(57)【要約】【課題】太陽光エネルギーを効率良く燃料へと変換する燃料生成方法及び燃料生成装置を提供すること。【解決手段】本開示の燃料生成装置は、積層体と電解槽及び、支持具あるいはプロトン透過膜と、を備える。積層体は、ｐｎ接合構造をもつ光起電力層、カソード電極、アノード電極、側面絶縁層とを有し、光起電力層は波長９００ｎｍ以上の近赤外領域の光を吸収する半導体層を含む。燃料生成装置においては水中光路長を最適設計値に設定することで、波長９００ｎｍ以上の近赤外領域の光まで十分に利用し、カソード電極上での還元反応により、光エネルギーを水素、一酸化炭素、ギ酸、メタン、エチレン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アリルアルコール、アセトアルデヒド及びプロピオンアルデヒドのうち少なくとも１種の燃料へと高効率変換する。【選択図】図２Ａ
2017210681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料生成方法であって、以下の工程（ａ）及び工程（ｂ）を具備する：
電解槽、積層体、及び支持具を具備する燃料生成装置を用意する工程（ａ）、ここで、
前記電解槽は、電解液を保持し、
前記積層体は、金属又は金属化合物を有するカソード電極と、ｐｎ接合構造を有する光起電力層と、アノード電極と、を備え、
前記カソード電極と前記アノード電極とは前記電解液に接し、
前記ｐｎ接合構造はｐ型層とｎ型層とを備え、
前記光起電力層は、９００ｎｍ以上の波長を有する近赤外領域の光を吸収する半導体層を少なくとも１つは含み、
前記カソード電極は、前記ｎ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、
前記アノード電極は、前記ｐ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、
前記積層体の側面に側面絶縁層が形成されており、及び、
前記積層体は、電解液中に、前記アノード電極と前記カソード電極の前記電解液に接するそれぞれの表面の間を、前記支持具により、絶縁しつつ支持されており、及び、
前記カソード電極に光を照射して、前記カソード電極において燃料を生成する工程（ｂ）、ここで、
前記電解液における前記光の前記光起電力層の表面までの光路長は７ｍｍ以下である。
【請求項２】
前記光起電力層に照射される光は、波長９００ｎｍ以上の光を含む、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項３】
前記金属は白金であり、
前記工程（ｂ）において、燃料として水素を得る、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項４】
前記金属化合物は、白金合金及び白金化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、燃料として水素を得る、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項５】
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属は金であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料として一酸化炭素を得る、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項６】
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属化合物は、金合金及び金化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料として一酸化炭素を得る、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項７】
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属はインジウムであり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料としてギ酸を得る、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項８】
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属化合物は、インジウム合金及びインジウム化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料としてギ酸を得る、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項９】
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属は銅であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料としてメタン、エチレン、エタノール、及びアセトアルデヒドのうち少なくとも１種を得る、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項１０】
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属化合物は、銅合金及び銅化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料としてメタン、エチレン、エタノール、及びアセトアルデヒドのうち少なくとも１種を得る、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項１１】
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属は銀であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料として一酸化炭素を得る、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項１２】
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属化合物は、銀合金及び銀化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料として一酸化炭素を得る、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項１３】
前記光起電力層が、ガリウムヒ素、インジウムガリウムヒ素、シリコン、及びゲルマニウムからなる群から選択される少なくとも１種から構成される、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項１４】
