元反応用電極１０２は、還元反応によって物質を還元するために利用される電極である。還元反応用電極１０２は、図２の断面模式図に示すように、基板１０、透明導電層１２、集電電極１４、接着層１６及び導電体層１８を含んで構成される。なお、図２は模式図であり、各層の膜厚や幅等は実際のものとは異なっている。
【００２０】
基板１０は、還元反応用電極１０２を構造的に支持する部材であり、特に材料が限定されるものではないが、例えば、ガラス基板等とされる。また、基板１０は、例えば、金属又は半導体を含んでもよい。基板１０として用いられる金属は、特に限定されるものではないが、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、スズ（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、鉛（Ｐｂ）を含むことが好適である。基板１０として用いられる半導体は、特に限定されるものではないが、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、シリコン（Ｓｉ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等とすることが好適である。
【００２１】
透明導電層１２は、還元反応用電極１０２における集電を効果的にするために設けられる。透明導電層１２は、特に限定されるものではないが、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等とすることが好適である。特に、熱的及び化学的な安定性を考慮するとフッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）を用いることが好適である。なお、基板１０が導電性を有する材料で構成されている場合、透明導電層１２を設けなくてもよい。
【００２２】
集電電極１４は、還元反応用電極１０２における集電の効果を高めるために設けられる。すなわち、還元反応用電極１０２を大面積化した場合、透明導電層１２のみでは還元反応用電極１０２の全面において十分な反応を促進させるための導電性を確保することができなくなるので、還元反応用電極１０２の導電性を高めるために設けられる。集電電極１４は、例えば、間隔を置いて櫛形状に配置された線状のフィンガー電極と、フィンガー電極を更に集電するためのバス電極とを組み合わせた構成とすることができる。
【００２３】
集電電極１４は、導電部１４ａ、第１シール部１４ｂ及び第２シール部１４ｃから構成することが好適である。導電部１４ａは、導電性の高い材料で構成され、金属を含む材料で構成することが好適である。導電部１４ａは、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等を含む材料で構成することが好適である。導電部１４ａは、例えば、スクリーン印刷を適用して、透明導電層１２の表面上に銀（Ａｇ）ペーストを所望のパターンに塗布し、焼成することで形成することができる。また、第１シール部１４ｂ及び第２シール部１４ｃは、導電部１４ａを化学的及び機械的に保護するために少なくとも導電部１４ａの一部を被覆するように設けられる。なお、第１シール部１４ｂ及び第２シール部１４ｃは、必要に応じて設ければよい。第１シール部１４ｂは、低融点のガラスコート材とすることができる。第１シール部１４ｂは、例えば、スクリーン印刷を適用して、導電部１４ａが形成された領域に導電部１４ａよりも幅広に低融点ガラスを塗布し、焼成することで形成することができる。また、第２シール部１４ｃは、シリコーンゴム（脱オキシムタイプ、低分子シロキサン低減材、耐油・耐溶剤フロロシリコーン等）、ポリイソブチレン、ポリプロピレン、メタクリル（アクリル）、ポリカーボネート、フッ素樹脂（テフロン（登録商標））、エポキシ樹脂等の樹脂とすることができる。第２シール部１４ｃは、例えば、スクリーン印刷を適用して、第１シール部１４ｂが形成された領域に第１シール部１４ｂよりも幅広に樹脂を塗布し、乾燥又は固化処理することで形成することができる。なお、第２シール部１４ｃは、ディスペンサーを用いて形成してもよい。
【００２４】
接着層１６は、基板１０、透明導電層１２及び集電電極１４と導電体層１８とを接着するための層である。接着層１６は、導電性の接着剤を用いて構成することが好適である。これにより、透明導電層１２及び集電電極１４と導電体層１８との間の電気的な導電性を良好なものにすることができる。接着層１６は、グラファイト等の炭素成分を含むカーボン系接着剤とすることが好適である。
【００２５】
導電体層１８は、還元触媒機能を有する材料を含む導電体から構成される。導電体は、カーボン材料（Ｃ）を含む材料から構成することができる。カーボン材料の構造体の単体のサイズが１ｎｍ以上１μｍ以下であることが好適である。カーボン材料は、例えば、カーボンナノチューブ、グラフェン及びグラファイトの少なくとも１つを含むことが好適である。グラフェン及びグラファイトであればサイズが１ｎｍ以上１μｍ以下であることが好適である。カーボンナノチューブであれば直径が１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることが好適である。導電体は、エタノール等の液体に混ぜ合わせたカーボン材料をスプレーで塗布し、加熱することによって形成することができる。スプレーの代わりに、スピンコートによって塗布してもよい。また、スピンコートを用いず、直接溶液を滴下して乾かして塗布してもよい。還元触媒機能を有する材料は、錯体触媒とすることが好適である。
