JP2012021197A - Device for producing gas - Google Patents

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JP2012021197A JP2010160748A JP2010160748A JP2012021197A JP 2012021197 A JP2012021197 A JP 2012021197A JP 2010160748 A JP2010160748 A JP 2010160748A JP 2010160748 A JP2010160748 A JP 2010160748A JP 2012021197 A JP2012021197 A JP 2012021197A
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正樹 加賀
Akito Yoshida
章人 吉田
Shunsuke Sata
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for producing gas at high gas-generation efficiency.SOLUTION: The device for producing gas includes: a light receiving surface and back surface thereof; a photoelectric conversion unit where a potential difference occurs between the light receiving surface and the back surface by receiving; a first electrode for electrolysis, which is provided at the back surface side of the photoelectric conversion unit, and electrically connected with the back surface of the photoelectric conversion unit; a second electrode for electrolysis, which is provided at the back surface side of the photoelectric conversion part, and electrically connected with the rear surface of the photoelectric conversion unit; and a thermoelectric conversion unit disposed between the rear surface of the photoelectric conversion unit and the first electrode for electrolysis or the second electrode for electrolysis. The device is characterized in that the first electrode for electrolysis and the second electrode for electrolysis are so provided as to be immersed in an electrolyte, and then to electrolyze the electrolyte by using the electromotive force generated as a result of the photoelectric conversion unit receiving light, thus producing a first gas and a second gas; and the thermoelectric conversion unit absorbs heat from the photoelectric conversion unit, and releases the heat to the first electrode for electrolysis and the second electrode for electrolysis.

Description

本発明は、気体製造装置に関する。   The present invention relates to a gas production apparatus.

近年、地球温暖化の懸念から発電に伴いCO2が発生しない太陽電池が普及しつつある。しかし、太陽電池を用いた発電は、時間帯により発電量が変動し、また、季節によっても発電量が変動するという課題がある。この課題を解決するために、太陽電池により発電した電力を水の電気分解により生じる水素として貯蔵し、この水素を燃料とする燃料電池の発電により発電量の変動を解消する発電システムが考えられている。このため、太陽電池と電解槽を組み合わせた様々技術が提案されている。
例えば、特許文献1では、基板上に形成した透明電極膜の上に薄膜太陽電池と電解触媒層を並列に形成し、薄膜太陽電池に光を照射することにより、電解液を電気分解することを可能とする水素製造装置が開示されている。
また、特許文献2では、導電体層上に、p型半導体層とn型半導体層と電極板をこの順で形成した電解室と、前記導電体層上に、n型半導体層とp型半導体層と電極板をこの順で形成した電解質とを備える水素製造装置が開示されている。
In recent years, solar cells that do not generate CO 2 with power generation are becoming widespread due to concerns about global warming. However, power generation using solar cells has a problem that the power generation amount varies depending on the time zone, and the power generation amount varies depending on the season. In order to solve this problem, a power generation system has been conceived in which electric power generated by a solar cell is stored as hydrogen generated by electrolysis of water, and fuel cell power generation using this hydrogen as a fuel eliminates fluctuations in power generation. Yes. For this reason, various techniques combining solar cells and electrolytic cells have been proposed.
For example, in Patent Document 1, a thin-film solar cell and an electrocatalyst layer are formed in parallel on a transparent electrode film formed on a substrate, and the electrolyte is electrolyzed by irradiating the thin-film solar cell with light. An enabling hydrogen production apparatus is disclosed.
In Patent Document 2, an electrolysis chamber in which a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, and an electrode plate are formed in this order on a conductor layer; and an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor on the conductor layer. A hydrogen production apparatus including a layer and an electrolyte in which electrode plates are formed in this order is disclosed.

特開2003−288955号公報JP 2003-288955 A 特開2004−197167号公報JP 2004-197167 A

しかし、従来の太陽電池と電解槽を組み合わせた装置では、装置内がほぼ同じ温度であるため、気体発生効率が低くなっている。つまり、太陽電池ではより温度が低いほうが光電変換効率が高く、電解槽ではより温度が高いほうが電解液の電気分解の効率が高い。このため、装置内の温度を低くすると太陽電池の光電変化効率は高くなるが、電解液の電気分解の効率は低くなる。また、装置内の温度を高くすると電解液の電気分解の効率は高くなるが、太陽電池の光電変換効率は低下する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、気体発生効率の高い気体製造装置を提供する。
However, in a conventional apparatus combining a solar cell and an electrolytic cell, the gas generation efficiency is low because the temperature in the apparatus is substantially the same. That is, the lower the temperature in the solar cell, the higher the photoelectric conversion efficiency, and the higher the temperature in the electrolytic cell, the higher the electrolysis efficiency of the electrolytic solution. For this reason, when the temperature in the apparatus is lowered, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is increased, but the electrolysis efficiency of the electrolytic solution is decreased. Moreover, when the temperature in the apparatus is increased, the efficiency of electrolysis of the electrolytic solution is increased, but the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is decreased.
This invention is made | formed in view of such a situation, and provides the gas manufacturing apparatus with high gas generation efficiency.

