(57)【要約】【課題】  エネルギー変換効率を高めた水分解型水素生成セルを提供する。【解決手段】  光触媒を用いた水分解型水素生成セルであって、  色素を添加した光触媒層、  該光触媒層の一方の面に設けた酸素発生用触媒電極層、  該光触媒層の他方の面に設けた透明導電膜、  ｐｎ接合を構成するｐ型光半導体層とｎ型光半導体層とを含む光半導体層、ただし該ｐ型光半導体層の、ｐｎ接合面とは反対側の面が該透明導電膜と電気的に接続している、および  該ｎ型光半導体層の、ｐｎ接合面とは反対側の面と電気的に接続している水素発生用触媒電極層、を備えたことを特徴とする水分解型水素生成セル。【選択図】      図１
2005133174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒を用いた水分解型水素生成セルであって、
色素を添加した光触媒層、
該光触媒層の一方の面に設けた酸素発生用触媒電極層、
該光触媒層の他方の面に設けた透明導電膜、
ｐｎ接合を構成するｐ型光半導体層とｎ型光半導体層とを含む光半導体層、ただし該ｐ型光半導体層の、ｐｎ接合面とは反対側の面が該透明導電膜と電気的に接続している、および
該ｎ型光半導体層の、ｐｎ接合面とは反対側の面と電気的に接続している水素発生用触媒電極層、
を備えたことを特徴とする水分解型水素生成セル。
【請求項２】
請求項１記載の水分解型水素生成セルにおいて、上記光触媒層に上記色素と共に電荷輸送高分子を添加したことを特徴とする水分解型水素生成セル。
【請求項３】
請求項１または２記載の水分解型水素生成セルにおいて、
導電性基板上に上記のｎ型光半導体層、ｐ型光半導体層、透明導電膜、光触媒層および酸素発生用触媒電極層をこの順に積層した第１積層部、
別の基板上に水素発生用触媒電極層を設けた第２積層部、および
上記第１積層部の導電性基板と第２積層部の水素発生用触媒電極層とを接続する外部回路
を備えており、
上記第１積層部と第２積層部とは、該第１積層部の導電性基板と該第２積層部の水素発生用触媒電極層とが空間を挟んで対向した状態で並んでいることを特徴とする水分解型水素生成セル。
【請求項４】
請求項１または２記載の水分解型水素生成セルにおいて、
基板上に反射膜および第２透明導電膜をこの順に積層し、更にその上に上記のｎ型光半導体層、ｐ型光半導体層、透明導電膜、光触媒層および酸素発生用触媒電極層をこの順に積層した第１積層部、
別の基板上に水素発生用触媒電極層を設けた第２積層部、および
上記第１積層部の第２透明導電膜と第２積層部の水素発生用触媒電極層とを接続する外部回路
を備えており、
上記第１積層部と第２積層部とは、該第１積層部の基板と該第２積層部の水素発生用触媒電極層とが空間を挟んで対向した状態で並んでいることを特徴とする水分解型水素生成セル。
【請求項５】
請求項１または２記載の水分解型水素生成セルにおいて、
透明基板上に上記の透明導電膜、光触媒層および酸素発生用触媒電極層をこの順に積層した第１積層部、
導電性基板上に上記のｐ型光半導体層、ｎ型光半導体層および水素発生用触媒電極層をこの順に積層した第２積層部、および
上記第１積層部の透明導電膜と第２積層部の導電性基板とを接続する外部回路
を備えており、
上記第１積層部と第２積層部とは、該第１積層部の酸素発生用触媒電極層と該第２積層部の水素発生用触媒電極層とが空間を挟んで対向した状態で並んでいることを特徴とする水分解型水素生成セル。
【請求項６】
請求項１または２記載の水分解型水素生成セルにおいて、
透明基板上に上記の透明導電膜、光触媒層および酸素発生用触媒電極層をこの順に積層した第１積層部、
別の基板上に反射膜および第２透明導電膜をこの順に積層し、更にその上に上記のp型光半導体層、n型光半導体層および水素発生用触媒電極層をこの順に積層した第２積層部、および