【００２６】
錯体触媒は、例えば、ルテニウム錯体とすることが好適である。錯体触媒は、例えば、［Ｒｕ｛４，４’−ｄｉ（１−Ｈ−１−ｐｙｒｒｏｌｙｐｒｏｐｙｌ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ）−２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ｝（ＣＯ）（ＭｅＣＮ）Ｃｌ２］、［Ｒｕ｛４，４’−ｄｉ（１−Ｈ−１−ｐｙｒｒｏｌｙｐｒｏｐｙｌ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ）−２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ｝（ＣＯ）２Ｃｌ２］、［Ｒｕ｛４，４’−ｄｉ（１−Ｈ−１−ｐｙｒｒｏｌｙｐｒｏｐｙｌ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ）−２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ｝（ＣＯ）２］ｎ、［Ｒｕ｛４，４’−ｄｉ（１−Ｈ−１−ｐｙｒｒｏｌｙｐｒｏｐｙｌ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ）−２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ｝（ＣＯ）（ＣＨ３ＣＮ）Ｃｌ２］等とすることができる。
【００２７】
錯体触媒による修飾は、錯体をＭｅＣＮ溶液に溶解した液を導電体層１８の導電体の上に塗布することで作ることができる。また、錯体触媒による修飾は、電解重合法により行うこともできる。作用極として導電体層１８の導電体の電極、対極にフッ素含有酸化スズ（ＦＴＯ）で被覆したガラス基板、参照電極にＡｇ／Ａｇ＋電極を用い、錯体触媒を含む電解液中においてＡｇ／Ａｇ＋電極に対して負電圧となるようにカソード電流を流した後、Ａｇ／Ａｇ＋電極に対して正電位となるようにアノード電流を流すことにより導電体層１８の導電体上を錯体触媒で修飾することができる。電解質の溶液には、アセトニトリル（ＭｅＣＮ）、電解質には、Ｔｅｔｒａｂｕｔｙｌａｍｍｏｎｉｕｍｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ（ＴＢＡＰ）を用いることができる。
【００２８】
酸化反応用電極１０４は、酸化反応によって物質を酸化するために利用される電極である。酸化反応用電極１０４は、図３の断面模式図に示すように、基板２０、透明導電層２２、集電電極２４及び酸化触媒２６を含んで構成される。なお、図３は模式図であり、各層の膜厚や幅等は実際のものとは異なっている。
【００２９】
酸化反応用電極１０４を構造的に支持する部材であり、特に材料が限定されるものではないが、例えば、ガラス基板等とされる。
【００３０】
透明導電層２２は、酸化反応用電極１０４における集電を効果的にするために設けられる。透明導電層２２は、特に限定されるものではないが、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等とすることが好適である。特に、熱的及び化学的な安定性を考慮するとフッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）を用いることが好適である。
【００３１】
集電電極２４は、酸化反応用電極１０４における集電の効果を高めるために設けられる。すなわち、酸化反応用電極１０４を大面積化した場合、透明導電層２２のみでは酸化反応用電極１０４の全面において十分な反応を促進させるための導電性を確保できなくなるので、酸化反応用電極１０４の導電性を高めるために設けられる。集電電極２４は、例えば、間隔を置いて櫛形状に配置された線状のフィンガー電極と、フィンガー電極を更に集電するためのバス電極とを組み合わせた構成とすることができる。集電電極２４は、導電部２４ａ、第１シール部２４ｂ及び第２シール部２４ｃから構成することが好適である。導電部２４ａは、導電性の高い材料で構成され、金属を含む材料で構成することが好適である。例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等を含む材料で構成することが好適である。導電部２４ａは、例えば、スクリーン印刷を適用して、透明導電層２２の表面上に銀（Ａｇ）ペーストを所望のパターンに塗布し、焼成することで形成することができる。また、第１シール部２４ｂ及び第２シール部２４ｃは、導電部２４ａを化学的及び機械的に保護するために少なくとも導電部２４ａの一部を被覆するように設けられる。なお、第１シール部１４ｂ及び第２シール部１４ｃは、必要に応じて設ければよい。第１シール部２４ｂは、低融点のガラスコート材とすることができる。第１シール部２４ｂは、例えば、スクリーン印刷を適用して、導電部２４ａが形成された領域に導電部２４ａよりも幅広に低融点ガラスを塗布し、焼成することで形成することができる。また、第２シール部２４ｃは、シリコーンゴム（脱オキシムタイプ、低分子シロキサン低減材、耐油・耐溶剤フロロシリコーン等）、ポリイソブチレン、ポリプロピレン、メタクリル（アクリル）、ポリカーボネート、フッ素樹脂（テフロン（登録商標））、エポキシ樹脂等の樹脂とすることができる。第２シール部２４ｃは、例えば、スクリーン印刷を適用して、第１シール部２４ｂが形成された領域に第１シール部２４ｂよりも幅広に樹脂を塗布し、乾燥又は固化処理することで形成することができる。なお、第２シール部２４ｃは、ディスペンサーを用いて形成してもよい。