本発明は、受光面とその裏面を有し、かつ、受光することにより前記受光面と前記裏面との間に電位差が生じる光電変換部と、前記光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、前記光電変換部の裏面と電気的に接続した第1電解用電極と、前記光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、前記光電変換部の受光面と電気的に接続した第2電解用電極と、前記光電変換部の裏面と第1電解用電極または第2電解用電極との間に設けられた熱電変換部とを備え、第1電解用電極および第2電解用電極は、電解液に浸漬可能に設けられ、かつ、前記光電変換部が受光することより生じる起電力により電解液を電気分解しそれぞれ第1気体及び第2気体を発生させることができるように設けられ、前記熱電変換部は、前記光電変換部から吸熱し第1電解用電極または第2電解用電極に放熱することを特徴とする気体製造装置を提供する。   The present invention has a light receiving surface and its back surface, and is provided on the back surface side of the photoelectric conversion portion, a photoelectric conversion portion that generates a potential difference between the light receiving surface and the back surface by receiving light, and A first electrolysis electrode electrically connected to the back surface of the photoelectric conversion unit, and a second electrolysis electrode provided on the back surface side of the photoelectric conversion unit and electrically connected to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit And a thermoelectric conversion portion provided between the back surface of the photoelectric conversion portion and the first electrolysis electrode or the second electrolysis electrode, and the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode are formed in the electrolytic solution. The thermoelectric conversion part is provided so as to be capable of being immersed and to be able to electrolyze the electrolytic solution by an electromotive force generated by receiving light from the photoelectric conversion part to generate a first gas and a second gas, respectively. Absorbs heat from the photoelectric conversion part, and the first electrolysis electrode Others provide a gas production apparatus, characterized in that the heat radiation to the second electrolysis electrode.

本発明によれば、光電変換部の受光面と電気的に接続する第2電解用電極と、光電変換部の裏面と電気的に接続する第1電解用電極とを電解液に浸漬させることができるため、光電変換部に光を入射させることにより、第1電解用電極および第2電解用電極において電解液を電気分解しそれぞれ第1気体および第2気体を発生させることができる。
本発明によれば、光電変換部の裏面上に第1電解用電極と第2電解用電極を設けるため、光電変換部の受光面に電解液を介さず光を入射させることができ、電解液による入射光の吸収や入射光の散乱を防止することができる。このことにより、光電変換部への入射光の量を多くすることができ、光利用効率を高くすることができる。
According to the present invention, the second electrolysis electrode electrically connected to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and the first electrolysis electrode electrically connected to the back surface of the photoelectric conversion unit can be immersed in the electrolytic solution. Therefore, by making light incident on the photoelectric conversion unit, the electrolytic solution can be electrolyzed at the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode to generate the first gas and the second gas, respectively.
According to the present invention, since the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode are provided on the back surface of the photoelectric conversion unit, light can be incident on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit without passing through the electrolyte solution. It is possible to prevent absorption of incident light and scattering of incident light. As a result, the amount of light incident on the photoelectric conversion unit can be increased, and the light utilization efficiency can be increased.

本発明によれば、光電変換部の裏面上に第1電解用電極および第2電解用電極を設けるため、受光面に入射する光が、第1電解用電極および第2電解用電極、ならびにそこからそれぞれ発生する第1気体及び第2気体により吸収や散乱されることはない。このことにより、光電変換部への入射光の量を多くすることができ、光利用効率を高くすることができる。
本発明によれば、光電変換部の裏面と第1電解用電極または第2電解用電極との間に設けられ、かつ、吸熱面と放熱面とを有する熱電変換部を備えるため、熱電変換部の吸熱面が光電変換部を冷却することができ、熱電変換部の放熱面が第1電解用電極または第2電解用電極を加熱することができる。このことにより、光電変換部の温度を低くすることができ、光電変換部の光電変換効率を高くすることができる。また、第1電解用電極または第2電解用電極の温度を高くすることができ、電解液の電解反応の速度を速くすることができ、第1気体および第2気体の発生量を多くすることができる。
According to the present invention, since the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode are provided on the back surface of the photoelectric conversion unit, the light incident on the light receiving surface is reflected by the first electrolysis electrode, the second electrolysis electrode, and Are not absorbed or scattered by the first gas and the second gas respectively generated from the gas. As a result, the amount of light incident on the photoelectric conversion unit can be increased, and the light utilization efficiency can be increased.
According to the present invention, the thermoelectric conversion unit is provided between the back surface of the photoelectric conversion unit and the first electrolysis electrode or the second electrolysis electrode and has a heat absorption surface and a heat dissipation surface. The heat absorption surface can cool the photoelectric conversion part, and the heat dissipation surface of the thermoelectric conversion part can heat the first electrolysis electrode or the second electrolysis electrode. As a result, the temperature of the photoelectric conversion unit can be lowered, and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion unit can be increased. Moreover, the temperature of the electrode for 1st electrolysis or the electrode for 2nd electrolysis can be made high, the speed | rate of the electrolytic reaction of electrolyte solution can be made quick, and the generation amount of 1st gas and 2nd gas can be increased. Can do.

本発明の一実施形態の気体製造装置の構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the gas manufacturing apparatus of one Embodiment of this invention. 図1の点線A−Aにおける気体製造装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the gas manufacturing apparatus in dotted line AA of FIG. 本発明の一実施形態の気体製造装置の構成を示す概略裏面図である。It is a schematic back view which shows the structure of the gas manufacturing apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の気体製造装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the gas manufacturing apparatus of one Embodiment of this invention.