前記電解液が、炭酸水素カリウム、及び炭酸水素ナトリウムのうち少なくとも１種を含む水溶液である、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項１５】
前記工程（ｂ）において、光電気化学装置は室温かつ大気圧下に設置される、
請求項１に記載の燃料生成方法。
【請求項１６】
以下を具備する燃料生成装置：
電解槽、
積層体、及び
支持具、
ここで、
前記電解槽は、電解液を保持し、
前記積層体は、金属又は金属化合物を有するカソード電極と、ｐｎ接合構造を有する光起電力層と、アノード電極と、を備え、
前記カソード電極と前記アノード電極とは前記電解液に接し、
前記ｐｎ接合構造はｐ型層とｎ型層とを備え、
前記光起電力層は、９００ｎｍ以上の波長を有する近赤外領域の光を吸収する半導体層を少なくとも１つは含み、
前記カソード電極は、前記ｎ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、
前記アノード電極は、前記ｐ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、
前記積層体の側面に側面絶縁層が形成されており、及び、
前記積層体は、電解液中に、前記アノード電極と前記カソード電極の前記電解液に接するそれぞれの表面の間を、前記支持具により、絶縁しつつ支持されており、及び、
前記電解液における前記光の前記光起電力層の表面までの光路長は７ｍｍ以下である。
【請求項１７】
以下を具備する燃料生成装置：
カソード槽、
アノード槽、
プロトン透過膜、及び
積層体、
ここで、
前記カソード槽は、第１電解液を保持し、
前記アノード槽は、第２電解液を保持し、
前記カソード槽及び前記アノード槽は、前記プロトン透過膜及び前記積層体により隔てられており、
前記積層体は、金属又は金属化合物を有するカソード電極と、ｐｎ接合構造を有する光起電力層と、アノード電極と、を備え、
前記カソード電極は前記第１電解液に接し、
前記アノード電極は前記第２電解液に接し、
前記ｐｎ接合構造はｐ型層とｎ型層とを備え、
前記光起電力層は、９００ｎｍ以上の波長を有する近赤外領域の光を吸収する半導体層を少なくとも１つは含み、
前記カソード電極は、前記ｎ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、
前記アノード電極は、前記ｐ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、及び、
前記第１電解液における前記光の前記光起電力層の表面までの光路長は７ｍｍ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、近赤外領域（波長９００ｎｍ以上）の光まで利用する光起電力層を水中で用いた燃料生成方法及び燃料生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の枯渇が危惧されていることを背景に、太陽光をはじめとする再生可能エネルギーに注目が集まっているが、太陽光発電はエネルギーの安定供給が困難であることが課題とされている。これに対し、光エネルギーをガスなどの燃料に変換する人工光合成技術はエネルギーの高効率長期貯蔵を可能とし、エネルギー問題の解決につながるとして期待されている。
【０００３】
現在、水素をエネルギー利用する燃料電池の開発が進み、インフラ整備、水素貯蔵技術に加え、太陽光エネルギーを利用した水素生成技術がさかんに研究されている。
【０００４】
さらには、工場からの大量排出などによる地球上の二酸化炭素濃度の上昇は温暖化の要因として挙げられることから、太陽光を利用し、二酸化炭素を燃料となる有機物などに変換する技術が注目されている。
【０００５】
特許文献１及び特許文献２は、太陽電池を起電力源とし、太陽電池受光面の反対側に電解槽及びカソード電極、アノード電極を配置した装置による水素製造方法を開示している。
【０００６】
特許文献３は、光起電力層の受光面とその裏面にそれぞれ、カソード電極、アノード電極が配置された装置による水素生成及び二酸化炭素還元方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１９７１６７号公報
【特許文献２】特開２０１２−４１６２３号公報
【特許文献３】特開２０１５−１８３２１８号公報
【発明の概要】
【０００８】
本開示の一態様の燃料生成方法は、以下の工程（ａ）及び工程（ｂ）を具備する：
電解槽、積層体、及び支持具を具備する燃料生成装置を用意する工程（ａ）、ここで、
前記電解槽は、電解液を保持し、
前記積層体は、金属又は金属化合物を有するカソード電極と、ｐｎ接合構造を有する光起電力層と、アノード電極と、を備え、
前記カソード電極と前記アノード電極とは前記電解液に接し、
前記ｐｎ接合構造はｐ型層とｎ型層とを備え、
前記光起電力層は、近赤外領域（波長９００ｎｍ以上）の光を吸収する半導体層を少なくとも１つは含み、
前記カソード電極は、前記ｎ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、
前記アノード電極は、前記ｐ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、
前記積層体の側面に側面絶縁層が形成されており、及び、
前記積層体は、電解液中に、前記アノード電極と前記カソード電極の前記電解液に接するそれぞれの表面の間を、前記支持具により、絶縁しつつ支持されており、及び、
前記カソード電極に光を照射して、前記カソード電極において燃料を生成する工程（ｂ）、ここで、
前記電解液における前記光の前記光起電力層の表面までの光路長は７ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係る水中光路長を設計した上記態様により、燃料生成効率を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本開示に係わる積層体の実施形態の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】本開示に係わる積層体の実施形態の別の一例を模式的に示す断面図である。
【図２Ａ】本開示に係わる燃料生成装置の実施形態の一例を模式的に示す断面図である。
【図２Ｂ】本開示に係わる燃料生成装置の実施形態の別の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】実施例１における水の吸収スペクトルの水中光路長依存性を示す図である。
【図４】実施例１における水を透過させた擬似太陽光を照射した太陽電池のＩＶ特性の水中光路長依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明をその実施態様について説明する。
【００１２】
エネルギー変換効率の向上を目指し、高い光電変換効率をもつ光起電力層を用いた研究がさかんに行われているが、太陽電池などを外部電源とし、２つの電極を導線を介して電気的に接続した系では大規模化に伴い装置が複雑化してしまうことや導線の抵抗により電力ロスが生じるといった問題が生じることから、ワイヤレスの一体型光電気化学デバイスの開発が注目されている。