【００３２】
酸化触媒２６は、酸化触媒機能を有する材料を含んで構成される。酸化触媒機能を有する材料は、例えば、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）を含む材料とすることができる。酸化イリジウムは、ナノコロイド溶液として集電電極２４が形成された透明導電層２２の表面上に担持することができる(T.Arai et.al, Energy Environ. Sci 8, 1998 (2015))。
【００３３】
例えば、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）のナノコロイドを合成する。２ｍＭの塩化イリジウム酸（ＩＶ）カリウム（Ｋ２ＩｒＣｌ６）水溶液５０ｍｌに１０ｗｔ％の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液を加えてｐＨ１３に調整した黄色溶液を、ホットスターラーを用いて９０℃で２０分加熱する。これによって得られた青色溶液を氷水で１時間冷却する。そして、冷やした溶液（２０ｍｌ）に３Ｍ硝酸（ＨＮＯ３）を滴下してｐＨ１に調整し、８０分攪拌し、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）のナノコロイド水溶液を得る。さらに、この溶液に１．５ｗｔ％ＮａＯＨ水溶液（１−２ｍｌ）を滴下してｐＨ１２に調整する。このようにして得られた酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）のナノコロイド水溶液を、集電電極２４が形成された透明導電層２２上にｐＨ１２に塗布し、乾燥炉内にいて６０℃で４０分間保持して乾燥させる。乾燥後、析出した塩を超純水で洗浄することで酸化反応用電極１０４を形成することができる。なお、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）のナノコロイド水溶液の塗布及び乾燥を複数回繰り返してもよい。
【００３４】
このように、本実施の形態では、酸化反応用電極１０４を可視光波長領域において透光性を有する構成とすることができる。ここで、可視光波長領域とは、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光の波長領域とする。また、可視光波長領域において透光性を有するとは、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光の波長領域において酸化反応用電極１０４に入射した光のうち少なくとも２０％以上を透過することを意味するものとする。このように、酸化反応用電極１０４を可視光波長領域において透光性を有する構成とすることで、光合成装置１００における反応を目視で確認できるようになる。具体的には、反応の不具合を目視にて確認することができ、早急に対応できるようになる。
【００３５】
本実施の形態における光合成装置１００は、還元反応用電極１０２と酸化反応用電極１０４を組み合わせて構成される。例えば、図１に示すように、還元反応用電極１０２と酸化反応用電極１０４を導電体層１８及び酸化触媒２６が対向するように配置し、その間に反応物が溶解された電解液１０６を導入させる。反応物は、炭化化合物とすることができ、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）とすることができる。また、電解液１０６は、リン酸緩衝水溶液やホウ酸緩衝水溶液とすることが好適である。具体的な構成例では、二酸化炭素（ＣＯ２）飽和リン酸緩衝液のタンクを設け、ポンプによって当該液を還元反応用電極１０２と酸化反応用電極１０４との間に設けられた間隙に供給し、還元反応によって生じたギ酸（ＨＣＯＯＨ）や酸素（Ｏ２）を外部の燃料タンクに回収する。
【００３６】
還元反応用電極１０２と酸化反応用電極１０４との間を電気的に接続し、適切なバイアス電圧を印加した状態とする。バイアス電圧を印加する手段は、特に限定されるものではなく、化学的電池（一次電池、二次電池等を含む）、定電圧源、太陽電池等が挙げられる。このとき、酸化反応用電極１０４に正極が接続され、還元反応用電極１０２に負極が接続される。
【００３７】
本実施の形態では、太陽電池セル１０８を採用している。太陽電池セル１０８は、還元反応用電極１０２及び酸化反応用電極１０４に隣接して配置することができる。図１の例では、還元反応用電極１０２と酸化反応用電極１０４とを対向させた電気化学セルの還元反応用電極１０２の背面に太陽電池セル１０８を配置し、太陽電池セル１０８の正極を酸化反応用電極１０４に接続し、負極を還元反応用電極１０２に接続している。
【００３８】
二酸化炭素（ＣＯ２）からギ酸（ＨＣＯＯＨ）等を合成する場合、水（Ｈ２Ｏ）は酸化されて二酸化炭素（ＣＯ２）に電子とプロトンを供給する。ｐＨ７付近では水（Ｈ２Ｏ）の酸化電位は０．８２Ｖ、還元電位は-０．４１Ｖ（何れもＮＨＥ）である。また、二酸化炭素（ＣＯ２）から一酸化炭素（ＣＯ）、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）、メチルアルコール（ＣＨ３ＯＨ）への還元電位はそれぞれ-０．５３Ｖ，-０．６１Ｖ，-０．３８Ｖである。したがって、酸化電位と還元電位の電位差は１．２０〜１．４３Ｖである。そこで、炭化化合物である二酸化炭素（ＣＯ２）を還元する場合、太陽電池セル１０８は、４枚の結晶系シリコン太陽電池を直接に接続した構成や３枚のアモルファス系シリコン太陽電池を直列に接続したアモルファスシリコン系３接合太陽電池とすることが好適である。