本発明の気体製造装置は、受光面とその裏面を有し、かつ、受光することにより前記受光面と前記裏面との間に電位差が生じる光電変換部と、前記光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、前記光電変換部の裏面と電気的に接続した第1電解用電極と、前記光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、前記光電変換部の受光面と電気的に接続した第2電解用電極と、前記光電変換部の裏面と第1電解用電極または第2電解用電極との間に設けられた熱電変換部とを備え、第1電解用電極および第2電解用電極は、電解液に浸漬可能に設けられ、かつ、前記光電変換部が受光することより生じる起電力により電解液を電気分解しそれぞれ第1気体及び第2気体を発生させることができるように設けられ、前記熱電変換部は、前記光電変換部から吸熱し第1電解用電極または第2電解用電極に放熱することを特徴とする。   The gas manufacturing apparatus of the present invention has a light receiving surface and a back surface thereof, and is provided on a back surface side of the photoelectric conversion portion, and a photoelectric conversion portion that generates a potential difference between the light receiving surface and the back surface by receiving light. And a first electrolysis electrode electrically connected to the back surface of the photoelectric conversion portion, a first electrode provided on the back surface side of the photoelectric conversion portion, and electrically connected to the light receiving surface of the photoelectric conversion portion. Two electrolysis electrodes, and a thermoelectric conversion portion provided between the back surface of the photoelectric conversion portion and the first electrolysis electrode or the second electrolysis electrode, and the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode are , Provided so as to be immersed in the electrolytic solution, and provided so that the electrolytic solution can be electrolyzed by an electromotive force generated by the photoelectric conversion unit receiving light to generate the first gas and the second gas, respectively. The thermoelectric converter absorbs heat from the photoelectric converter. 1, characterized in that the heat radiation to the electrolysis electrode or the second electrolysis electrode.

熱電変換部とは、電流が流れることにより吸熱面において熱を吸収し、放熱面において熱を発する部分、または、吸熱面と放熱面との間の温度差により起電力が生じる部分である。   The thermoelectric conversion part is a part that absorbs heat on the heat absorption surface when current flows and emits heat on the heat dissipation surface, or a part that generates electromotive force due to a temperature difference between the heat absorption surface and the heat dissipation surface.

本発明の気体製造装置において、前記光電変換部の受光面上に設けられた第1電極と、前記光電変換部の裏面上に設けられた第2電極とをさらに備え、第1電極は、第2電解用電極と電気的に接続し、第2電極は、第1電解用電極と電気的に接続することが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部の受光面と第2電解用電極とを電気的に接続することができ、光電変換部の裏面と第1電解用電極とを電気的に接続することができる。このことにより、光電変換部で生じた起電力を効率よく第1電解用電極と第2電解用電極とに出力することができる。
本発明の気体製造装置において、第2電極と前記熱電変換部との間に設けられた第1絶縁層と、前記熱電変換部と第1電解用電極または第2電解用電極との間に設けられた第2絶縁層とをさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、リーク電流が流れることを防止することができる。
The gas manufacturing apparatus of the present invention further includes a first electrode provided on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit, and a second electrode provided on the back surface of the photoelectric conversion unit, It is preferable that the second electrode is electrically connected to the second electrolysis electrode, and the second electrode is electrically connected to the first electrolysis electrode.
According to such a configuration, the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and the second electrolysis electrode can be electrically connected, and the back surface of the photoelectric conversion unit and the first electrolysis electrode are electrically connected. Can do. Thereby, the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit can be efficiently output to the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode.
In the gas manufacturing apparatus of the present invention, the first insulating layer provided between the second electrode and the thermoelectric conversion unit, and the thermoelectric conversion unit provided between the first electrolysis electrode or the second electrolysis electrode. It is preferable to further include the second insulating layer formed.
According to such a configuration, it is possible to prevent leakage current from flowing.

本発明の気体製造装置において、第1電極と第2電解用電極とを電気的に接続する第1導電部と、第2電極と第1電解用電極とを電気的に接続する第2導電部とをさらに備え、
第1導電部は、前記光電変換部および前記熱電変換部を貫通するコンタクトホール内に設けられ、第2導電部は、前記熱電変換部を貫通するコンタクトホール内に設けられることが好ましい。
このような構成によれば、第1電極と第2電解用電極を効率よく電気的に接続することができ、第2電極と第1電解用電極を効率よく電気的に接続することができる。
本発明の気体製造装置において、前記熱電変換部は、p型半導体部、n型半導体部、第1熱電変換用電極および第2熱電変換用電極を備え、前記p型半導体部および前記n型半導体部は、第1熱電変換用電極および第2熱電変換用電極に挟まれることが好ましい。
このような構成によれば、p型半導体部とn型半導体部とに電流を流すことができ、熱電変換部が吸熱面と放熱面を有することができる。
In the gas manufacturing apparatus of the present invention, a first conductive portion that electrically connects the first electrode and the second electrolysis electrode, and a second conductive portion that electrically connects the second electrode and the first electrolysis electrode And further comprising
It is preferable that the first conductive part is provided in a contact hole that penetrates the photoelectric conversion part and the thermoelectric conversion part, and the second conductive part is provided in a contact hole that penetrates the thermoelectric conversion part.
According to such a configuration, the first electrode and the second electrolysis electrode can be efficiently electrically connected, and the second electrode and the first electrolysis electrode can be efficiently electrically connected.
In the gas manufacturing apparatus of the present invention, the thermoelectric conversion unit includes a p-type semiconductor unit, an n-type semiconductor unit, a first thermoelectric conversion electrode, and a second thermoelectric conversion electrode, and the p-type semiconductor unit and the n-type semiconductor. The part is preferably sandwiched between the first thermoelectric conversion electrode and the second thermoelectric conversion electrode.
According to such a configuration, current can flow through the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion, and the thermoelectric conversion portion can have a heat absorption surface and a heat dissipation surface.

