CN102099508B - 光电化学器件 - Google Patents

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Abstract

一种光电化学器件(1)，是利用光的照射来分解水而使氢发生的光电化学器件，其具有：导电基板；第一电极(光半导体电极(3))，其配置在导电基板的第一主面上，且含有光半导体；第二电极(反电极(4))，其配置在导电基板的所述第一主面上的、且未配置所述第一电极的区域；电解液，其与所述第一电极的表面和所述第二电极的表面接触，且含有水；隔壁(5)，其将所述第二电极的表面的上部区域从所述第一电极的表面的上部区域分离，且按照沿着在所述第二电极的表面发生的气体的移动方向延长的方式设置，并由使离子透过且抑制气体的透过的材料形成；容器(2)，其收容所述导电基板、所述第一电极、所述第二电极、所述电解液和所述隔壁。

Description

光电化学器件
技术领域
本发明涉及利用光的照射来分解水的光电化学器件。
背景技术
历来，已知有通过向光半导体照射光而使水分解成氢和氧的技术。
例如在专利文献1中公开有一种技术，其通过将彼此对置的光半导体电极与对向电极配置在电解液中，对光半导体电极的表面照射光，使氢或氧从各电极的表面发生。
另外，在专利文献2中，公开有一种具有在导体的圆筒的外面设有光半导体层、且在内面设有反电极的反应筒的水的光分解装置。该装置具有的结构是，将所生成的氢和氧在利用反应筒的内侧区域和外侧区域下彼此分离。在该装置中，光半导体层和反电极被设于同一导体上，不需要用导线等将光半导体层和反电极进行电连接，因此能够抑制电阻损耗等。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：特开昭51-123779号公报
专利文献2：特开平4-231301号公报
然而，如果是专利文献1所公开的这种仅仅将彼此对置的光半导体电极与对向电极配置在电解液中的结构，则将生成的氢和氧彼此分离有困难。为了解决这一课题，在对向的电极间设有将生成的氢和氧彼此分离的离子交换体的结构、或者专利文献2的装置这样的结构被利用。
利用太阳光作为照射到光半导体上的光时，必须使光半导体与太阳光对向地配置。这时，如果是使光半导体电极和反电极对向的结构，则电极的表面之中的与太阳光对向的面相反侧的面由所生成的氢或氧被覆。由此，就存在水和电极的接触面积降低、且氢的发生效率降低这样的课题。另外，如专利文献2的装置，如果是在导体的圆筒的外面设有光半导体(光半导体电极)、在内面设有极的结构，若使光半导体电极面与太阳光对向，则虽然在光半导体电极面生成的氢或氧从光半导体电极面放出，但在圆筒内部的反电极表面生成的氧或氢会被覆反电极表面而难以被放出。因此，这样的结构具有的课题是，水和反电极的接触面积降低，氢的发生效率降低。
发明内容
因此，本发明其目的在于，提供一种光电化学器件，其通过能够将发生的氢和氧分离回收、且抑制所发生的气体被覆电极表面，而使氢的发生效率提高。
本发明的光电化学器件，是利用光的照射来分解水而使氢发生的光电化学器件，其中，具有：
导电基板；
第一电极，其配置在所述导电基板的第一主面上，且含有光半导体；
第二电极，其配置在所述导电基板的所述第一主面上的、且未配置有所述第一电极的区域；
电解液，其与所述第一电极的表面和所述第二电极的表面接触，且含有水；
隔壁，其将所述第二电极的表面的上部区域从所述第一电极的表面的上部区域分离，且按照沿着在所述第二电极的表面发生的气体的移动方向延长的方式设置，并由使离子透过且抑制气体透过的材料形成；
容器，其收容所述导电基板、所述第一电极、所述第二电极、所述电解液和所述隔壁。