【００３９】
太陽電池セル１０８に対しては、受光面側に窓材１１０を設けることが好適である。窓材１１０は、太陽電池セル１０８を保護する部材である。窓材１１０は、太陽電池セル１０８において発電に寄与する波長の光を透過する部材とし、例えば、ガラス、プラスチック等とすることができる。還元反応用電極１０２、酸化反応用電極１０４、太陽電池セル１０８及び窓材１１０は、枠材１１２によって構造的に支持される。
【００４０】
なお、光合成装置１００は、還元反応用電極１０２と酸化反応用電極１０４との間に電解液１０６を循環させる循環型である。一方、図４に示すように、電気化学セルを電解液１０６に浸漬させる浸漬型の光合成装置２００としてもよい。
【００４１】
光合成装置２００は、図４に示すように、還元反応用電極１０２、酸化反応用電極１０４、電解液１０６、太陽電池セル１０８、枠材１１２及び容器１１４を含んで構成される。還元反応用電極１０２、酸化反応用電極１０４、電解液１０６、太陽電池セル１０８、枠材１１２のそれぞれの構成は、光合成装置１００と同様であるので説明を省略する。
【００４２】
還元反応用電極１０２と酸化反応用電極１０４を基板１０と基板２０とが対向するように配置し、還元反応用電極１０２と酸化反応用電極１０４との間を電気的に接続する。本実施の形態では、図４に示すように、バイアス電圧源として還元反応用電極１０２と酸化反応用電極１０４との間に太陽電池セル１０８を配置する。バイアス電圧を印加する手段は、特に限定されるものではなく、化学的電池（一次電池、二次電池等を含む）、定電圧源、太陽電池等が挙げられる。このとき、酸化反応用電極１０４に正極が接続され、還元反応用電極１０２に負極が接続される。
【００４３】
還元反応用電極１０２、酸化反応用電極１０４及び太陽電池セル１０８は、枠材１１２によって構造的に支持される。このとき、太陽電池セル１０８が電解液１０６に接触しないように枠材１１２で封止することが好適である。
【００４４】
このように一体化された還元反応用電極１０２、酸化反応用電極１０４、太陽電池セル１０８及び枠材１１２は、容器１１４に満たされた電解液１０６に浸漬される。電解液１０６は、光合成装置１００と同様に、反応物が溶解されたものとする。反応物は、炭化化合物とすることができ、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）とすることができる。また、電解液１０６は、リン酸緩衝水溶液やホウ酸緩衝水溶液とすることが好適である。
【００４５】
＜集電電極＞
還元反応用電極１０２の透明導電層１２や酸化反応用電極１０４の透明導電層２２のような導電層上に集電電極１４や集電電極２４を形成すれば電圧降下を抑制することができる。したがって、光合成装置１００の反応効率を向上させることができる。一方、還元反応用電極１０２及び酸化反応用電極１０４の実効面積が低下し、さらに浸漬型の光合成装置２００の場合は集電電極１４，２４によって太陽電池セル１０８への照射光が一部遮られ、反応効率を低下させる要因となる。
【００４６】
そこで、結晶シリコン太陽電池を４セル直列に接続した太陽電池セル１０８を用いて二酸化炭素（ＣＯ２）を還元する際の集電電極１４，２４の最適な間隔（線間隔：配線間の間隔）を計算により求めた。
【００４７】
酸化反応用電極１０４は、基板２０としてガラス、透明導電層２２としてＦＴＯ及び酸化触媒２６として酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）を適用するものと仮定した。集電電極２４の間隔ｄ、幅（線幅：導電部２４ａと第１シール部２４ｂ）ｗとし、電気抵抗は十分に小さいと仮定した。小面積の集電電極２４の電流密度（ｊｏｘ）−電圧（ｖｏｘ）には、非特許文献１のＦｉｇｕｒｅＳ７のデータを用いた。
【００４８】
還元反応用電極１０２は、導電体層１８としてカーボンクロスにルテニウム錯体（Ｒｕ錯体）を担持させたものを仮定した。集電電極１４の間隔ｄ、幅ｗとし、電気抵抗は０と仮定した。小面積の集電電極１４の電流密度（ｊｒｅｄ）−電圧（ｖｒｅｄ）には、非特許文献１のＦｉｇｕｒｅＳ９のＣＣ／ｐ−ＲｕＣＰ（青線）のデータを用いた。
【００４９】
また、図５は、結晶シリコン太陽電池を４セル直列に接続した太陽電池セル１０８の電流密度（Ｊｐｖ）−電圧（Ｖｐｖ）の特性を示す。
【００５０】
酸化反応用電極１０４内の電圧低下の影響を以下のようにして考慮する。酸化反応用電極１０４の電位がＶｏｘであるとき、局所電位ｖｏｘ（ｘ）は、数式（１）で表される。ここで、ρは透明導電層２２のシート抵抗値である。
【数１】
2019056144.tif 000003
【００５１】
このときの、集電電極２４の部分を含んだ全面積により規格化された電流密度Ｊｏｘは、数式（２）で表される。これにより、大面積の酸化反応用電極１０４の電流密度（Ｊｏｘ）−電位（Ｖｏｘ）の特性が求められる。
【数２】
2019056144.tif 000004
【００５２】
還元反応用電極１０２内の電圧低下の影響も同様にして求めることができる。
【００５３】
酸化反応用電極１０４と還元反応用電極１０２及び太陽電池セル１０８を接続したときの動作電流Ｊｏｐ（＝Ｊｏｘ＝Ｊｒｅｄ＝Ｊｐｖ）は、数式（３）の連立方程式を解くことで求めることができる。
【数３】
2019056144.tif 000005