本発明の気体製造装置において、前記p型半導体部および前記n型半導体部は、前記光電変換部が受光することにより生じる起電力により電流が流れるように設けられることが好ましい。
このような構成によれば、熱電変換部に外部から電力を供給することを不要にすることができる。
本発明の気体製造装置において、前記p型半導体部および前記n型半導体部を流れる電流を制御する電流制御手段をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、熱電変換部に流れる電流を制御することができ、吸熱面の吸熱量および放熱面の放熱量を制御することができる。このことにより、熱電変換部による電力消費を抑制することができる。また、光電変換部、第1電解用電極または第2電解用電極の温度を制御することができる。
In the gas manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the p-type semiconductor unit and the n-type semiconductor unit are provided such that a current flows due to an electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light.
According to such a configuration, it is not necessary to supply power to the thermoelectric conversion unit from the outside.
In the gas manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the gas manufacturing apparatus further includes a current control unit that controls a current flowing through the p-type semiconductor unit and the n-type semiconductor unit.
According to such a configuration, the current flowing through the thermoelectric conversion unit can be controlled, and the heat absorption amount of the heat absorption surface and the heat dissipation amount of the heat dissipation surface can be controlled. Thereby, the power consumption by the thermoelectric conversion part can be suppressed. Moreover, the temperature of a photoelectric conversion part, the electrode for 1st electrolysis, or the electrode for 2nd electrolysis can be controlled.

本発明の気体製造装置において、前記熱電変換部は、複数であることが好ましい。
このような構成によれば、気体製造装置が光電変換部から吸熱し電解用電極に放熱する熱電変換部と、光電変換部と電解用電極との温度差により起電力が生じる熱電変換部とを備えることができる。このことにより、光電変換部と電解用電極との温度差を利用して起電力を発生させることができ、この起電力を電解液の分解反応に利用することができる。
本発明の気体製造装置において、透光性基板をさらに備え、前記光電変換部は、前記受光面が前記透光性基板側となるように前記透光性基板上に設けられることが好ましい。
このような構成によれば、透光性基板の上に光電変換部を形成できる。
In the gas manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that there are a plurality of thermoelectric conversion units.
According to such a configuration, the gas production apparatus absorbs heat from the photoelectric conversion unit and dissipates heat to the electrolysis electrode, and the thermoelectric conversion unit in which an electromotive force is generated due to a temperature difference between the photoelectric conversion unit and the electrolysis electrode. Can be provided. Thus, an electromotive force can be generated using a temperature difference between the photoelectric conversion unit and the electrode for electrolysis, and the electromotive force can be used for the decomposition reaction of the electrolytic solution.
In the gas production apparatus of the present invention, it is preferable that the gas production apparatus further includes a translucent substrate, and the photoelectric conversion unit is provided on the translucent substrate such that the light receiving surface is on the translucent substrate side.
According to such a structure, a photoelectric conversion part can be formed on a translucent substrate.

本発明の気体製造装置において、第1電解用電極または第2電解用電極を浸漬させる電解液を貯留可能な電解液室をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、第1電解用電極および第2電解用電極を電解液に浸漬させることができ、それぞれ第1気体および第2気体を発生させることができる。
本発明の気体製造装置において、前記光電変換部の裏面側に背面基板をさらに備え、前記電解液室は、前記光電変換部の裏面と前記背面基板との間に設けられることが好ましい。
このような構成によれば、第1電解用電極および第2電解用電極を浸漬させる電解液を貯留可能な電解液室を形成することができる。
In the gas manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable to further include an electrolytic solution chamber capable of storing an electrolytic solution in which the first electrolytic electrode or the second electrolytic electrode is immersed.
According to such a configuration, the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode can be immersed in the electrolytic solution, and the first gas and the second gas can be generated, respectively.
In the gas manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that a back substrate is further provided on the back surface side of the photoelectric conversion unit, and the electrolyte chamber is provided between the back surface of the photoelectric conversion unit and the back substrate.
According to such a configuration, it is possible to form an electrolytic solution chamber capable of storing an electrolytic solution in which the first electrolytic electrode and the second electrolytic electrode are immersed.

本発明の気体製造装置において、第1電解用電極が浸漬する電解液を貯留可能な電解液室と、第2電解用電極が浸漬する電解液を貯留可能な電解液室とを仕切る隔壁をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、第1電解用電極および第2電解用電極でそれぞれ発生した第1気体および第2気体を分離することができ、第1気体および第2気体をより効率的に回収することができる。
本発明の気体製造装置において、前記隔壁は、イオン交換体を含むことが好ましい。
このような構成によれば、第1電解用電極の上部の電解液室に導入された電解液と第2電解用電極の上部の電解液室に導入された電解液との間のイオン濃度の不均衡を解消することができ、安定して第1気体および第2気体を発生させることができる。
In the gas manufacturing apparatus of the present invention, a partition partitioning the electrolyte chamber capable of storing the electrolyte solution immersed in the first electrolysis electrode and the electrolyte chamber capable of storing the electrolyte solution immersed in the second electrolysis electrode is further provided. It is preferable to provide.
According to such a configuration, the first gas and the second gas generated respectively at the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode can be separated, and the first gas and the second gas can be recovered more efficiently. can do.
In the gas production apparatus of the present invention, the partition preferably includes an ion exchanger.
According to such a configuration, the ion concentration between the electrolyte introduced into the electrolyte chamber above the first electrolysis electrode and the electrolyte introduced into the electrolyte chamber above the second electrolysis electrode is increased. The imbalance can be eliminated, and the first gas and the second gas can be generated stably.