上記第１積層部の透明導電膜と第２積層部の第２透明導電膜とを接続する外部回路
を備えており、
上記第１積層部と第２積層部とは、該第１積層部の酸素発生用触媒電極層と該第２積層部の水素発生用触媒電極層とが空間を挟んで対向した状態で並んでいることを特徴とする水分解型水素生成セル。
【請求項７】
請求項１または２記載の水分解型水素生成セルにおいて、
導電性基板の一方の面上に上記の水素発生用触媒電極層を設け、該導電性基板の他方の面上に上記のｎ型光半導体層、ｐ型光半導体層、透明導電膜、光触媒層および酸素発生用触媒電極層をこの順に積層したことを特徴とする水分解型水素生成セル。
【請求項８】
請求項１または２記載の水分解型水素生成セルにおいて、
導電性基板の一方の面上の第１領域に上記のｎ型光半導体層、ｐ型光半導体層、透明導電膜、光触媒層および酸素発生用触媒電極層をこの順に積層した第１積層部と、
該一方の面上の第２領域に上記の水素発生用電極層を設けた第２積層部と
を備えたことを特徴とする水分解型水素生成セル。
【請求項９】
請求項１または２記載の水分解型水素生成セルにおいて、
透明基板の一方の面に透明導電膜を設け、該透明導電膜上の第１領域に上記の光触媒層および酸素発生用触媒電極層をこの順に積層した第１積層部と、
該透明導電膜上の第２領域に上記のｎ型光半導体層、ｐ型光半導体層および水素発生用触媒電極層をこの順に積層した第２積層部と
を備えたことを特徴とする水分解型水素生成セル。
【請求項１０】
請求項１または２記載の水分解型水素生成セルにおいて、
導電性基板の一方の面上の第１領域に反射膜を設け、更にその上に上記の透明導電膜、光触媒層および酸素発生用触媒電極層をこの順に積層した第１積層部と、
該一方の面上の第２領域に反射膜および第２透明導電膜をこの順に積層し、更にその上に上記のｎ型光半導体層、ｐ型光半導体層および水素発生用触媒電極層をこの順に積層した第２積層部と
を備え、
上記透明導電膜と上記第２透明導電膜とは上記導電性基板上で導通していることを特徴とする水分解型水素生成セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を用い太陽エネルギーにより水を分解して水素を生成する水分解型水素生成セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような水分解型水素生成セルは、下記のメカニズムを利用したものである。すなわち、ＴｉＯ2に代表される光触媒に太陽光を照射すると、電子とホール（正孔）が生成する。電子により水が還元されて水素が生成し、ホールにより水が酸化されて酸素が生成する。
【０００３】
しかし、ＴｉＯ2に代表される光触媒は、紫外光にのみ活性を示すため、太陽光の大部分を占める可視光から赤外光に及ぶ広い波長帯の光が利用できない。近年、可視光に活性を示す光触媒の研究開発が活発になってきているが、まだ実用化には至っていない。
【０００４】
また、光触媒による水素生成は、これまでもっぱら材料開発が進められており、セル構造としての開発はまだほとんど進んでおらず、太陽エネルギーから水素エネルギーへの変換効率も１％以下と極めて低いのが実情である。
【０００５】
変換効率が低い原因としては、１）太陽エネルギーの全波長成分を有効に利用できていない、２）光吸収量が小さく、電荷発生量が少ない、３）発生電荷の分離・移動効率が低いため、発生電荷が再結合してしまう、などがある。
【０００６】