【００５４】
浸漬型の光合成装置２００の場合、太陽電池セル１０８への照射光が集電電極２４によって遮られる。さらに、還元反応用電極１０２や酸化反応用電極１０４にて照射光の一部が吸収される。還元反応用電極１０２を透過した光が太陽電池セル１０８へ照射される場合、数式（４）の連立方程式を解くことで動作点を求めることができる。ここで、Ｔｏｘは還元反応用電極１０２の光透過率である。
【数４】
2019056144.tif 000006
【００５５】
図６及び図７は、集電電極１４，２４の幅ｗをパラメータとして、集電電極１４，２４の間隔ｄに対する動作電流密度Ｊｏｐの解析結果を示す。図６は、それぞれ透明導電層２２のシート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２、１０Ω／ｃｍ２及び２０Ω／ｃｍ２のときの循環型の光合成装置１００の動作電流密度Ｊｏｐの解析結果を示す。図７は、透過率Ｔｏｘが８０％、それぞれ透明導電層２２のシート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２、１０Ω／ｃｍ２及び２０Ω／ｃｍ２のときの浸漬型の光合成装置２００の動作電流密度Ｊｏｐの解析結果を示す。
【００５６】
図６に示すように、循環型の光合成装置１００では、集電電極１４，２４の間隔ｄが４ｃｍまではほぼ一定の動作電流密度Ｊｏｐとなり、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄが１５ｃｍまで、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄが１０ｃｍまで、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄが７ｃｍまで動作電流密度Ｊｏｐは最大値の約８０％以上を維持する。特に、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１３ｃｍ以下、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを８ｃｍ以下、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄを６ｃｍ以下とすることがより好適である。さらに、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１０ｃｍ以下、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを６ｃｍ以下、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄを４ｃｍ以下とすることがより好適である。間隔ｄがより大きくなると電圧降下が大きくなり、動作電流密度Ｊｏｐは小さくなる。
【００５７】
図７に示すように、浸漬型の光合成装置２００では、集電電極１４，２４により照射光の一部が遮られるので、間隔ｄが小さい場合は動作電流密度Ｊｏｐが小さい。そして、間隔ｄが大きくなるとほぼ一定の動作電流密度Ｊｏｐとなる。間隔ｄがより大きくなると電圧降下が大きくなり、動作電流密度Ｊｏｐは小さくなる。シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄが１６ｃｍまで、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄが１２ｃｍまで、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄが８ｃｍまで動作電流密度Ｊｏｐは最大値の約８０％以上を維持する。特に、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１４ｃｍ以下、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１０ｃｍ以下、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄを７ｃｍ以下とすることがより好適である。さらに、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１０ｃｍ以下、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを８ｃｍ以下、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄを６ｃｍ以下とすることがより好適である。一方、間隔ｄの下限値は１．５ｃｍ以上とすることが好適であり、２．０ｃｍ以上とすることがより好適である。
【００５８】
次に、結晶シリコン太陽電池を４セル直列に接続した太陽電池セル１０８を用いて水（Ｈ２Ｏ）から水素（Ｈ２）を発生させる際の集電電極１４，２４の最適な間隔を計算により求めた。
【００５９】
酸化反応用電極１０４は、基板２０としてガラス、透明導電層２２としてＦＴＯ及び酸化触媒２６としてニッケル（Ｎｉ）を適用するものと仮定した。集電電極２４の間隔ｄ、幅（導電部２４ａと第１シール部２４ｂ）ｗとし、電気抵抗は十分小さいと仮定した。
【００６０】
還元反応用電極１０２は、基板１０としてステンレス（ＳＵＳ）及び導電体層１８としてニッケル（Ｎｉ）を適用したものを仮定した。集電電極１４は設けない構成とし、電気抵抗は十分小さいと仮定した。酸化反応用電極１０４と還元反応用電極１０２とを組み合わせたときの小面積の電極の電流密度（ｊｅｌ）−電圧（ｖｅｌ）の特性には、非特許文献２のＦｉｇ．７（ａ）のＥＣ，ＨＥＲ：Ｎｉ，ＯＥＲ：Ｎｉ，１Ｍ  ＫＯＨ（青色実線）のデータを用いた。