本発明の気体製造装置において、前記光電変換部は、p型半導体層、i型半導体層およびn型半導体層を備える光電変換層を有することが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部がpin構造を有することができ、効率よく光電変換をすることができる。また、光電変換部で生じる起電力をより大きくすることができ、電解液をより効率的に電気分解することができる。
本発明の気体製造装置において、第1電解用電極および第2電解用電極のうち、一方は、電解液からH2を発生させる水素発生部であり、他方は、電解液からO2を発生させる酸素発生部であり、前記水素発生部および前記酸素発生部は、それぞれ電解液からH2が発生する反応の触媒および電解液からO2が発生する反応の触媒を含むことが好ましい。
このような構成によれば、本発明の気体製造装置により燃料電池の燃料となる水素を製造することができる。また、各触媒を含むことにより、電解液の電気分解反応が進行する速度を速くすることができる。
本発明の気体製造装置において、前記水素発生部および前記酸素発生部のうち少なくとも一方は、触媒が担持された多孔質の導電体から形成されたことが好ましい。
このような構成によれば、水素発生部および酸素発生部のうち少なくとも一方の触媒表面積を大きくすることができ、より効率的に酸素または水素を発生させることができる。また、多孔質の導電体を用いることにより、光電変換部と触媒との間の電流が流れることによる電位の変化を抑制することができ、より効率的に水素または酸素を発生させることができる。
In the gas production apparatus of the present invention, it is preferable that the photoelectric conversion unit has a photoelectric conversion layer including a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer.
According to such a configuration, the photoelectric conversion unit can have a pin structure, and photoelectric conversion can be performed efficiently. Moreover, the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit can be increased, and the electrolytic solution can be electrolyzed more efficiently.
In the gas production apparatus of the present invention, one of the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode is a hydrogen generation unit that generates H 2 from the electrolytic solution, and the other generates O 2 from the electrolytic solution. It is an oxygen generation part, and it is preferable that the hydrogen generation part and the oxygen generation part include a catalyst for a reaction for generating H 2 from the electrolytic solution and a catalyst for a reaction for generating O 2 from the electrolytic solution, respectively.
According to such a configuration, hydrogen as fuel for the fuel cell can be produced by the gas production apparatus of the present invention. Moreover, the rate at which the electrolysis reaction of the electrolytic solution proceeds can be increased by including each catalyst.
In the gas production apparatus of the present invention, it is preferable that at least one of the hydrogen generation unit and the oxygen generation unit is formed of a porous conductor carrying a catalyst.
According to such a configuration, the surface area of at least one of the hydrogen generation part and the oxygen generation part can be increased, and oxygen or hydrogen can be generated more efficiently. In addition, by using a porous conductor, a change in potential due to a current flowing between the photoelectric conversion unit and the catalyst can be suppressed, and hydrogen or oxygen can be generated more efficiently.

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.

気体製造装置の構成
図1は、本発明の一実施形態の気体製造装置の構造を示す概略平面図である。図2は、図1の点線A−Aにおける気体製造装置の概略断面図である。図3は、本発明の一実施形態の気体製造装置の構造を示す概略裏面図である。なお、図3において背面基板14は省略している。また、図4は、本発明の一実施形態の気体製造装置の概略断面図であり、図1の点線B−Bにおける気体製造装置の概略断面図に対応している。
Configuration of Gas Production Apparatus FIG. 1 is a schematic plan view showing the structure of a gas production apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the gas production apparatus taken along the dotted line AA in FIG. FIG. 3 is a schematic back view showing the structure of the gas production apparatus according to one embodiment of the present invention. In FIG. 3, the back substrate 14 is omitted. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the gas production apparatus according to one embodiment of the present invention, and corresponds to the schematic cross-sectional view of the gas production apparatus taken along the dotted line BB in FIG.

本実施形態の気体製造装置23は、受光面とその裏面を有し、かつ、受光することにより前記受光面と前記裏面との間に電位差が生じる光電変換部2と、光電変換部2の裏面側に設けられ、かつ、光電変換部2の裏面と電気的に接続した第1電解用電極8と、光電変換部2の裏面側に設けられ、かつ、光電変換部2の受光面と電気的に接続した第2電解用電極7と、光電変換部2の裏面と第1電解用電極8または第2電解用電極7との間に設けられた熱電変換部30とを備え、第1電解用電極8および第2電解用電極7は、電解液に浸漬可能に設けられ、かつ、光電変換部2が受光することより生じる起電力により電解液を電気分解しそれぞれ第1気体及び第2気体を発生させることができるように設けられ、熱電変換部30は、光電変換部2から吸熱し第1電解用電極8または第2電解用電極7に放熱することを特徴とする。   The gas manufacturing apparatus 23 of the present embodiment has a light receiving surface and a back surface thereof, and a photoelectric conversion unit 2 that generates a potential difference between the light receiving surface and the back surface by receiving light, and a back surface of the photoelectric conversion unit 2 The first electrolysis electrode 8 provided on the back side and electrically connected to the back surface of the photoelectric conversion unit 2, provided on the back side of the photoelectric conversion unit 2, and electrically connected to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 A second electrolysis electrode 7 connected to the thermoelectric conversion portion 30 provided between the back surface of the photoelectric conversion portion 2 and the first electrolysis electrode 8 or the second electrolysis electrode 7. The electrode 8 and the second electrode 7 for electrolysis are provided so as to be immersed in the electrolytic solution, and the electrolytic solution is electrolyzed by the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light to respectively convert the first gas and the second gas. It is provided so that it can be generated, and the thermoelectric conversion unit 30 is a photoelectric conversion unit. Characterized by radiating the first electrolysis electrode 8 or the second electrolysis electrode 7 absorbs heat from.