変換効率を改良するために、特許文献１（特開２００２−３５６３０１号公報）には、光触媒であるＴｉＯ2膜の表面に可視光吸収色素を担持させることにより、紫外光だけでなく可視光のエネルギーも利用することが開示されている。しかし、水分解のエネルギーとして外部電力の供給を必要とするため、全体としてエネルギー変換効率の向上が不十分であった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５６３０１号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、エネルギー変換効率を高めた水分解型水素生成セルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、光触媒を用いた水分解型水素生成セルであって、
色素を添加した光触媒層、
該光触媒層の一方の面に設けた酸素発生用触媒電極層、
該光触媒層の他方の面に設けた透明導電膜、
ｐｎ接合を構成するｐ型光半導体層とｎ型光半導体層とを含む光半導体層、ただし該ｐ型光半導体層の、ｐｎ接合面とは反対側の面が該透明導電膜と電気的に接続している、および
該ｎ型光半導体層の、ｐｎ接合面とは反対側の面と電気的に接続している水素発生用触媒電極層、
を備えたことを特徴とする水分解型水素生成セルが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の水分解型水素生成セルは、光触媒層に色素を添加したことにより、光触媒が本来活性を示す紫外光から可視光までの波長帯域の光エネルギーを有効に利用して発生電荷量を増大でき、同時に、光半導体に赤外光を吸収させてｐｎ接合により生起した内部電場を利用して発生電荷（電子とホール）の分離・移動を促進して再結合損失を低減する。これにより太陽エネルギーから水素エネルギーへの変換効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の望ましい形態においては、上記光触媒層に上記色素と共に電荷輸送高分子を添加することにより、発生電荷の分離・移動が更に促進して再結合損失をより一層低減できる。例えば、ナノ多孔体で構成される光触媒に、色素分子および電荷輸送高分子を担持させることが望ましい。光触媒をナノ多孔体で構成して大表面積としたことにより色素を多量に担持でき、光吸収量が増大し、効率が高まる。
【実施例】
【００１２】
〔実施例１〕
図１を参照して本発明の水分解型水素生成セルの一実施例を説明する。
水分解型水素生成セル１００は、第１積層部１０１、第２積層部１０２、および両者を接続する外部回路１１から成る。
【００１３】
第１積層部１０１は、導電性基板３上に、ｎ型光半導体層４、ｐ型光半導体層５、透明導電膜６、光触媒層Ｋおよび酸素発生用触媒電極層を１０この順に積層した構造である。ｐｎ接合を構成するｎ型光半導体層４とｐ型光半導体層５とで光半導体層Ｊを構成する。光触媒層Ｋは、色素８を担持した光触媒粒子７の間隙を電荷輸送高分子９で充填して構成されている。
【００１４】
第２積層部１０２は、別の基板１上に水素発生用触媒電極層２を設けた構造である。
【００１５】
外部回路１１は、第１積層部１０１の導電性基板３と第２積層部１０２の水素発生用触媒電極層２とを接続している。
【００１６】
第１積層部１０１と第２積層部１０２とは、第１積層部１０１の導電性基板３と第２積層部１０２の水素発生用触媒電極層２とが空間Ｓを挟んで対向した状態で並んでいる。
【００１７】
基板１は、水素発生用電極２を保持するための基板であり、ステンレス基板、ガラス基板などを用いる。
【００１８】
水素発生用電極２は、太陽光Ｌの照射により光触媒層Ｋで発生した電子を電解液へ移動させる。その際、電解液中の水を還元して水素を発生させる。材料は、白金（Ｐｔ）、コバルトモリブデン（ＭｏＣｏ）などを用いる。触媒電極２の構造は、薄膜あるいは微粒子のいずれかの形態が望ましい。
【００１９】