【００６１】
酸化反応用電極１０４内の電圧低下の影響を以下のようにして考慮する。酸化反応用電極１０４の集電電極２４の電圧がＶｅｌであるとき、局所電圧ｖｅｌ（ｘ）は、数式（５）で表される。ここで、ρは透明導電層２２のシート抵抗値である。
【数５】
2019056144.tif 000007
【００６２】
このときの、集電電極２４の部分を含んだ全面積により規格化された電流密度Ｊｅｌは、数式（６）で表される。これにより、大面積の酸化反応用電極１０４の電流密度（Ｊｅｌ）−電圧（Ｖｅｌ）の特性が求められる。
【数６】
2019056144.tif 000008
【００６３】
酸化反応用電極１０４と還元反応用電極１０２及び太陽電池セル１０８を接続したときの動作電流Ｊｏｐ（＝Ｊｐｖ＝Ｊｅｌ）は、数式（７）の連立方程式を解くことで求めることができる。
【数７】
2019056144.tif 000009
【００６４】
浸漬型の光合成装置２００の場合、太陽電池セル１０８への照射光が集電電極２４によって遮られる。さらに、還元反応用電極１０２や酸化反応用電極１０４にて照射光の一部が吸収される。そこで、数式（８）の連立方程式を解くことで動作点を求めることができる。ここで、Ｔｅｌは電極の光透過率である。
【数８】
2019056144.tif 000010
【００６５】
図８及び図９は、集電電極２４の幅ｗをパラメータとして、集電電極２４の間隔ｄに対する動作電流密度Ｊｏｐの解析結果を示す。図８は、それぞれ透明導電層２２のシート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２、１０Ω／ｃｍ２及び２０Ω／ｃｍ２のときの循環型の光合成装置１００の動作電流密度Ｊｏｐの解析結果を示す。図９は、透過率Ｔｏｘが８０％、それぞれ透明導電層２２のシート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２、１０Ω／ｃｍ２及び２０Ω／ｃｍ２のときの浸漬型の光合成装置２００の動作電流密度Ｊｏｐの解析結果を示す。
【００６６】
図８に示すように、循環型の光合成装置１００では、集電電極１４，２４の間隔ｄが４ｃｍまではほぼ一定の動作電流密度Ｊｏｐとなり、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄが１５ｃｍまで、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄが１０ｃｍまで、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄが７ｃｍまで動作電流密度Ｊｏｐは最大値の約８０％以上を維持する。特に、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１３ｃｍ以下、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを８ｃｍ以下、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄを６ｃｍ以下とすることがより好適である。さらに、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１０ｃｍ以下、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを６ｃｍ以下、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄを４ｃｍ以下とすることがより好適である。間隔ｄがより大きくなると電圧降下が大きくなり、動作電流密度Ｊｏｐは小さくなる。
【００６７】
図９に示すように、浸漬型の光合成装置２００では、集電電極１４，２４により照射光の一部が遮られるので、間隔ｄが小さい場合は動作電流密度Ｊｏｐが小さい。そして、間隔ｄが大きくなるとほぼ一定の動作電流密度Ｊｏｐとなる。間隔ｄがより大きくなると電圧降下が大きくなり、動作電流密度Ｊｏｐは小さくなる。シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄが１６ｃｍまで、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄが１２ｃｍまで、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄが８ｃｍまで動作電流密度Ｊｏｐは最大値の約８０％以上を維持する。特に、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１４ｃｍ以下、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１０ｃｍ以下、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄを７ｃｍ以下とすることがより好適である。さらに、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１０ｃｍ以下、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを８ｃｍ以下、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄを６ｃｍ以下とすることがより好適である。一方、間隔ｄの下限値は１．５ｃｍ以上とすることが好適であり、２．０ｃｍ以上とすることがより好適である。