在本发明的光电化学器件中，第一电极和第二电极被配置在导电基板的同一面上。一般来说，光电化学器件为了提高光的利用效率，都会使含有光半导体的第一电极在与太阳光等的光对向的方向上设置。本发明的光电化学器件如此设置时，第一电极的表面和第二电极的表面都在仰向的方向配置。这种情况下，在第一电极的表面和第二电极的表面发生的气体在浮力的作用下，能够很容易地从第一电极和第二电极的表面脱离，因此不会附着在第一电极的表面和第二电极的表面而被覆这些表面。如此根据本发明的结构，所生成的气体不会妨碍第一电极的表面和第二电极的表面与电解液的接触，因此能够长期地保持初期的水分解效率，能够抑制氢的发生效率的降低。另外，因为第一电极和第二电极被配置在导电基板的同一主面上，所以光不会被第二电极遮挡而能够照射第一电极，而且，由于两极被导电基板电连接，所以也能够抑制电阻损耗。由此，能够提高水的光分解的量子效率和太阳光的利用效率。另外，因为第一电极的上部区域与第二电极的上部区域被隔壁隔离，所以能够将第一电极的表面发生的气体和在第二电极的表面发生的气体彼此分离回收。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的光电化学器件的结构的概念图。
图2是表示沿图1所示的X面切断了本发明的实施方式的光电化学器件的截面的剖面图。
图3是表示比较例3的光电化学器件的结构的概念图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边详细地说明本发明的实施方式。还有，以下的实施方式是一个示例，本发明不受以下的实施方式限定。
图1是表示本发明的实施方式1的光电化学器件的结构的概念图。另外，将图1所示的光电化学器件的X面的剖面图表示在图2中。
如图1和图2所示，本实施方式的光电化学器件具有：导电基板6；光半导体电极(第一电极)3，其配置在导电基板6的第一主面上，含有光半导体；反电极(第二电极)4，其配置在导电基板6的第一主面上的、且未配置光半导体电极3的区域；电解液12，其与光半导体电极3的表面和反电极4的表面接触，且含有水；隔壁5，其将反电极4的表面的上部区域从光半导体电极3的表面的上部区域分离，并且按照沿着在反电极4的表面发生的气体的移动方向延长的方式设置；容器2，其收容导电基板6、光半导体电极3、反电极4、电解液12和隔壁5。光半导体电极3所含的光半导体为n型半导体时，光半导体电极3受到太阳光照射，将容器2内保持的电解液12中所含的水进行分解，在光半导体电极3上生成氧7，同时在反电极4上生成氢8。还有，光半导体为p型半导体时，在光半导体电极3上发生氢，在反电极4上发生氧，但在本实施方式中，对于光半导体为n型半导体的情况进行说明。
在容器2中，在设置有光电化学电极1的状态下成为容器2的上端的位置，设有用于分别排出在容器2内发生的氧7和氢8的氧排出口9和氢排出口10。从这些排出口分别回收氢和氧。氢排出口10与被隔壁5分离的反电极4的表面的上部区域连接，能够只引出在反电极4侧生成的氢。另一方面，氧排出口9与光半导体电极3的表面的上部区域连接，能够只引出在光半导体电极3侧生成的氧。
此外，在本实施方式中，用于供给水的供给口11，在设置有光电化学器件1的状态下成为容器2的下端的位置被配置。由此，光半导体电极3和反电极4的表面的电解液12自下而上地流动，能够使所发生的氧和氢更为高效率地从电极表面脱离。
在图1中表示是，按照光半导体电极3和反电极4以仰向的方向被配置的方式设置有光电化学器件1的状态。
在该设置状态下，在光半导体电极3的表面生成的氧7在浮力的作用下从光半导体电极3的表面脱离，不会附着在光半导体电极3的表面和由隔壁5覆盖的反电极4的表面，而能够移动到器件上部。另外，在反电极4的表面生成的氢8也在浮力的作用下从反电极4的表面脱离，不会附着在光半导体电极3的表面和由隔壁5覆盖的反电极4的表面，而能够移动到器件上部。其结果是，能够长期保持初期的水分解效率。另外，由于光半导体电极3和反电极4被配置在同一面上，使得光不会受反电极4遮挡而照射到光半导体电极3的表面，因此器件1的量子效率进一步提高。而且，两极3、4经由导电基板6被电连接，因此能够抑制电阻损耗。在此，所谓光半导体电极3和反电极4为仰向，意思是光半导体电极3和反电极4的表面的法线矢量，相对于水平面朝向铅垂方向向上侧的区域。
以下，对于各结构要素进行更详细的说明。