導電性基板３は、保持用基板であると同時に、発生した電子を水素発生用電極２に移動させる。ステンレス基板や、透明導電性薄膜を堆積したガラス基板などを用いる。
【００２０】
光半導体層Ｊは、ｎ型光半導体層４とｐ型光半導体層５から成るｐｎ接合を有しており、色素８を担持した光触媒層Ｋで吸収されない太陽光Ｌの赤外成分を吸収してｐｎ接合により内部電場を形成する。この内部電場により、光触媒層Ｋで発生した電荷の移動効率が高められる。光半導体材料としては、安価なアモルファスＳｉ、カーボンなどを用いることができるが、必要に応じて単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、化合物半導体などを用いてもよい。なお、図示を簡潔にするためにｐｎ接合を１個だけ備えた場合を示したが、これに限定する必要はなく、ｐｎ接合を多段に積層することにより任意の必要電圧に対応することができる。
【００２１】
透明導電膜６は、光触媒層Ｋで発生した電荷を移動させる機能と、光半導体層Ｊに必要な赤外光を透過する機能とを兼備する。そのような材料としては、ＩＴＯ（インジウムすず酸化物：Indium-Tin-Oxide）やＳｎＯ2（酸化すず：Tin Oxide）などを用いることができる。
【００２２】
光触媒層Ｋは、色素８を担持した光触媒粒子７の間隙に電荷輸送高分子９を充填して形成されている。水を分解させるためには、光触媒の伝導帯の下端が水素発生電位よりマイナス側に、かつ、価電子帯の上端が酸素発生電位よりプラス側になくてはならない。この条件を満たす材料としては、コスト、資源量、耐性などの点からＴｉＯ2が最も有利である。ただし、ＴｉＯ2に限定する必要はなく、ＳｒＴｉＯ3、ＫＴａＯ3、ＣｄＳｅ、ＣｄＳなどを用いることもできる。構造は、光吸収面積を増大させるためにナノ多孔体構造が有利である。ナノ多孔体構造とすることにより、光触媒表面に担持される色素分子数が増加し、光吸収量が増大する。ナノ多孔体構造は、スピンコート法、ゾルゲル法などにより作製できる。
【００２３】
色素８は、太陽エネルギーの大部分を占める可視光を吸収し、水の酸化還元反応に必要な電荷を発生させる。色素材料としては、ルテニウム錯体、メタロシアニン系、フタロシアニン系、フェニルキサンテン系、ビピリジン系、アクリジン系、ジアゾ系、ポルフィリン系などを用いる。
【００２４】
電荷輸送高分子９は、色素分子８間および色素分子８から光触媒７への電荷移動を促進する。色素分子８に吸収された可視光により発生した電子は、光触媒７の伝導帯に移動する。しかし、色素分子８自身には電荷輸送作用がないため、色素分子８間を電子が移動することができない。このため、色素分子８のみを用いた場合には、光触媒７の表面に吸着した１分子層だけの電子が光触媒７側へ移動するため、光吸収量が低い。電荷輸送高分子９は、電子発生に実質的に寄与する色素分子８の有効量を増大させ、かつ、発生した電子を光触媒７へ移動させる効果が大きい。ナノ多孔体で構成された光触媒７の空隙内に色素８をドープした電荷輸送高分子９を充填することにより、電荷移動が促進される。
【００２５】
酸素発生用触媒電極１０は、太陽光Ｌの照射により発生したホールを電解液を移動させる。材料としては、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、鉄ニッケル酸化物（ＮｉＦｅＯ）などを用いる。触媒電極１０の構造は、薄膜あるいは微粒子のいずれかの形態をとる。
【００２６】
外部回路１１は、太陽光Ｌの照射により発生した電子を水素発生用触媒電極２に移動させる。
【００２７】
太陽光Ｌとしては、直接光、パラボラやレンズで集光した光、光ファイバーで屋外から屋内に導入した光などを用いる。
【００２８】