【００１３】
このような一体型デバイスの全体が電解液中に配置された装置も報告されているが、その多くが水による近赤外領域における光吸収の影響を考慮し、近赤外領域の光を吸収する光起電力層を利用していない。また、近赤外領域の光を吸収する光起電力層を利用した場合も水による光吸収の影響を軽減するための構成は示されていない。いずれにせよ、近赤外領域の光を効率よく利用することができず、エネルギー変換効率を向上することができないでいた。
【００１４】
一方で、光起電力層が電解液に接することのない一体型デバイスも報告されているが、構成が非常に複雑になることから、根本的な解決には至っていない。
【００１５】
本発明は、水中光路長を７ｍｍ以下に最適設定することにより、簡素な構成で近赤外領域の光までも十分に活用することで、燃料生成効率を飛躍的に向上させる燃料生成装置を提供することを目的とする。
【００１６】
本開示の一態様の燃料生成方法は以下の工程（ａ）及び工程（ｂ）を具備する：電解槽、積層体、及び支持具を具備する燃料生成装置を用意する工程（ａ）、ここで、前記電解槽は、電解液を保持し、前記積層体は、金属又は金属化合物を有するカソード電極と、ｐｎ接合構造を有する光起電力層と、アノード電極と、を備え、前記カソード電極と前記アノード電極とは前記電解液に接し、前記ｐｎ接合構造はｐ型層とｎ型層とを備え、前記光起電力層は、近赤外領域（波長９００ｎｍ以上）の光を吸収する半導体層を少なくとも１つは含み、前記カソード電極は、前記ｎ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、前記アノード電極は、前記ｐ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、前記積層体の側面に側面絶縁層が形成されており、及び、前記積層体は、電解液中に、前記アノード電極と前記カソード電極の前記電解液に接するそれぞれの表面の間を、前記支持具により、絶縁しつつ支持されており、及び、前記カソード電極に光を照射して、前記カソード電極において燃料を生成する工程（ｂ）、ここで、前記電解液における前記光のカソード電極の表面までの光路長は７ｍｍ以下である。
【００１７】
上記態様によれば、光起電力層への光照射のみで、カソード電極における燃料生成を効率的に実現することが可能な方法を提供することができる。
【００１８】
（実施の形態）
以下、本開示の実施の形態に係る燃料生成方法及び燃料生成装置について、図面を参照しながら説明する。本発明は、以下に示す実施形態に限定されない。
【００１９】
（積層体）
図１Ａ及びＢは、本開示に係る積層体１００Ａの一例を示す概略図である。図１Ａに示す積層体１００Ａは、光照射面側から、カソード電極１１と、ｐｎ接合構造を有する光起電力層１２と、導電性基材１３と、アノード電極１４で構成される。カソード電極１１は表面電極１５上に担持されている還元触媒であり、アノード電極１４は水を酸化する酸化触媒である。光起電力層１２は、ｐｎ接合構造を有する半導体層である。表面電極１５と、光起電力層１２のｎ型層とが電気的に接続されている。また、光起電力層１２のｐ型層は、導電性基材１３を介して、アノード電極１４と電気的に接続されている。また、積層体１００Ａの側面は側面絶縁層１６で電気的に絶縁されている。
【００２０】
光起電力層１２において、光励起によって生成した電子は、カソード電極１１の表面へ移動し、プロトン又は二酸化炭素と反応し燃料を生成する。また、光励起により生成した正孔は、アノード電極１４の表面に移動し、水を酸化して酸素を生成する。
【００２１】
アノード電極１４は、酸化イリジウム（ＩｒＯ２）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）などの酸素発生過電圧の低い材料が好ましい。
【００２２】
カソード電極１１は、金属（金属合金を含む）、又は金属化合物により構成される触媒である。上記金属（金属合金）又は金属化合物としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、及び銀（Ａｇ）のうちから少なくとも１種以上を含有するものが好ましい。
【００２３】
具体的な側面絶縁層１６としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、等の耐水性、耐薬液性の高い合成樹脂などである。
【００２４】
また、光起電力層１２は、ｐ型特性を示す材料（半導体材料）により構成されるｐ型層と、ｎ型特性を示す材料（半導体材料）により構成されるｎ型層との接合構造を有する。ｐ型層とｎ型層の間にｉ型特性を示す材料が含まれていてもよい。すなわち、光起電力層１２が有するｐｎ接合構造には、ｐｉｎ接合構造も含まれる。同様に、光起電力層１２が有するｐｎ接合構造には、ｐｉ層間、あるいはｉｎ層間といった接合界面に導入されるバッファ層を含む構造も含まれる。
【００２５】
一般的には、ｐ型特性を示す材料とｎ型特性を示す材料とは同一材料により構成されるが、異種材料でｐｎ接合構造を形成してもよい。すなわち、光起電力層１２のｐ型層とｎ型層とが互いに異なる半導体により構成されてもよい。
【００２６】
光起電力層１２は、複数の半導体層を有していてもよい。この場合、光起電力層１２には、一方の半導体層のｎ型層が、他方の半導体層のｐ型層と電気的に接続した、隣り合う半導体層のペアが存在することが好ましく、光起電力層１２が有する全ての半導体層が、そのｎ型層（又はｐ型層）と、隣接する半導体層のｐ型層（又はｎ型層）と電気的に接続されていることがさらに好ましい。電気的な接続を達成するために、一方の半導体層のｎ型層と他方の半導体層のｐ型層とが直接接している必要は必ずしもない。例えば、導電層を介して（間に挟んだ状態で）一方の半導体層のｎ型層と他方の半導体層のｐ型層とが電気的に接続されていてもよい。導電層は、例えば、透明導電層、中間反射層である。
【００２７】
ｐｎ接合構造を有する光起電力層１２の具体例としては、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などであり、またこれらと他材料を組み合わせた多接合半導体層でもよい。近赤外領域（波長９００ｎｍ以上）の光を吸収する材料が１種でも含まれていれば、光起電力層１２のｐｎ接合は特に限定はされない。本実施例においては、ｐｎ接合を有する三接合ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ構造を光起電力層１２として用いた。
【００２８】
図１Ｂに示す積層体１００Ｂは、光照射面側から、カソード電極１１と、ｐｎ接合構造を有する光起電力層１２と、導電性基材１３と、アノード電極１４で構成される。カソード電極１１は膜状に形成された還元触媒であり、光起電力層１２のｎ型層と電気的に接続されている。その他の構成は図１Ａに示す積層体１００Ａと同様である。