构成光半导体电极3的光半导体，为了通过对水进行光分解而使氢发生，优选由如下半导体形成，其导带的带边缘能级为氢离子的标准还原能级，即0V以下，并且价带的带边缘能级为水的标准氧化电位1.23V以上。作为这样的半导体，可有效的使用钛、钨、铁、铜、钽、镓及铟的氧化物、氧氮化物和氮化物的单体，它们的复合氧化物，在其中添加有碱金属离子和碱土类金属离子的，以及金属的表面负载有铁、铜、银、金或白金等的。特别就在金属的表面负载有铁、铜、银、金或白金等的而言，因为过电压小而特别优选。另外也可以有效地利用层叠膜等，即，由导带的带边缘能级为氢离子的标准还原能级0V以下的物质构成的膜、和由价带的带边缘能级为水的标准氧化电位1.23V以上的物质构成的膜所彼此接合的层叠膜等。作为一例，例如可有效地利用WO3/ITO(Indium Tin Oxide)/Si层叠膜等。
导电基板6对于构成光半导体电极3的光半导体为欧姆接触即可，其材料没有特别限定。一般使用金属，但也能够使用在玻璃等的绝缘基板上形成有ITO或FTO(Fluorine doped Tin Oxide)等导电膜的导电膜基板。但是，在导电基板6中未由光半导体电极3被覆的部分，也由于在电极内不发生电池反应，所以不接触水为好。因此，在导电基板6中未由光半导体电极3和反电极4被覆的部分，优选例如由树脂等的绝缘体被覆。
作为反电极4，过压电小的是优异的。在本实施方式中，因为使氢8从反电极4发生，所以反电极4适合使用Pt、Au、Ag、Fe等的金属，或在电极上负载有这些金属的金属电极。如果是光半导体电极3使用p型半导体，使氧从反电极4发生的光电化学器件，则反电极4适合使用例如Ni、Pt等金属，或在电极上负载有这些金属的金属电极。
就隔壁5而言，将反电极4的表面的上部区域从光半导体电极3的表面的上部区域分离，并且按照沿着在反电极4的表面发生的气体的移动方向延长的方式设置。如图1所示，在以反电极4为仰向的方式倾斜设置容器2时，可以说隔壁5被设于使在反电极4发生的氢能够沿着容器2的倾斜从容器2的下部向上部顺利移动的方向。
隔壁5由使离子透过且抑制气体透过的材料形成，适合使用离子交换体。作为离子交换体，优选离子迁移数高的高分子固体电解质，例如杜邦社制的ナフイオン(Nafion，注册商标)。除了离子交换体以外，也能够使用例如聚四氟乙烯多孔质膜等的多孔质膜形成隔壁5。这时，所使用的多孔质膜具有的孔径为电解液12可以通过且生成的氧7和氢8不能通过的程度即可。根据这样的隔壁5，相对于抑制氢气和氧气越过隔壁5的移动而言，能够使氢离子经由隔壁5从光半导体电极3侧的区域向反电极4侧的区域移动。由此，能够分离回收氢和氧，并且能够长期保持初期的水分解效率，能够抑制氢的发生效率的降低。
在本实施方式中，隔壁5的形状是：覆盖反电极4的表面和该表面的上部区域、且相对于隔壁5延长的方向的垂直截面为半圆状的半圆管型，但并不限定于此。隔壁5只要能够将反电极4的表面的上部区域从光半导体电极3的表面的上部区域分离即可。因此，也可以在反电极4与光半导体电极3的边界设置相对于导电基板6的表面大致垂直的壁，以其作为隔壁5。另外，隔壁5为管型时，也并不限定为半圆管型，相对于隔壁5延长的方向的垂直截面是方形也可。但是，为了确保容器2内的电解液12的均匀性、以及使在倾斜配置容器2时由隔壁5产生的影子的影响得以减小，优选隔壁5为半圆管型。
优选光半导体电极3的面积比反电极4的面积大。由此，能够加大光半导体电极3的光接收面积，因此能够使由光照射带来的光电化学反应加速。另外，因为光电化学器件1的电流密度为水的电解的1/20左右，所以这样能够减小反电极4。因此，使用与水的电解相同的铂催化剂形成反电极4时，能够实现成本的大幅削减。光半导体电极3的面积和反电极4的面积的比(光半导体电极3的面积/反电极4的面积)优选为90/10～99/1，若考虑太阳光的利用效率和量子效率，则更优选为96/4以下。
电解液12是含有水的电解液即可，可以为酸性，也可以为碱性。另外，电解液12也可以只由水构成。另外在容器2中，与光半导体电极3对向的部分2a由透光材料构成。
实施例
以下，对于本发明的实施例进行具体的说明。
(实施例1)
作为实施例，制作与图1和图2所示的光电化学器件1具有同样的结构的光电化学器件。以下，一边参照图1和图2，一边对于实施例1的光电化学器件进行说明。