本実施例によれば、光触媒７に色素分子８と電荷輸送高分子９を担持させたことにより、光触媒７本来の利用可能対象である紫外光に加えて色素８により可視光も有効に利用されるので発生電荷量が増大し、かつ、電荷輸送高分子９により発生電荷の移動が促進される。
【００２９】
更に、光半導体４、５の積層構造Ｊを用いたことにより赤外光まで有効に利用でき、そのｐｎ接合による内部電場により電荷移動が更に促進される。
同時に、安価な光触媒、色素を主成分としているため、製造コストが低減する。
【００３０】
以下の実施例のいずれにおいても、本実施例と対応する部位には本実施例と対応する材料を用いることができる。
【００３１】
また、以下の各実施例においては、本実施例による上述の作用効果が得られることに加えて、各々の構造上の特徴により更に付加的な作用効果が得られる。
【００３２】
〔実施例２〕
図２を参照して、本発明の水分解型水素生成セルの他の実施例を説明する。
水分解型水素生成セル２００は、第１積層部２０１、第２積層部２０２、および両者を接続する外部回路１１から成る。実施例１の水分解型水素生成セル１００と同様の構造に、反射膜を付加した点が特徴である。
【００３３】
すなわち、第１積層部２０１は、基板１４上に反射膜１３および第２透明導電膜６１をこの順に積層し、更にその上にｎ型光半導体層４、ｐ型光半導体層５、透明導電膜６、光触媒層Ｋおよび酸素発生用触媒電極層１０をこの順に積層した構造である。ｐｎ接合を構成するｎ型光半導体層４とｐ型光半導体層５とで光半導体層Ｊを構成する。光触媒層Ｋは、色素８を担持した光触媒粒子７の間隙を電荷輸送高分子９で充填して構成されている。
【００３４】
第２積層部２０２は、別の基板１上に水素発生用触媒電極層２を設けた構造である。
外部回路１１は、第１積層部２０１の第２透明導電膜６１と第２積層部２０２の水素発生用触媒電極層２とを接続している。
【００３５】
第１積層部２０１と第２積層部２０２とは、第１積層部２０１の基板１４と第２積層部２０２の水素発生用触媒電極層２とが空間Ｓを挟んで対向した状態で並んでいる。
【００３６】
本実施例の水分解型水素生成セル２００は、実施例１の構造による作用効果が得られることに加えて、太陽光Ｌの入射方向に対して光半導体層Ｊの裏面側に透明導電膜６１を介して反射膜１３を配したことにより光吸収量が増大し、それにより水素発生量が増大する点が特徴である。ガラス基板またはステンレス基板などの基板１４上に反射膜１３を形成する。反射膜１３は、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2等の多層薄膜で形成される。
【００３７】
〔実施例３〕
図３を参照して、本発明の水分解型水素生成セルの他の実施例を説明する。
水分解型水素生成セル３００は、第１積層部３０１、第２積層部３０２、および両者を接続する外部回路１１から成る。実施例１の水分解型水素生成セル１００を光触媒層Ｋを含む第１積層部３０１と光半導体層Ｊを含む第２積層部３０２とに分離した点が特徴である。
【００３８】
第１積層部３０１は、透明基板１５上に透明導電膜６、光触媒層Ｋおよび酸素発生用触媒電極層１０をこの順に積層した構造である。光触媒層Ｋは、色素８を担持した光触媒粒子７の間隙を電荷輸送高分子９で充填して構成されている。
【００３９】
第２積層部３０２は、導電性基板３上にｐ型光半導体層５、ｎ型光半導体層４および水素発生用触媒電極層２をこの順に積層した構造である。
【００４０】
外部回路１１は、第１積層部３０１の透明導電膜６と第２積層部３０２の導電性基板３とを接続している。
【００４１】
第１積層部３０１と第２積層部３０２とは、第１積層部３０１の酸素発生用触媒電極層１０と第２積層部３０２の水素発生用触媒電極層２とが空間Ｓを挟んで対向した状態で並んでいる。
【００４２】