【００２９】
（燃料生成装置）
図２Ａは、積層体を用いて、光照射によって燃料を生成するための燃料生成装置の一例を表した概略図である。燃料生成装置２００Ａは、電解槽１７と石英ガラス窓１８、ガス導入管１９を具備し、電解槽１７の内部には電解液２０が保持されていると共に、支持具２１を通して積層体１００Ａが支持されている。積層体１００Ａは電解液２０に接している。具体的には、積層体１００Ａは、電解液２０に浸漬されている。支持具２１は電解液２０に接していなくてもよい。また、支持具２１の設計などにより、水中光路長２２を設定できる。ここで、図２Ａに示すように、水中光路長２２とは、電解液２０における光の光起電力層１２の表面までの光路長をいう。電解槽１７に保持される電解液２０には一般的な電解液を使用することができるが、とりわけ、炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ３）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）のうち少なくとも１種を含む水溶液が好ましい。電解液２０の濃度としては、いずれの電解質を含む場合も０．５ｍｏｌ／Ｌ以上が好適である。電解液２０には、二酸化炭素還元反応による燃料生成の場合には二酸化炭素が含有（溶解）されている。電解液２０に含まれている二酸化炭素の濃度は、特に限定されない。積層体１００Ａの代わりに、類似の構造を持つ積層体１００Ｂを用いてもよい。また、水素や二酸化炭素生成物などの燃料生成の能力を有する積層体であれば、その構成は限定されない。積層体１００Ａは電解液中に、アノード電極１４とカソード電極１１の電解液２０に接するそれぞれの表面の間を、支持具２１により、絶縁しつつ支持されている。この支持方法により、アノード電極１４とカソード電極１１の電解液２０に接するそれぞれの表面の間が短絡せず、デバイスが正常動作する。支持具２１の素材は、具体的にはテフロン（登録商標）、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ガラスなどの優れた耐水性、耐薬液性、絶縁性を持つものが好適である。支持具２１の素材として機械的強度の高い金属材料を用いる場合には、積層体表面と金属材料表面を耐水性、耐薬液性、絶縁性を持つ材料で介することが必要となる。
【００３０】
後記するように、積層体１００Ａにおける電解液２０に浸漬されている領域には、光が光源２３より照射される。光源２３の具体例は、キセノンランプ、水銀ランプ、ハロゲンランプであり、これらを単独で、あるいは組み合わせて使用できる。また、太陽光も光源２３として利用可能である。
【００３１】
図２Ｂは、積層体１００Ａを用いて、光照射によって燃料を生成するための燃料生成装置の別の一例を表した概略図である。燃料生成装置２００Ｂは、カソード槽２４、アノード槽２５、及びプロトン透過膜２６を具備する。カソード槽２４の内部には、第１電解液２７が保持されており、アノード槽２５の内部には第２電解液２８が保持されており、両槽にプロトン透過膜２６と積層体１００Ａは挟まれている。積層体１００Ａの光照射面側は第１電解液２７に接しており、アノード電極１４の側は第２電解液２８に接している。具体的には、積層体１００Ａは第１電解液２７、第２電解液２８の両方に接するように浸漬されている。また、装置設計により水中光路長２２が設定できる。カソード槽２４に保持される第１電解液２７には一般的な電解液を使用することができるが、とりわけ、炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ３）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、及び塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）のうち少なくとも１種を含む水溶液が好ましい。第１電解液の濃度としては、いずれの電解質を含む場合も０．５ｍｏｌ／Ｌ以上が好適である。二酸化炭素還元反応による燃料生成の場合には、第１電解液２７には二酸化炭素が含有（溶解）されている。第１電解液２７に含まれている二酸化炭素の濃度は、特に限定されない。第１電解液２７は、二酸化炭素が当該電解液に溶解した状態において、酸性であることが好ましい。アノード槽２５に保持される第２電解液２８の例は、炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ３）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）、水酸化ナトリウム水溶液（ＮａＯＨ水溶液）のうち少なくとも１種を含む水溶液である。第２電解液における電解質の濃度としては、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上が好適である。第２電解液２８は塩基性であることが好ましい。積層体１００Ａの光照射面側における第１電解液２７に浸漬されている領域には、光が光源２３より照射される。積層体１００Ａやプロトン透過膜２６が、カソード槽２４及びアノード槽２５の間に挟まれているため、本装置では、第１電解液２７及び第２電解液２８は互いに混合しない。プロトン透過膜２６は、プロトン（Ｈ＋）が透過し、かつ他物質の通過が抑制されるものであればよく、特に限定されない。プロトン透過膜２６の具体例は、ナフィオン（登録商標）膜である。
【００３２】
（光照射による燃料生成方法）
次に、上記の装置を用いて、燃料を生成する方法を説明する。
【００３３】
燃料生成装置２００Ａ、２００Ｂは室温かつ大気圧下に置かれ得る。図２Ａ、２Ｂに示すように、光源２３から積層体１００Ａの受光面に光が照射される。光源２３の例として擬似太陽光源や太陽光が挙げられる。また、これらの光源により照射される光には近赤外領域（波長９００ｎｍ以上）が含まれる。
【００３４】
図２Ａ、２Ｂに示すように、燃料生成装置２００Ａ、２００Ｂはガス導入管１９を具備することが好ましい。二酸化炭素の還元処理においては、ガス導入管１９を通じて、電解液２０もしくは第１電解液２７に二酸化炭素を供給しながら、電解液２０もしくは第１電解液２７に含有される二酸化炭素を還元することが好ましい。ガス導入管１９の一端は電解液２０もしくは第１電解液２７に浸漬されている。二酸化炭素の還元を開始する前に、ガス導入管１９を通じて二酸化炭素を供給することによって、充分な量の二酸化炭素を電解液２０もしくは第１電解液２７に溶解しておくことも好ましい。適切な触媒層を有するカソード電極１１を電解槽１７もしくはカソード槽２４に配置し、積層体１００Ａもしくは１００Ｂへの光照射によって、燃料が生成される。その結果として、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）、メタン（ＣＨ４）及びエチレン（Ｃ２Ｈ４）などの炭化水素類、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）などのアルコール類、アルデヒド類などが還元生成物として生成され得る。