また、本実施形態の気体製造装置23は、透光性基板1、背面基板14、第1導電部10、第2導電部21、絶縁部11、隔壁13、第1電極4および第2電極5を備えてもよい。以下、本発明の気体製造装置23の各構成要素について説明する。   Further, the gas production apparatus 23 of the present embodiment includes the translucent substrate 1, the back substrate 14, the first conductive unit 10, the second conductive unit 21, the insulating unit 11, the partition wall 13, the first electrode 4, and the second electrode 5. May be provided. Hereinafter, each component of the gas manufacturing apparatus 23 of this invention is demonstrated.

1.透光性基板
透光性基板1は、透光性を有する基板であれば特に限定されない。透光性基板1の材料としては、例えば、ソーダガラス、石英ガラス、パイレックス(登録商標)、合成石英板等の透明なリジッド材、あるいは透明樹脂板やフィルム材等が好適に用いられる。化学的および物理的安定性を備える点より、ガラス基板を用いることが好ましい。
透光性基板1の光電変換部2側の表面には、入射した光が光電変換部2の表面で有効に乱反射されるように、微細な凹凸構造に形成することができる。この微細な凹凸構造は、例えば反応性イオンエッチング(RIE)処理もしくはブラスト処理等の公知の方法により形成することが可能である。
1. Translucent board | substrate The translucent board | substrate 1 will not be specifically limited if it is a board | substrate which has translucency. As a material of the translucent substrate 1, for example, a transparent rigid material such as soda glass, quartz glass, Pyrex (registered trademark), synthetic quartz plate, or a transparent resin plate or a film material is preferably used. In view of chemical and physical stability, it is preferable to use a glass substrate.
On the surface of the translucent substrate 1 on the photoelectric conversion unit 2 side, a fine uneven structure can be formed so that incident light is effectively irregularly reflected on the surface of the photoelectric conversion unit 2. This fine concavo-convex structure can be formed by a known method such as reactive ion etching (RIE) treatment or blast treatment.

2.第1電極
第1電極4は、透光性基板1の上に設けることができ、光電変換部2の受光面と接触するように設けることができる。また、第1電極4は透光性を有してもよい。第1電極4を設けることにより、光電変換部2の受光面と第2電解用電極7との間に流れる電流を大きくすることができる。
第1電極4は、例えば、ITO、SnO2などの透明導電膜からなってもよく、Ag、Auなどの金属のフィンガー電極からなってもよい。
2. 1st electrode The 1st electrode 4 can be provided on the translucent board | substrate 1, and can be provided so that the light-receiving surface of the photoelectric conversion part 2 may be contacted. Moreover, the 1st electrode 4 may have translucency. By providing the first electrode 4, the current flowing between the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 and the second electrolysis electrode 7 can be increased.
The first electrode 4 may be made of a transparent conductive film such as ITO or SnO 2, or may be made of a metal finger electrode such as Ag or Au.

以下に第1電極4を透明導電膜とした場合について説明する。
透明導電膜は、光電変換部2の受光面と第2電解用電極7とのコンタクトを取りやすくするために用いている。
一般に透明電極として使用されているものを用いることが可能である。具体的にはIn−Zn−O(IZO)、In−Sn−O(ITO)、ZnO−Al、Zn−Sn−O、SnO2等を挙げることができる。なお本透明導電膜は、太陽光の光線透過率が85%以上、中でも90%以上、特に92%以上であることが好ましい。このことにより光電変換部2が光を効率的に吸収することができるためである。
透明導電膜の作成方法としては公知の方法を用いることができ、スパッタリング、真空蒸着、ゾルゲル法、クラスタービーム蒸着法、PLD(Pulse Laser Deposition)法などが挙げられる。
A case where the first electrode 4 is a transparent conductive film will be described below.
The transparent conductive film is used to facilitate contact between the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 and the second electrolysis electrode 7.
What is generally used as a transparent electrode can be used. Specifically, In—Zn—O (IZO), In—Sn—O (ITO), ZnO—Al, Zn—Sn—O, SnO 2 and the like can be given. The transparent conductive film preferably has a sunlight transmittance of 85% or more, particularly 90% or more, and particularly 92% or more. This is because the photoelectric conversion unit 2 can absorb light efficiently.
As a method for producing the transparent conductive film, a known method can be used, and examples thereof include sputtering, vacuum deposition, sol-gel method, cluster beam deposition method, and PLD (Pulse Laser Deposition) method.