作为导电基板6，准备20cm×10cm的钛金属板。用0.5cm×10cm的狭条状的金属掩模覆盖导电基板6的第一主面上的4处，以溅射法在该主面上设置3.6cm×10cm的狭条状的膜。即，在导电基板6上，具有宽3.6cm的狭条状的膜在设有0.5cm的间隔下条纹状地形成5个。该膜是相当于光半导体电极3的膜，由作为n型半导体的氧化钛(厚度500nm，锐钛矿(anatase)多晶体)形成。其次，在导电基板6的第一主面上的、且未设有氧化钛膜的部分，以不与氧化钛膜接触的方式接合有0.2cm×10cm的铂板的反电极4。并且，以覆盖反电极4的表面和该表面的上部区域的方式，形成外径0.5cm×10cm的半圆管型的隔壁5。隔壁5接合在导电基板6的第一主面的、且未设有光半导体电极3和反电极4的部分。隔壁5使用厚24.5μm的杜邦公司制的ナフイオン(Nafion，注册商标)。使容器2相对于水平面倾斜60°，以使光半导体电极3和反电极4受到太阳光直角照射。容器2内的电解液使用pH调整至0的水。还有，实施例1的光电化学器件1的光半导体电极3和反电极4的面积比为，光半导体电极/反电极＝96/4。
<太阳光照射实验>
对光电化学器件1实际照射太阳光时，确认到在光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。然后在测量其生成速度时，确认到氧为3.0×10-6L/s，氢为6.0×10-6L/s，生成比大致满足氧1对氢2。由此在化学计量上确认水被分解。另外，测量光半导体电极3和反对极4之间流过的光电流时，为45.1mA，在化学计量上确认水被电解。然后由该值计算光电化学器件的太阳光氢转换效率(STH(Solar-to-Hydrogenefficiency))时，光电化学器件的STH如表1所示，约为0.28％。
此外，使用以下的算式计算光半导体电极的表观的量子效率时，如表1所示，约为27.2％。
表观量子效率＝{(观测的光电流[mA/cm2])/(由用于光半导体的半导体材料的带隙(band gap)能够吸收的太阳光所能够发生的光电流密度[mA/cm2])}×100
在此，如本实施例，以锐钛矿型氧化钛作为半导体材料使用时，“由用于光半导体的半导体材料的带隙能够吸收的太阳光所能够发生的光电流密度”为0.92[mA/cm2]。
(实施例2)
光半导体电极3由1cm×10cm的5个狭条形成，反电极4由2.6cm×10cm的4个狭条形成，除此之外均与实施例1的方法相同，据此制作实施例2的光电化学器件1。对于该光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到在光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以实施例1同样的方法求出光电化学器件的STH和光半导体电极的量子效率。氧生成速度、氢生成速度、观测到的光电流、光电化学器件的STH和光半导体电极的量子效率如表1所示。
(实施例3)
光半导体电极3由1.9cm×10cm的5个狭条形成，反电极4由1.9cm×10cm的4个狭条形成，除此之外，均与实施例1的方法相同地制作实施例3的光电化学器件1。对于该光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到在光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以实施例1同样的方法求出光电化学器件的STH和光半导体电极的量子效率。氧生成速度、氢生成速度、观测到的光电流、光电化学器件的STH和光半导体电极的量子效率如表1所示。
(实施例4)
光半导体电极3由2.6cm×10cm的5个狭条形成，反电极4由1.0cm×10cm的4个狭条形成，除此之外，与实施例1的方法相同地制作实施例4的光电化学器件1。对于该光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到在光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以实施例1同样的方法求出光电化学器件的STH和光半导体电极的量子效率。氧生成速度、氢生成速度、观测到的光电流、光电化学器件的STH和光半导体电极的量子效率如表1所示。