本開示の装置及び方法において用いられる主な触媒層材料は、金、インジウム、銅、銀、白金などを含んだ材料であり、その材料種を選択することで、生成物の種類を変えることも可能である。例えば、カソード電極１１が有する金属又は金属化合物が、金、金合金、又は金化合物であり、二酸化炭素の還元により一酸化炭素を得てもよい。カソード電極１１が有する金属又は金属化合物が、インジウム、インジウム合金、又はインジウム化合物であり、二酸化炭素の還元によりギ酸を得てもよい。カソード電極１１が有する金属又は金属化合物が、銅、銅合金、又は銅化合物であり、二酸化炭素の還元により、メタン、エチレン、エタノール、及びアセトアルデヒドのうち少なくとも１種を得てもよい。カソード電極１１が有する金属又は金属化合物が、銀、銀合金、又は銀化合物であり、二酸化炭素の還元により一酸化炭素を得てもよい。また、カソード電極１１が有する金属又は金属化合物が、白金、白金合金、又は白金化合物であり、水分解により、水素を得てもよい。
【００３５】
（実施例）
以下の実施例を参照して、本発明をより詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。
【００３６】
（実施例１）
（水中光路長２２の設計）
本開示に係る、水による近赤外領域における光吸収を考慮した水中光路長２２を設計した。
【００３７】
まず、角型石英容器内を水で満たし、この容器の対向する２つの平面に対し参照光が垂直入射されるように分光光度計のステージにセットし、波長３００ｎｍ―１８００ｎｍの領域における水の透過率を測定した。その結果、水中光路長に依存した近赤外領域での光吸収による透過率低下が確認された(図３)。
【００３８】
次に、大気中に配置した太陽電池と擬似太陽光源の間に上記容器を配置し、太陽電池（三接合化合物半導体太陽電池；ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ）のＩＶ特性を調べた結果、水中光路長が７ｍｍ以上になると太陽電池性能が低下していくことが明らかになった（図４）。これは、図３の結果が示す近赤外領域での水の光吸収に起因する。また、用いた太陽電池では、トップセル、ミドルセルに対し、近赤外領域の光吸収層であるボトムセル（Ｇｅ）における発生電流に余分があるため、水中光路長を７ｍｍ以下に設定すれば、太陽電池性能を最大限活かせることが明らかになった。
【００３９】
（実施例２）
実施例２では、図１Ａに示す積層体１００Ａを用いた。光起電力層１２は実施例１で用いた太陽電池を用いた。カソード電極１１は水から水素を発生させる触媒として白金（Ｐｔ）が担持されており、裏面のアノード電極１４は水から酸素を発生させる触媒として酸化イリジウム（ＩｒＯ２）を用いた。導電性基材１３にはステンレスを用い、アノード電極１４と導電性銅両面テープを用いて固定した。側面絶縁層１６には、エポキシ樹脂を用いた。
【００４０】
この積層体１００Ａが支持具２１によって支持され、水中光路長２２を７ｍｍに設定した燃料生成装置２００Ａを作製した。電解液２０には３．０ ｍｏｌ／Ｌの炭酸水素カリウム水溶液を用いた。支持具２１にはアクリル樹脂を用いた。光源２３には擬似太陽光源（照射光量：１００ｍＷ／ｃｍ２）を用いた。
【００４１】
電解液２０にガス導入管１９を通じて６０分間、Ａｒガスバブリング処理（流量：２００ｍＬ／ｍｉｎ）を行い、電解液２０から溶存気体を脱気した。その後、積層体１００Ａの受光面に擬似太陽光を１０分間照射し、光電気化学反応を進行させた。
【００４２】
本実施例の結果、気相成分の成分分析をガスクロマトグラフィによって行ったところ、水素１７７.１μｍｏｌが生成されていることを確認した。
【００４３】
（比較例１）
比較例１では水中光路長２２を５０ｍｍに設定し、それ以外は実施例２と同様の条件で燃料生成装置２００Ａを作製し、積層体１００Ａの受光面に擬似太陽光を１０分間照射し、光電気化学反応を進行させた。
【００４４】
本比較例の結果、実施例２と同様の成分分析を行い、水素１９．３μｍｏｌが生成されていることを確認し、実施例２と比較して、水素の生成効率が低下していることを確認した。これは、比較例１では水中光路長２２が実施例１で設計した最適範囲に設定されなかったため、水による近赤外領域における光吸収の影響で光起電力層１２及び積層体１００Ａの性能低下が引き起こされたことにより、水素の生成効率が低下したことを意味している。以上より、従来構造の比較例１よりも、本発明の実施例２に示す実施形態の方が、水素生成をする上で優れていることが示された。
【００４５】
（実施例３）
実施例３では、図１Ａに示す積層体１００Ａを用いた。光起電力層１２は実施例１で用いた太陽電池を用いた。カソード電極１１は水中の二酸化炭素を還元する触媒として金（Ａｕ）が担持されており、裏面のアノード電極１４は水から酸素を発生させる触媒として酸化イリジウム（ＩｒＯ２）を用いた。導電性基材１３にはステンレスを用い、アノード電極１４と導電性銅両面テープを用いて固定した。側面絶縁層１６には、エポキシ樹脂を用いた。
【００４６】
この積層体１００Ａが支持具２１によって支持され、水中光路長２２を７ｍｍに設定した燃料生成装置２００Ａを作製した。電解液２０には０．５ｍｏｌ／Ｌの炭酸水素カリウム水溶液を用いた。支持具２１にはアクリル樹脂を用いた。光源２３には擬似太陽光源（照射光量：１００ｍＷ/ｃｍ２）を用いた。
【００４７】
電解液２０にガス導入管１９を通じて６０分間、Ａｒガスバブリング処理（流量：２００ｍＬ／ｍｉｎ）を行い、電解液２０から溶存気体を脱気した。さらに、電解液２０にガス導入管１９を通じて二酸化炭素ガスを９０分間、バブリング処理により供給した。その後、積層体１００Ａの受光面に擬似太陽光を２０分間照射し、光電気化学反応を進行させた。
【００４８】
本実施例の結果、実施例２と同様の成分分析を行い、一酸化炭素２８．０μｍｏｌと水素１０４．０μｍｏｌからなる合成ガスが生成されていることを確認した。
【００４９】
（比較例２）
比較例２では水中光路長２２を５０ｍｍに設定し、それ以外は実施例３と同様の条件で燃料生成装置２００Ａを作製し、積層体１００Ａの受光面に擬似太陽光を２０分間照射し、光電気化学反応を進行させた。
【００５０】
本比較例の結果、実施例２と同様の成分分析を行い、一酸化炭素８．０μｍｏｌと水素５６．４μｍｏｌからなる合成ガスが生成されていることを確認し、実施例３と比較して、一酸化炭素と水素の生成効率が低下していることを確認した。これは、比較例１では水中光路長２２が実施例１で設計した最適範囲に設定されなかったため、水による近赤外領域における光吸収の影響で光起電力層１２及び積層体１００Ａの性能低下が引き起こされたことにより、水素の生成効率が低下したことを意味している。以上より、従来構造の比較例２よりも、本発明の実施例３に示す実施形態の方が、二酸化炭素還元をする上で優れていることが明らかとなった。
【００５１】
（実施例４）