3.光電変換部
光電変換部2は、透光性基板1上に設けられ、かつ、受光することにより受光面と裏面との間に電位差が生じる。光電変換部2は、例えば、シリコン系半導体を用いた光電変換部、化合物半導体を用いた光電変換部、色素増感剤を利用した光電変換部、有機薄膜を用いた光電変換部などである。
光電変換部2は、熱電変換部30の吸熱面により冷却されることができる。このことにより熱電変換部30の温度上昇を抑制することができ、光電変換効率を高くすることができる。
3. Photoelectric Conversion Unit The photoelectric conversion unit 2 is provided on the translucent substrate 1 and generates a potential difference between the light receiving surface and the back surface by receiving light. The photoelectric conversion unit 2 is, for example, a photoelectric conversion unit using a silicon-based semiconductor, a photoelectric conversion unit using a compound semiconductor, a photoelectric conversion unit using a dye sensitizer, or a photoelectric conversion unit using an organic thin film.
The photoelectric conversion unit 2 can be cooled by the heat absorption surface of the thermoelectric conversion unit 30. Thereby, the temperature rise of the thermoelectric conversion unit 30 can be suppressed, and the photoelectric conversion efficiency can be increased.

光電変換部2は、受光することにより、第1電解用電極8および第2電解用電極7においてそれぞれ第1気体と第2気体を発生させるために必要な起電力が生じる必要がある。
第1気体および第2気体が水素および酸素である場合、光電変換部2は、第1電解用電極8および第2電解用電極7において電解液に含まれる水を分解し水素と酸素が発生させるために必要な起電力が生じる必要がある。第1電解用電極8と第2電解用電極7の電位差は、水分解のための理論電圧(1.23V)より大きくする必要があり、そのためには光電変換部2で十分大きな電位差を生み出す必要がある。そのため光電変換部2は、pn接合など起電力を生じさせる部分を二接合以上直列に接続することが好ましい。
The photoelectric conversion unit 2 needs to generate an electromotive force necessary for generating the first gas and the second gas in the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 by receiving light.
When the first gas and the second gas are hydrogen and oxygen, the photoelectric conversion unit 2 decomposes water contained in the electrolytic solution in the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 to generate hydrogen and oxygen. Therefore, it is necessary to generate an electromotive force necessary for this. The potential difference between the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 needs to be larger than the theoretical voltage (1.23 V) for water decomposition, and for this purpose, a sufficiently large potential difference needs to be generated in the photoelectric conversion unit 2. There is. Therefore, it is preferable that the photoelectric conversion unit 2 connects two or more junctions in series such as a pn junction to generate an electromotive force.

光電変換を行う材料は、シリコン系半導体、化合物半導体、有機材料をベースとしたものなどが挙げられるが、いずれの光電変換材料も使用することが可能である。また、起電力を大きくするために、これらの光電変換材料を積層することが可能である。積層する場合には同一材料で多接合構造を形成することが可能であるが、光学的バンドギャップの異なる複数の光電変換層を積層し、各々の光電変換層の低感度波長領域を相互に補完することにより、広い波長領域にわたり入射光を効率よく吸収することが可能となる。   Examples of the material that performs photoelectric conversion include silicon-based semiconductors, compound semiconductors, and materials based on organic materials, and any photoelectric conversion material can be used. In order to increase the electromotive force, these photoelectric conversion materials can be stacked. In the case of stacking, it is possible to form a multi-junction structure with the same material, but stacking multiple photoelectric conversion layers with different optical band gaps and complementing the low sensitivity wavelength region of each photoelectric conversion layer mutually By doing so, incident light can be efficiently absorbed over a wide wavelength region.

また、光電変換層間の直列接続特性の改善や、光電変換部2で発生する光電流の整合のために、層間に透明導電膜等の導電体を介在させることが可能である。これにより光電変換部2の劣化を抑制することが可能となる。
光電変換部2の例を以下に具体的に説明する。また、光電変換部2は、これらを組み合わせたものでもよい。
Moreover, it is possible to interpose a conductor such as a transparent conductive film between the layers in order to improve the serial connection characteristics between the photoelectric conversion layers and to match the photocurrent generated in the photoelectric conversion unit 2. Thereby, it becomes possible to suppress deterioration of the photoelectric conversion unit 2.
An example of the photoelectric conversion unit 2 will be specifically described below. The photoelectric conversion unit 2 may be a combination of these.

3−1.シリコン系半導体を用いた光電変換部
シリコン系半導体を用いた光電変換部2は、例えば、単結晶型、多結晶型、アモルファス型、球状シリコン型、及びこれらを組み合わせたもの等が挙げられる。いずれもp型半導体とn型半導体が接合したpn接合を有することができる。また、p型半導体とn型半導体との間にi型半導体を設けたpin接合を有するものとすることもできる。また、pn接合を複数有するもの、pin接合を複数有するもの、pn接合とpin接合を有するものとすることもできる。
シリコン系半導体とは、シリコンを含む半導体であり、例えば、シリコン、シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウムなどである。また、シリコンなどにn型不純物またはp型不純物が添加されたものも含み、また、結晶質、非晶質、微結晶のものも含む。
また、シリコン系半導体を用いた光電変換部2は、基板1の上に形成された薄膜または厚膜の光電変換層であってもよく、また、シリコンウェハなどのウェハにpn接合またはpin接合を形成したものでもよく、また、pn接合またはpin接合を形成したウェハの上に薄膜の光電変換層を形成したものでもよい。
3-1. Photoelectric conversion part using a silicon-based semiconductor Examples of the photoelectric conversion part 2 using a silicon-based semiconductor include a single crystal type, a polycrystalline type, an amorphous type, a spherical silicon type, and combinations thereof. Any of them can have a pn junction in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are joined. Further, a pin junction in which an i-type semiconductor is provided between a p-type semiconductor and an n-type semiconductor may be provided. Further, it may have a plurality of pn junctions, a plurality of pin junctions, or a pn junction and a pin junction.
The silicon-based semiconductor is a semiconductor containing silicon, such as silicon, silicon carbide, or silicon germanium. In addition, silicon or the like in which n-type impurities or p-type impurities are added is included, and crystalline, amorphous, or microcrystalline silicon is also included.
The photoelectric conversion unit 2 using a silicon-based semiconductor may be a thin film or a thick photoelectric conversion layer formed on the substrate 1, and a pn junction or a pin junction is formed on a wafer such as a silicon wafer. A thin film photoelectric conversion layer may be formed on a wafer on which a pn junction or a pin junction is formed.