(实施例5)
光半导体电极3由3.4cm×10cm的5个狭条形成，反电极4由0.4cm×10cm的4个狭条形成，除此之外，与实施例1的方法相同地制作实施例5的光电化学器件1。对于该光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到在光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以实施例1同样的方法求出光电化学器件的STH和光半导体电极的量子效率。氧生成速度、氢生成速度、观测到的光电流、光电化学器件的STH和光半导体电极的量子效率如表1所示。
(实施例6)
光半导体电极3由3.66cm×10cm的5个狭条形成，反电极4由0.07cm×10cm的4个狭条形成，除此之外，与实施例1的方法相同地制作实施例6的光电化学器件1。对于该光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到在光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以实施例1同样的方法求出光电化学器件的STH和光半导体电极的量子效率。氧生成速度、氢生成速度、观测到的光电流、光电化学器件的STH和光半导体电极的量子效率如表1所示。
[表1]
Figure BPA00001294497200091
以上，若比较实施例1～6的光电化学器件1的结果，则光半导体电极3的面积越大，光接收面积越大，因此太阳光的利用效率越高。由此结果可知，优选光半导体电极3的面积比反电极4的面积大。但是，实施例6的情况是，因为反电极4的面积的比率非常小，所以，尽管光半导体电极3的面积最大，但太阳光的利用效率却不那么高。另一方面，虽然量子效率在光半导体电极3和反电极4的面积比为32/68～96/4为止都没有改变，但可知在98/2时由于过电流密度导致量子效率降低。由此结果可知，光半导体电极和反电极的面积比优选为96/4以下。
(比较例1)
除了隔壁5的材料使用不让离子透过的特氟隆(注册商标)这一点以外，以均与实施例1同样的方法制作光电化学器件1。将其作为比较例1的光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验。其结果确认到，光半导体电极3上及反电极4上均未发生氧和氢。这是由于，特氟隆(注册商标)管不能使氢离子从半导体电极3侧的区域向反电极4侧的区域移动。
(比较例2)
除了不设隔壁5这一点以外，以与实施例1同样的方法制作光电化学器件1。将其作为比较例2的光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到在光半导体电极3上发生氧，在反对极4上发生氢。然而，由于未设隔壁5，所以捕集到的是氢和氧的混合物。通过气相色谱法对于该混合物进行分析，对其生成速度进行测量时，氧为2.5×10-6L/s，氢为5.0×10-6L/s，生成比为氧1对氢2，在化学计量上确认水被分解。但是却不能分离氢和氧，其结果是在电极界面附近发生氢和氧的再结合反应，因此认为比实施例1的性能差。
(实施例7)
除了在制作反电极4时使用镀敷法这一点以外，以与实施例1同样的方法制作实施例7的光电化学器件1。具体来说，是对于光半导体电极3的表面和导电基板6的表面不形成反电极4的区域，用氟树脂带进行掩蔽后，以钛金属板为阴极，在导电基板6的第一主面不设光半导体电极3的部分进行电镀铂，以此取代实施例1的将0.2cm×10cm的铂板的反电极4接合在导电基板6上。作为其条件，准备含有四氯铂(II)酸钠10g/L、硼酸40g/L和氯化铵20g/L的电镀池，使该电镀池的温度为80℃，电流密度为1mA/cm2。然后，进行300秒镀敷，形成厚约100nm的铂膜，形成反电极4。对于该光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以与实施例1同样的方法求得STH时，STH如表2所示。
(实施例8)