実施例４では、図１Ａに示す積層体１００Ａを用いた。光起電力層１２は実施例１で用いた太陽電池を用いた。カソード電極１１は水中の二酸化炭素を還元する触媒として銅（Ｃｕ）が担持されており、裏面のアノード電極１４は水から酸素を発生させる触媒として酸化イリジウム（ＩｒＯ２）を用いた。導電性基材１３にはステンレスを用い、アノード電極１４と導電性銅両面テープを用いて固定した。側面絶縁層１６には、エポキシ樹脂を用いた。
【００５２】
この積層体１００Ａが支持具２１によって支持され、水中光路長２２を７ｍｍに設定した燃料生成装置２００Ａを作製した。電解液２０には０．５ ｍｏｌ／Ｌの炭酸水素カリウム水溶液を用いた。支持具２１にはアクリル樹脂を用いた。光源２３には擬似太陽光源（照射光量：１００ｍＷ/ｃｍ２）を用いた。
【００５３】
電解液２０にガス導入管１９を通じて６０分間、Ａｒガスバブリング処理（流量：２００ｍＬ／ｍｉｎ）を行い、電解液２０から溶存気体を脱気した。さらに、電解液２０にガス導入管１９を通じて二酸化炭素ガスを９０分間、バブリング処理により供給した。その後、積層体１００Ａの受光面に擬似太陽光を２０分間照射し、光電気化学反応を進行させた。
【００５４】
本実施例の結果、実施例２、３と同様の成分分析を行い、実施例２、３では生成されていなかったメタン、エチレンなどの炭化水素成分、エタノールなどのアルコール成分、アセトアルデヒドなどのアルデヒド成分の生成を確認した。その他の成分としては、水素、一酸化炭素、ギ酸の生成を確認した。
【００５５】
（本開示の実施の形態の概要）
本開示の一態様の燃料生成方法は、以下の工程（ａ）及び工程（ｂ）を具備する：電解槽、積層体、及び支持具を具備する燃料生成装置を用意する工程（ａ）、ここで、前記電解槽は、電解液を保持し、前記積層体は、金属又は金属化合物を有するカソード電極と、ｐｎ接合構造を有する光起電力層と、アノード電極と、を備え、前記カソード電極と前記アノード電極とは前記電解液に接し、前記ｐｎ接合構造はｐ型層とｎ型層とを備え、前記光起電力層は、近赤外領域（波長９００ｎｍ以上）の光を吸収する半導体層を少なくとも１つは含み、前記カソード電極は、前記ｎ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、前記アノード電極は、前記ｐ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、前記積層体の側面に側面絶縁層が形成されており、及び、前記積層体は、電解液中に、前記アノード電極と前記カソード電極の前記電解液に接するそれぞれの表面の間を、前記支持具により、絶縁しつつ支持されており、及び、前記カソード電極に光を照射して、前記カソード電極において燃料を生成する工程（ｂ）、ここで、前記電解液における前記光のカソード電極の表面までの光路長は７ｍｍ以下である。
【００５６】
本開示の一態様によると、水中光路長を７ｍｍ以下とすることにより、燃料生成効率を飛躍的に向上させることができる。
【００５７】
また、上記態様において、例えば、前記光起電力層に照射される光は、波長９００ｎｍ以上の光を含んでいてもよい。
【００５８】
また、上記態様において、例えば、
前記金属は白金であり、
前記工程（ｂ）において、水分解により、燃料として水素を得てもよい。
【００５９】
上記態様によると、水分解反応生成物として、水素（Ｈ２）を高効率に生成することができる。
【００６０】
また、上記態様において、例えば、
前記金属化合物は、白金合金及び白金化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、水分解により、燃料として水素を得てもよい。
【００６１】
上記態様によると、水分解反応生成物として、水素（Ｈ２）を高効率に生成することができる。
【００６２】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属は金であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料として一酸化炭素を得てもよい。
【００６３】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、一酸化炭素（ＣＯ）成分ができ、水素（Ｈ２）成分を含む合成ガスを高効率に生成することができる。
【００６４】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属化合物は、金合金及び金化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料として一酸化炭素を得てもよい。
【００６５】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、一酸化炭素（ＣＯ）成分ができ、水素（Ｈ２）成分を含む合成ガスを高効率に生成することができる。
【００６６】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属はインジウムであり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料としてギ酸を得てもよい。
【００６７】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）成分を高効率に生成することができる。
【００６８】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属化合物は、インジウム合金及びインジウム化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料としてギ酸を得てもよい。
【００６９】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）成分を高効率に生成することができる。
【００７０】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属は銅であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料としてメタン、エチレン、エタノール、及びアセトアルデヒドのうち少なくとも１種を得てもよい。
【００７１】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、メタン（ＣＨ４）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）等の炭化水素成分やエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）などのアルコール成分を得ることができる。
【００７２】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属化合物は、銅合金及び銅化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料としてメタン、エチレン、エタノール、及びアセトアルデヒドのうち少なくとも１種を得てもよい。