【００６８】
次に、アモルファスシリコン太陽電池を３セル直列に接続した太陽電池セル１０８を用いて水（Ｈ２Ｏ）から水素（Ｈ２）を発生させる際の集電電極１４，２４の最適な間隔を計算により求めた。
【００６９】
酸化反応用電極１０４は、基板２０としてガラス、透明導電層２２としてＦＴＯ及び酸化触媒２６として酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）を適用するものと仮定した。集電電極２４の間隔ｄ、幅（導電部２４ａと第１シール部２４ｂ）ｗとし、電気抵抗は十分小さいと仮定した。
【００７０】
還元反応用電極１０２は、基板１０としてステンレス（ＳＵＳ）及び導電体層１８としてプラチナ（Ｐｔ）を適用したものを仮定した。集電電極１４は設けない構成とし、電気抵抗は十分小さいと仮定した。酸化反応用電極１０４と還元反応用電極１０２とを組み合わせたときの小面積の電極の電流密度（Ｊｅｌ）−電圧（Ｖｅｌ）の特性には、非特許文献２のＦｉｇ．７（ａ）のＥＣ，ＨＥＲ：Ｐｔ，ＯＥＲ：ＩｒＯｘ，１Ｍ  Ｈ２ＳＯ４（赤色実線）のデータを用いた。
【００７１】
図１０及び図１１は、集電電極２４の幅ｗをパラメータとして、集電電極２４の間隔ｄに対する動作電流密度Ｊｏｐの解析結果を示す。図１０は、それぞれ透明導電層２２のシート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２、１０Ω／ｃｍ２及び２０Ω／ｃｍ２のときの循環型の光合成装置１００の動作電流密度Ｊｏｐの解析結果を示す。図１１は、透過率Ｔｏｘが８０％、それぞれ透明導電層２２のシート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２、１０Ω／ｃｍ２及び２０Ω／ｃｍ２のときの浸漬型の光合成装置２００の動作電流密度Ｊｏｐの解析結果を示す。
【００７２】
図１０に示すように、循環型の光合成装置１００では、集電電極１４，２４の間隔ｄが４ｃｍまではほぼ一定の動作電流密度Ｊｏｐとなり、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄが１５ｃｍまで、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄが１０ｃｍまで、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄが７ｃｍまで動作電流密度Ｊｏｐは最大値の約８０％以上を維持する。特に、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１３ｃｍ以下、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを８ｃｍ以下、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄを６ｃｍ以下とすることがより好適である。さらに、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１０ｃｍ以下、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを６ｃｍ以下、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄを４ｃｍ以下とすることがより好適である。間隔ｄがより大きくなると電圧降下が大きくなり、動作電流密度Ｊｏｐは小さくなる。
【００７３】
図１１に示すように、浸漬型の光合成装置２００では、集電電極１４，２４により照射光の一部が遮られるので、間隔ｄが小さい場合は動作電流密度Ｊｏｐが小さい。そして、間隔ｄが大きくなるとほぼ一定の動作電流密度Ｊｏｐとなる。間隔ｄがより大きくなると電圧降下が大きくなり、動作電流密度Ｊｏｐは小さくなる。シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄが１６ｃｍまで、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄが１２ｃｍまで、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄが８ｃｍまで動作電流密度Ｊｏｐは最大値の約８０％以上を維持する。特に、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１４ｃｍ以下、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１０ｃｍ以下、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄを７ｃｍ以下とすることがより好適である。さらに、シート抵抗値ρが５Ω／ｃｍ２以上１０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを１０ｃｍ以下、シート抵抗値ρが１０Ω／ｃｍ２以上２０Ω／ｃｍ２未満の場合には間隔ｄを８ｃｍ以下、シート抵抗値ρが２０Ω／ｃｍ２以上の場合には間隔ｄを６ｃｍ以下とすることがより好適である。一方、間隔ｄの下限値は１．５ｃｍ以上とすることが好適であり、２．０ｃｍ以上とすることがより好適である。
【００７４】
なお、色素増感太陽電池の場合、電流密度−電圧特性が異なり、集電電極１４，２４の最適な値は１．５ｃｍ未満となる。