本実施例の水分解型水素生成セル３００は、光触媒層Ｋを含む第１積層部３０１と光半導体層Ｊを含む第２積層部３０２とを分離したことにより、光触媒層Ｋと光半導体層Ｊがそれぞれ相手を介さずに太陽光Ｌを吸収するので、光吸収率が増大し、それにより水素発生量が増大する点が特徴である。透明基板１５としては、ガラス基板などを用いる。
【００４３】
加えて、本実施例では、実施例１の構造による作用効果が得られることに加えて、酸素発生用触媒電極層１０と水素発生用触媒電極層２とが空間Ｓを挟んで対向した状態で並んでいることにより、酸素発生用触媒電極１０側で発生したプロトンＨ＋の水素発生用触媒電極２側への移動効率が高くなるため、水素発生量が更に増大するという副次的効果も得られる。なお、実施例１、２において、酸素発生用触媒電極１０と水素発生用触媒電極２とを対向させる配置に変更すれば、やはり同様の効果が得られる。
【００４４】
〔実施例４〕
図４を参照して、本発明の水分解型水素生成セルの他の実施例を説明する。
水分解型水素生成セル４００は、第１積層部４０１、第２積層部４０２、および両者を接続する外部回路１１から成る。実施例３と同様の構造に、反射膜を付加した点が特徴である。
【００４５】
第１積層部４０１は、実施例３の第１積層部３０１と同じ構造であり、透明基板１５上に透明導電膜６、光触媒層Ｋおよび酸素発生用触媒電極層１０をこの順に積層した構造である。光触媒層Ｋは、色素８を担持した光触媒粒子７の間隙を電荷輸送高分子９で充填して構成されている。
【００４６】
第２積層部４０２は、基板１４上に反射膜１３および第２透明導電膜６１をこの順に積層し、更にその上にp型光半導体層５、n型光半導体層４および水素発生用触媒電極層２をこの順に積層した構造である。
【００４７】
外部回路１１は、第１積層部４０１の透明導電膜６と第２積層部の第２透明導電膜６１とを接続している。
【００４８】
第１積層部４０１と第２積層部４０２とは、第１積層部４０１の酸素発生用触媒電極層１０と第２積層部４０２の水素発生用触媒電極層２とが空間Ｓを挟んで対向した状態で並んでいる。
【００４９】
本実施例の水分解型水素生成セル４００は、実施例１の構造による作用効果が得られることに加えて、実施例３と同じく光触媒層Ｋと光半導体層Ｊが相手を介さずに太陽光Ｌを吸収することにより光吸収率が増大する効果に加えて、光半導体層Ｊにおいて反射膜１３により光吸収量が増大する効果が付加され、全体として更に光吸収率が向上し、それにより水素発生量が更に増大する点が特徴である。
【００５０】
なお、図示の例では光半導体層Ｊを含む第２積層部４０２のみに反射膜１３を設けたが、光触媒層Ｋを含む第１積層部４０１にも反射膜を設けることができる。その際、光半導体層Ｊおよび光触媒層Ｋに対して各々最適な反射膜を配置することにより、各波長領域における反射特性を最適化できる。これにより光吸収率を更に向上させ、発生電荷量を更に増大できる。
【００５１】
本実施例においても、実施例３と同様に、酸素発生用触媒電極層１０と水素発生用触媒電極層２の対向配置による水素発生量増大という副次的効果が得られる。
【００５２】
〔実施例５〕
図５を参照して、本発明の水分解型水素生成セルの他の実施例を説明する。
本実施例の水分解型水素生成セル５００は、実施例１〜４が第１積層部と第２積層部の２つの部分に分離していたのとは異なり、全体を同一基板上に一体として積層した点が特徴である。
【００５３】
すなわち、導電性基板３の一方の面上に水素発生用触媒電極層２を設け、同じ導電性基板３の他方の面上にｎ型光半導体層４、ｐ型光半導体層５、透明導電膜６、光触媒層Ｋおよび酸素発生用触媒電極層１０をこの順に積層した構造である。
【００５４】
他の実施例と同様、ｐｎ接合を構成するｎ型光半導体層４とｐ型光半導体層５とで光半導体層Ｊが構成されており、光触媒層Ｋは、色素８を担持した光触媒粒子７の間隙を電荷輸送高分子９で充填して構成されている。