【００７３】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、メタン（ＣＨ４）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）等の炭化水素成分やエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）などのアルコール成分を得ることができる。
【００７４】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属は銀であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料として一酸化炭素を得てもよい。
【００７５】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、一酸化炭素（ＣＯ）成分ができ、水素（Ｈ２）成分を含む合成ガスを高効率に生成することができる。
【００７６】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属化合物は、銀合金及び銀化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料として一酸化炭素を得てもよい。
【００７７】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、一酸化炭素（ＣＯ）成分ができ、水素（Ｈ２）成分を含む合成ガスを高効率に生成することができる。
【００７８】
また、上記態様において、例えば、前記光起電力層が、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）、シリコン（Ｓｉ）、及びゲルマニウム（Ｇｅ）からなる群から選択される少なくとも１種から構成されてもよい。
【００７９】
また、上記態様において、例えば、前記電解液が、炭酸水素カリウム、及び炭酸水素ナトリウムのうち少なくとも１種を含む水溶液であってもよい。
【００８０】
上記態様によると、これらの電解液は、電解槽に収容される電解液として好適である。
【００８１】
また、上記態様において、例えば、前記工程（ｂ）において、光電気化学装置は室温かつ大気圧下に設置されてもよい。
【００８２】
上記態様によると、特殊な環境に設置することなく、光エネルギーによる燃料生成がなされる。
【００８３】
本開示の別の一態様の燃料生成方法は、以下の工程（ａ）及び工程（ｂ）を具備する：カソード槽、アノード槽、プロトン透過膜、及び積層体を具備する燃料生成装置を用意する工程（ａ）、ここで、前記カソード槽は、第１電解液を保持し、前記アノード槽は、第２電解液を保持し、前記カソード槽及び前記アノード槽は、前記プロトン透過膜及び前記積層体により隔てられており、前記積層体は、金属又は金属化合物を有するカソード電極と、ｐｎ接合構造を有する光起電力層と、アノード電極と、を備え、前記カソード電極は前記第１電解液に接し、前記アノード電極は前記第２電解液に接し、前記ｐｎ接合構造はｐ型層とｎ型層とを備え、前記光起電力層は、近赤外領域（波長９００ｎｍ以上）の光を吸収する半導体層を少なくとも１つは含み、前記カソード電極は、前記ｎ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、前記アノード電極は、前記ｐ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、及び、前記カソード電極に光を照射して、前記カソード電極において燃料を生成する工程（ｂ）、ここで、前記電解液における前記光のカソード電極の表面までの光路長は７ｍｍ以下である。
【００８４】
本開示の一態様によると、水中光路長を７ｍｍ以下とすることにより、燃料生成効率を飛躍的に向上させることができる。
【００８５】
また、上記態様において、例えば、前記光起電力層に照射される光は、波長９００ｎｍ以上の光を含んでいてもよい。
【００８６】
また、上記態様において、例えば、
前記金属は白金であり、
前記工程（ｂ）において、水分解により、燃料として水素を得てもよい。
【００８７】
上記態様によると、水分解反応生成物として、水素（Ｈ２）を高効率に生成することができる。
【００８８】
また、上記態様において、例えば、
前記金属化合物は、白金合金及び白金化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、水分解により、燃料として水素を得てもよい。
【００８９】
上記態様によると、水分解反応生成物として、水素（Ｈ２）を高効率に生成することができる。
【００９０】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属は金であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料として一酸化炭素を得てもよい。
【００９１】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、一酸化炭素（ＣＯ）成分ができ、水素（Ｈ２）成分を含む合成ガスを高効率に生成することができる。
【００９２】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属化合物は、金合金及び金化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料として一酸化炭素を得てもよい。
【００９３】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、一酸化炭素（ＣＯ）成分ができ、水素（Ｈ２）成分を含む合成ガスを高効率に生成することができる。
【００９４】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属はインジウムであり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料としてギ酸を得てもよい。
【００９５】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）成分を高効率に生成することができる。
【００９６】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属化合物は、インジウム合金及びインジウム化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料としてギ酸を得てもよい。
【００９７】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）成分を高効率に生成することができる。