【００７５】
＜実施例＞
集電電極１４，２４は、以下の実施例に示すように形成することができる。集電電極１４，集電電極２４は、図１２に示すように、スクリーン印刷装置３００を用いて形成することができる。なお、集電電極１４と集電電極２４の形成方法は、同様であるので、以下の説明では集電電極１４を例に説明する。
【００７６】
スクリーン印刷装置３００は、スクリーン版３０２、スキージ３０４、スクレーパー３０６、駆動部３０８及びステージ３１０を含んで構成される。集電電極１４を形成するとき、透明導電層１２が形成された基板１０をステージ３１０上に載せ置き、透明導電層１２上にスクリーン版３０２を配置した。このとき、基板１０の適切な位置に適切なパターンが形成されるようにスクリーン版３０２を基板１０上の所定の位置にアライメントした。スクリーン版３０２と透明導電層１２との間に適切な隙間を設けた状態で、スクリーン版３０２上に銀（Ａｇ）ペーストを供給した。このような状態において、駆動部３０８を用いて銀（Ａｇ）ペーストをスクリーン版３０２の目（開口部）に押し付けるようにスキージ３０４を移動させた。これによって、銀（Ａｇ）ペーストがスクリーン版３０２の目に流入し、スキージ３０４が透明導電層１２に当たると銀（Ａｇ）ペーストがスクリーン版３０２の目に充填された。スクレーパー３０６は、スクリーン版３０２上の銀（Ａｇ）ペーストを戻し、印刷の均一性を高めるために設けられている。その後、スクリーン版３０２が透明導電層１２から離れると、それと同時に透明導電層１２上に銀（Ａｇ）ペーストが所望のパターンに印刷された。ここで、加熱乾燥や焼成処理を行ってもよい。本実施例では、１５０℃で１０分の乾燥及び３００℃〜４５０℃で３０分程度の焼成処理を行った。これらの処理を、１〜３回繰り返して、集電電極１４の導電部１４ａが形成された。
【００７７】
また、導電部１４ａ上に低融点ガラスの第１シール部１４ｂを形成した。第１シール部１４ｂは、スクリーン印刷装置３００を用いて形成した。すなわち、上記説明において、銀（Ａｇ）ペーストを低融点ガラスに置き換え、導電部１４ａの幅よりも広い幅を有するパターンのスクリーン版３０２を用いて同様の処理を行うことによって、導電部１４ａを覆うように第１シール部１４ｂを形成した。
【００７８】
このように、スクリーン印刷法を適用することで、大面積の基板１０に対しても安定して集電電極１４，２４を形成することができた。図１３は、集電電極１４の形成例の平面図を示す。また、図１４は、集電電極１４の形成例の断面図を示す。図１３及び図１４は、集電電極１４の一部を示したものである。当該実施例では、集電電極１４の導電部１４ａを形成する際のスクリーン印刷処理を１〜３回繰り返した場合、導電部１４ａの膜厚は１回では７μｍ以上８μｍ以下、３回繰り返した場合には２０μｍ以上２５μｍ以下であった。
【００７９】
当該実施例では、導電部１４ａの形成時にスクリーン印刷処理を３回繰り返した後、３００℃で３０分間焼成を行った。この場合、距離９３ｍｍ間の抵抗値は約０．４Ωであった。また、導電部１４ａの形成時に４５０℃で３０分間焼成を行った場合、距離９３ｍｍ間の抵抗値は約０．３Ωであった。また、スクリーン印刷処理の繰り返し回数の増加と共に抵抗値は低下した。これは、スクリーン印刷処理の繰り返し回数の増加と共に導電部１４ａの膜厚が増加したためと考えられる。
【００８０】
当該実施例で形成した集電電極２４／透明導電層２２／基板２０上に酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）を酸化触媒２６として形成した酸化反応用電極１０４について電気化学測定を行った。その結果、計算で見積もった電流密度と概ね同じ８〜１２ｍＡ／ｃｍ２の値が得られた。これにより、本実施例では、大電流で利用できる低抵抗な酸化反応用電極１０４及び還元反応用電極１０２を大面積に形成できることが確認できた。
【符号の説明】
【００８１】
１０  基板、１２  透明導電層、１４  集電電極、１４ａ  導電部、１４ｂ  第１シール部、１４ｃ  第２シール部、１６  接着層、１８  導電体層、２０  基板、２２  透明導電層、２４  集電電極、２４ａ  導電部、２４ｂ  第１シール部、２４ｃ  第２シール部、２６  酸化触媒、１００  光合成装置、１０２  還元反応用電極、１０４  酸化反応用電極、１０６  電解液、１０８  太陽電池セル、１１０  窓材、１１２  枠材、１１４  容器、２００  光合成装置、３００  スクリーン印刷装置、３０２  スクリーン版、３０４  スキージ、３０６  スクレーパー、３０８  駆動部、３１０  ステージ。
【図１】
2019056144.tif 000011
【図２】
2019056144.tif 000012
【図３】
2019056144.tif 000013
【図４】
2019056144.tif 000014
【図５】
2019056144.tif 000015
【図６】
2019056144.tif 000016
【図７】
2019056144.tif 000017
【図８】
2019056144.tif 000018
【図９】
2019056144.tif 000019
【図１０】
2019056144.tif 000020
【図１１】
2019056144.tif 000021
【図１２】
2019056144.tif 000022
【図１３】
2019056144.tif 000023
【図１４】
2019056144.tif 000024