【００５５】
本発明の水分解型水素生成セル５００は、実施例１の構造による作用効果が得られることに加えて、一体積層構造としたことにより、実施例１〜４のように外部回路１１を介した電子移動が不要となり、セル構造が簡略化できるのでコストが低減できると同時に、電子移動時の抵抗損失が低減して水素発生量が増大する。
【００５６】
〔実施例６〕
図６を参照して、本発明の水分解型水素生成セルの他の実施例を説明する。
本実施例の水分解型水素生成セル６００は、単一の導電性基板３の一方の面の別々の領域にそれぞれ第１積層部６０１と第２積層部６０２を並列配置した点が特徴である。
【００５７】
すなわち、第１積層部６０１は、導電性基板３の一方の面上の第１領域にｎ型光半導体層４、ｐ型光半導体層５、透明導電膜６、光触媒層Ｋおよび酸素発生用触媒電極層１０をこの順に積層した構造である。
【００５８】
第２積層部６０２は、導電性基板３の同じ面上の第２領域に水素発生用電極層２を設けた構造である。
【００５９】
第１積層部６０１と第２積層部６０２とは、これらに比べて数分の一の幅の小さい空間Ｓを介して隣接している。
【００６０】
他の実施例と同様、ｐｎ接合を構成するｎ型光半導体層４とｐ型光半導体層５とで光半導体層Ｊが構成されており、光触媒層Ｋは、色素８を担持した光触媒粒子７の間隙を電荷輸送高分子９で充填して構成されている。
【００６１】
本実施例の水分解型水素生成セル６００は、実施例１の構造による作用効果が得られることに加えて、基板３の片面に水素発生用触媒電極２を含む水素発生部と酸素発生用触媒電極１０を含む酸素発生部とを設けたことにより、発生した水素および酸素が効率良くセル表面から分離できるので、水素および酸素の発生時のガス付着による抵抗損失が低減されるため電圧損失が小さくなって、水素発生量が増大する。
【００６２】
〔実施例７〕
図７を参照して、本発明の水分解型水素生成セルの他の実施例を説明する。
本実施例の水分解型水素生成セル７００は、単一の透明基板１５の一方の面の別々の領域にそれぞれ第１積層部７０１と第２積層部７０２を並列配置した点が特徴である。
【００６３】
すなわち、第１積層部７０１は、透明基板１５の一方の面に透明導電膜６を設け、この透明導電膜６上の第１領域に光触媒層Ｋおよび酸素発生用触媒電極層１０をこの順に積層した構造である。
【００６４】
第２積層部７０２は、上記の透明導電膜６上の第２領域にｎ型光半導体層４、ｐ型光半導体層５および水素発生用触媒電極層２をこの順に積層した構造である。
【００６５】
積層部７０１と第２積層部７０２とは、これらに比べて数分の一の幅の小さい空間Ｓを介して隣接している。
【００６６】
他の実施例と同様、ｐｎ接合を構成するｎ型光半導体層４とｐ型光半導体層５とで光半導体層Ｊが構成されており、光触媒層Ｋは、色素８を担持した光触媒粒子７の間隙を電荷輸送高分子９で充填して構成されている。
【００６７】
本実施例の水分解型水素生成セル７００は、実施例１の構造による作用効果が得られることに加えて、実施例６と同じく単一の基板１５の片面に水素発生部と酸素発生部を並列配置したことによりガス付着起因の抵抗損失が低減する作用効果が得られると同時に、透明基板１５上に透明導電膜６を介して光触媒層Ｋと光半導体層Ｊを設けたことにより基板両面で太陽光Ｌを吸収できるので、一段と光吸収量が増大して水素発生量が増大する。
【００６８】
〔実施例８〕
図８を参照して、本発明の水分解型水素生成セルの他の実施例を説明する。
本実施例の水分解型水素生成セル８００は、単一の導電性基板３の一方の面の別々の領域にそれぞれ第１積層部８０１と第２積層部８０２を並列配置した点、および、各積層部にそれぞれ反射膜を設けた点が特徴である。