【００９８】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属は銅であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料としてメタン、エチレン、エタノール、及びアセトアルデヒドのうち少なくとも１種を得てもよい。
【００９９】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、メタン（ＣＨ４）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）等の炭化水素成分やエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）などのアルコール成分を得ることができる。
【０１００】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属化合物は、銅合金及び銅化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料としてメタン、エチレン、エタノール、及びアセトアルデヒドのうち少なくとも１種を得てもよい。
【０１０１】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属は銀であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料として一酸化炭素を得てもよい。
【０１０２】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、一酸化炭素（ＣＯ）成分ができ、水素（Ｈ２）成分を含む合成ガスを高効率に生成することができる。
【０１０３】
また、上記態様において、例えば、
前記電解液には二酸化炭素が溶解されており、
前記金属化合物は、銀合金及び銀化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記工程（ｂ）において、前記二酸化炭素の還元により、燃料として一酸化炭素を得てもよい。
【０１０４】
上記態様によると、二酸化炭素を還元処理した結果の反応生成物として、一酸化炭素（ＣＯ）成分ができ、水素（Ｈ２）成分を含む合成ガスを高効率に生成することができる。
【０１０５】
また、上記態様において、例えば、前記光起電力層が、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）、シリコン（Ｓｉ）、及びゲルマニウム（Ｇｅ）からなる群から選択される少なくとも１種から構成されてもよい。
【０１０６】
また、上記態様において、例えば、前記第１電解液が、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、塩化カリウム、及び塩化ナトリウムからなる群から選択される少なくとも１種を含む水溶液であってもよい。
【０１０７】
上記態様によると、これらの電解液は、カソード槽に収容される電解液として好適である。
【０１０８】
また、上記態様において、例えば、前記第２電解液が炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、及び水酸化ナトリウムからなる群から選択される少なくとも１種を含む水溶液であってもよい。
【０１０９】
上記態様によると、これらの電解液は、アノード槽に収容される電解液として好適である。
【０１１０】
また、上記態様において、例えば、前記工程（ｂ）において、光電気化学装置は室温かつ大気圧下に設置されてもよい。
【０１１１】
上記態様によると、特殊な環境に設置することなく、光エネルギーによる燃料生成がなされる。
【０１１２】
本発明の別の一態様の燃料生成装置は、以下を具備する：電解槽、積層体、及び、支持具、ここで、前記電解槽は、電解液を保持し、前記積層体は、金属又は金属化合物を有するカソード電極と、ｐｎ接合構造を有する光起電力層と、アノード電極と、を備え、前記カソード電極と前記アノード電極とは前記電解液に接し、前記ｐｎ接合構造はｐ型層とｎ型層とを備え、前記光起電力層は、ｐｎ接合構造を有し、近赤外領域（波長９００ｎｍ以上）の光を吸収する半導体層を少なくとも１つは含み、前記カソード電極は、前記ｎ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、前記アノード電極は、前記ｐ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、前記積層体の側面に側面絶縁層が形成されており、及び、前記積層体は、電解液中に、前記アノード電極と前記カソード電極の前記電解液に接するそれぞれの表面の間を、前記支持具により、絶縁しつつ支持されており、及び、前記電解液における前記光のカソード電極の表面までの光路長は７ｍｍ以下である。
【０１１３】
本発明のさらに別の一態様の燃料生成装置は、以下を具備する：カソード槽、アノード槽、プロトン透過膜、及び、積層体、ここで、前記カソード槽は、第１電解液を保持し、前記アノード槽は、第２電解液を保持し、前記カソード槽及び前記アノード槽は、前記プロトン透過膜及び前記積層体により隔てられており、前記積層体は、金属又は金属化合物を有するカソード電極と、ｐｎ接合構造を有する光起電力層と、アノード電極と、を備え、前記カソード電極は前記第１電解液に接し、前記アノード電極は前記第２電解液に接し、前記ｐｎ接合構造はｐ型層とｎ型層とを備え、前記光起電力層は、近赤外領域（波長９００ｎｍ以上）の光を吸収する半導体層を少なくとも１つは含み、前記カソード電極は、前記ｎ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、前記アノード電極は、前記ｐ型層側の前記光起電力層の上に形成されており、及び、前記電解液における前記光のカソード電極の表面までの光路長は７ｍｍ以下である。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本開示は、近赤外領域（波長９００ｎｍ以上）の光まで利用して燃料生成効率を飛躍的に向上させるための新規な燃料生成装置、及び方法を提供する。
【符号の説明】
【０１１５】
１００Ａ、１００Ｂ  積層体
１１  カソード電極
１２  光起電力層
１３  導電性基材
１４  アノード電極
１５  表面電極
１６  側面絶縁層
２００Ａ、２００Ｂ  燃料生成装置
１７  電解槽
１８  石英ガラス窓
１９  ガス導入管
２０  電解液
２１  支持具
２２  水中光路長
２３  光源
２４  カソード槽
２５  アノード槽
２６  プロトン透過膜
２７  第１電解液
２８  第２電解液
【図１Ａ】
2017210681.tif 000003
【図１Ｂ】
2017210681.tif 000004
【図２Ａ】
2017210681.tif 000005
【図２Ｂ】
2017210681.tif 000006
【図３】
2017210681.tif 000007
【図４】
2017210681.tif 000008