以镀敷法制作反电极4时，取代施加电流密度1mA/cm2，而对光半导体电极3照射0.1W/cm2的太阳光600秒，形成厚约100nm的铂膜，除此以外与实施例7的方法相同地制作实施例8的光电化学器件1。对于该光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以与实施例1同样的方法求得STH时，STH如表2所示。
(实施例9)
以镀敷法制作反电极4时，对光半导体电极3照射0.1W/cm2的太阳光300秒，形成厚约50nm的铂膜，除此以外，与实施例8的方法相同地制作实施例9的光电化学器件1。对于该光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以与实施例1同样的方法求得STH时，STH如表2所示。
(实施例10)
除了进行电镀镍以之替代实施例7的电镀铂这一点以外，以与实施例7相同的方法制作实施例10的光电化学器件1。具体来说，准备含有硫酸镍(II)30g/L、硼酸40g/L和氯化铵20g/L的电镀池，使该电镀池的温度为80℃，电流密度为1mA/cm2。然后，进行400秒镀敷，设置厚约100nm的镍膜，作为反电极4。对于该光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以与实施例1同样的方法求得STH时，STH如表2所示。
(实施例11)
以镀敷法制作反电极4时，取代施加电流密度1mA/cm2，而对光半导体电极3照射0.1W/cm2的太阳光800秒，形成厚约100nm的镍膜，除此以外，与实施例10的方法相同地制作实施例11的光电化学器件1。对于该光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以与实施例1同样的方法求得STH时，STH如表2所示。
(比较例3)
将实施例1中在导电基板6的第一主面上所形成的且由铂板构成的反电极4，如图3所示，接合在导电基板6的背面(与第一主面相反侧的主面)上的、且与在实施1中导电基板6相接合的部分所对应的部分。另外，以氢离子等能够在两极间移动的方式，设置距光半导体电极3的端部宽1cm的贯通部14。除这些结构以外，以与实施例1同样的方法制作比较例3的光电化学器件13。对于该光电化学器件13以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以与实施例1同样的方法求得STH时，STH如表2所示。
(比较例4)
除了在制作反电极4时使用镀敷法这一点以外，以与比较例3同样的方法，制作比较例4的光电化学器件13。具体来说，取代实施例3的将0.2cm×10cm的铂板的反电极4接合在导电基板6背面，而对于在光半导体电极3的表面和导电基板6的背面不形成反电极4的区域，用氟树脂带进行掩蔽后，以钛金属板为阴极，在导电基板6的背面的未掩蔽的区域进行电镀铂。作为其条件，准备含有四氯铂(II)酸钠10g/L、硼酸40g/L和氯化铵20g/L的电镀池，使该电镀池的温度为80℃，电流密度为1mA/cm2。然后，进行300秒镀敷，形成厚约100nm的铂膜，形成反电极4。对于该光电化学器件13，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以与实施例1同样的方法求得STH时，STH如表2所示。
(比较例5)
以镀敷法制作反电极4时，取代施加电流密度1mA/cm2，而对光半导体电极3照射0.1W/cm2的太阳光600秒，形成厚约100nm的铂膜，除此以外，与比较例4的方法相同地制作比较例5的光电化学器件13。对于该光电化学器件13，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以与实施例1同样的方法求得STH时，STH如表2所示。
[表2]
Figure BPA00001294497200131
如表2所示，若比较实施例1和实施例7～11，则可知通过电镀制作反电极4的方法，太阳光的利用效率高。这被认为是由于通过镀敷，反应活性高的铂或镍的结晶面露出。另外，通过照射太阳光进行电镀，也能够得到与外加电流时同样高的太阳光利用效率，因此带来制作能源的节约。另外，如果利用镍镀膜替代铂镀膜，则带来成本的降低。
(实施例12)