【００６９】
すなわち、第１積層部８０１は、導電性基板３の一方の面上の第１領域に反射膜１７を設け、更にその上に透明導電膜、光触媒層および酸素発生用触媒電極層をこの順に積層した構造である。
【００７０】
第２積層部８０２は、上記と同じ面上の第２領域に反射膜１６および第２透明導電膜６２をこの順に積層し、更にその上にｎ型光半導体層４、ｐ型光半導体層５および水素発生用触媒電極層２をこの順に積層した構造である。
【００７１】
第１積層部８０１の透明導電膜６１と第２積層部８０２の第２透明導電膜６２とは導電性基板３上の透明導電膜６３を介して互いに導通している。
【００７２】
第１積層部８０１と第２積層部８０２とは、これらに比べて数分の一の幅の小さい空間Ｓを介して隣接している。
【００７３】
他の実施例と同様、ｐｎ接合を構成するｎ型光半導体層４とｐ型光半導体層５とで光半導体層Ｊが構成されており、光触媒層Ｋは、色素８を担持した光触媒粒子７の間隙を電荷輸送高分子９で充填して構成されている。
【００７４】
本実施例の水分解型水素生成セル８００は、実施例１の構造による作用効果が得られることに加えて、実施例６と同じく単一の基板１５の片面に水素発生部と酸素発生部を並列配置したことによりガス付着起因の抵抗損失が低減する作用効果が得られると同時に、光半導体層Ｊおよび光触媒層Ｋに対して各々最適な反射膜を配置することにより、各波長領域における反射特性を最適化できる。これにより光吸収率を更に向上させ、発生電荷量を更に増大できる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明によれば、エネルギー変換効率を高めた水分解型水素生成セルが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、本発明の望ましい実施形態による２分割型・光触媒／光半導体一体積層式の水分解型水素生成セルの断面図である。
【図２】図２は、本発明の望ましい実施形態による２分割型・光触媒／光半導体一体積層式・反射膜付きの水分解型水素生成セルの断面図である。
【図３】図３は、本発明の望ましい実施形態による２分割型・光触媒／光半導体分離式の水分解型水素生成セルの断面図である。
【図４】図４は、本発明の望ましい実施形態による２分割型・光触媒／光半導体分離式・反射膜付きの水分解型水素生成セルの断面図である。
【図５】図５は、本発明の望ましい実施形態による一体積層型の水分解型水素生成セルの断面図である。
【図６】図６は、本発明の望ましい実施形態による一体型・並列配置式の水分解型水素生成セルの断面図である。
【図７】図７は、本発明の望ましい実施形態による一体型・並列配置式・両面受光タイプの水分解型水素生成セルの断面図である。
【図８】図８は、本発明の望ましい実施形態による一体型・並列配置式・反射膜付きの水分解型水素生成セルの断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１００,２００,３００,４００,５００,６００,７００,８００…水分解型水素生成セル
１０１,２０１,３０１,４０１,６０１,７０１,８０１…第１積層部
１０２,２０２,３０２,４０２,６０２,７０２,８０２…第２積層部
３…導電性基板
４…ｎ型光半導体層
５…ｐ型光半導体層
６,６１,６２,６３…透明導電膜
７…光触媒粒子
８…色素
９…電荷輸送高分子
１０…酸素発生用触媒電極層
１１…外部回路
Ｊ…光半導体層
Ｋ…光触媒層
Ｌ…太陽光
Ｓ…空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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