作为实施例12，制作与图1和图2所示的光电化学器件1具有同样结构的光电化学器件。以下，一边参照附图，一边对于实施例12的光电化学器件进行说明。
作为导电基板6，准备20cm×10cm的钛金属板。在导电基板6的第一主面上，整个形成作为n型半导体的氧化钛(厚度500nm，锐钛矿(anatase)多晶体)形成。其后，按照将具有宽度3.6cm的狭条状的氧化钛膜在设有0.4cm的间隔下形成5个条纹状而成为半导体电极3的方式，通过喷丸处理除去0.4cm×10cm的狭条状的氧化钛膜。对于光半导体电极3的表面和导电基板6的表面不形成反电极4的区域，用氟树脂带进行掩蔽后，以钛金属板为阴极，在导电基板6的第一主面且未设有光半导体电极3的部分进行电镀铂。作为其条件，准备含有四氯铂(II)酸钠10g/L、硼酸40g/L和氯化铵20g/L的电镀池，使该电镀池的温度为80℃，电流密度为1mA/cm2。然后，进行300秒镀敷，形成厚约100nm的铂膜，形成0.2cm×10cm的反电极4。此外，以覆盖反电极4的表面和该表面的上部区域的方式，形成外径0.4cm×10cm的半圆管型的隔壁5。隔壁5接合在导电基板6的第一主面的、且未设有光半导体电极3和反电极4的部分。隔壁5使用厚24.5μm的杜邦公司制的ナフイオン(Nafion，注册商标)。容器2内的电解液使用pH调整至0的水。使容器2相对于水平面倾斜60°，以使光半导体电极3和反电极4受到太阳光直角照射。对于该光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以与实施例1同样的方法求得STH时，STH如表3所示。
(实施例13)
以镀敷法制作反电极4时，取代施加电流密度1mA/cm2，而对光半导体电极3照射0.1W/cm2的太阳光600秒，形成厚约100nm的铂膜，除此以外，与实施例12的方法相同地制作实施例13的光电化学器件1。对于该光电化学器件1，以实施例1同样的方法进行太阳光照射实验时，确认到光半导体电极3的表面上发生氧7，在反对极4上发生氢8。以与实施例1同样的方法求得STH时，STH如表3所示。
[表3]
在表3中，为了进行比较，还示出了以分别与实施例12和实施例13同样的方法制作相同形状的反电极4的、实施例7和实施例8的结果。若分别比较实施例12和实施例7、实施例13和实施例8的结果，则可知实施例12和实施例13的方法中太阳光的利用效率高。这被认为是因为通过对导电基板6进行喷丸处理而反电极4的表面积增加的缘故。
产业上的可利用性
若利用本发明的光电化学器件，则能够容易地分离回收氢和氧，并且能够提高来自光的照射带来的氢生成反应的量子效率和太阳光的利用效率，因此能够适合作为燃料电池的氢供给源等利用。

Claims (5)

1.一种光电化学器件，是利用光的照射来分解水而使氢发生的光电化学器件，其特征在于，
所述光电化学器件具有：
导电基板；
第一电极，其配置在所述导电基板的第一主面上，且含有光半导体；
第二电极，其配置在所述导电基板的所述第一主面上的、且未配置有所述第一电极的区域；
电解液，其与所述第一电极的表面和所述第二电极的表面接触，且含有水；
隔壁，其将所述第二电极的表面的上部区域从所述第一电极的表面的上部区域分离，且按照沿着在所述第二电极的表面发生的气体的移动方向延长的方式设置，并由使离子透过且抑制气体透过的材料形成；
容器，其收容所述导电基板、所述第一电极、所述第二电极、所述电解液和所述隔壁，并且，
所述隔壁覆盖所述第二电极的表面和所述第二电极的表面的所述上部区域。
2.根据权利要求1所述的光电化学器件，其特征在于，
所述隔壁具有：相对于所述隔壁的延长方向的垂直的截面为半圆状的半圆管形的形状。
3.根据权利要求1所述的光电化学器件，其特征在于，
所述第一电极的面积比所述第二电极面积大。
4.根据权利要求1所述的光电化学器件，其特征在于，
所述第一电极的面积和所述第二电极的面积之比、即第一电极的面积/第二电极的面积，为96/4以下。
5.根据权利要求1所述的光电化学器件，其特征在于，
所述隔壁由离子交换体形成。
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