シリコン系半導体を用いた光電変換部2の形成例を以下に示す。
透光性基板1上に積層した第1電極4上に、第1導電型半導体層をプラズマCVD法等の方法で形成する。この第1導電型半導体層としては、導電型決定不純物原子濃度が1×1018〜5×1021/cm3程度ドープされた、p+型またはn+型の非晶質Si薄膜、または多結晶あるいは微結晶Si薄膜とする。第1導電型半導体層の材料としては、Siに限らず、SiCあるいはSiGe,Six1-x等の化合物を用いることも可能である。
An example of forming the photoelectric conversion unit 2 using a silicon-based semiconductor is shown below.
A first conductivity type semiconductor layer is formed on the first electrode 4 laminated on the translucent substrate 1 by a method such as a plasma CVD method. As the first conductive type semiconductor layer, a p + type or n + type amorphous Si thin film doped with a conductivity type determining impurity atom concentration of about 1 × 10 18 to 5 × 10 21 / cm 3 , a polycrystalline or A microcrystalline Si thin film is used. The material of the first conductivity type semiconductor layer is not limited to Si, and it is also possible to use a compound such as SiC, SiGe, or Si x O 1-x .

このように形成された第1導電型半導体層上に、結晶質Si系光活性層として多結晶あるいは微結晶の結晶質Si薄膜をプラズマCVD法等の方法で形成する。なお、導電型は第1導電型半導体よりドーピング濃度が低い第1導電型とするか、あるいはi型とする。結晶質Si系光活性層の材料としては、Siに限らず、SiCあるいはSiGe,Six1-x等の化合物を用いることも可能である。 On the first conductivity type semiconductor layer thus formed, a polycrystalline or microcrystalline crystalline Si thin film is formed as a crystalline Si photoactive layer by a method such as plasma CVD. The conductivity type is the first conductivity type having a lower doping concentration than the first conductivity type semiconductor, or the i conductivity type. The material for the crystalline Si-based photoactive layer is not limited to Si, and it is also possible to use a compound such as SiC, SiGe, or Si x O 1-x .

次に、結晶質Si系光活性層上に半導体接合を形成するため、第1導電型半導体層とは反対導電型である第2導電型半導体層をプラズマCVD等の方法で形成する。この第2導電型半導体層としては、導電型決定不純物原子が1×1018〜5×1021/cm3程度ドープされた、n+型またはp+型の非晶質Si薄膜、または多結晶あるいは微結晶Si薄膜とする。第2導電型半導体層の材料としては、Siに限らず、SiCあるいはSiGe,Six1-x等の化合物を用いることも可能である。また接合特性をより改善するために、結晶質Si系光活性層と第2導電型半導体層との間に、実質的にi型の非単結晶Si系薄膜を挿入することも可能である。このようにして、受光面に最も近い光電変換層を一層積層することができる。 Next, in order to form a semiconductor junction on the crystalline Si-based photoactive layer, a second conductivity type semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type semiconductor layer is formed by a method such as plasma CVD. As the second conductivity type semiconductor layer, an n + type or p + type amorphous Si thin film doped with about 1 × 10 18 to 5 × 10 21 / cm 3 of conductivity type determining impurity atoms, or a polycrystalline or microscopic A crystalline Si thin film is used. The material of the second conductivity type semiconductor layer is not limited to Si, and it is also possible to use a compound such as SiC, SiGe, or Si x O 1-x . In order to further improve the bonding characteristics, it is possible to insert a substantially i-type non-single-crystal Si-based thin film between the crystalline Si-based photoactive layer and the second conductive type semiconductor layer. In this manner, one photoelectric conversion layer closest to the light receiving surface can be stacked.

続けて第二層目の光電変換層を形成する。第二層目の光電変換層は、第1導電型半導体層、結晶質Si系光活性層、第2導電型半導体層からなり、それぞれの層は、第一層目の光電変換層中の対応する第1導電型半導体層、結晶質Si系光活性層、第2導電型半導体層と同様に形成する。二層のタンデムで水分解に十分な電位を得ることができない場合は、三層あるいはそれ以上の層状構造を取ることが好ましい。ただし第二層目の光電変換層の結晶質Si系光活性層の体積結晶化分率は、第一層目の結晶質Si系光活性層と比較すると高くすることが好ましい。三層以上積層する場合も同様に下層と比較すると体積結晶化分率を高くすることが好ましい。これは、長波長域での吸収が大きくなり、分光感度が長波長側にシフトし、同じSi材料を用いて光活性層を構成した場合においても、広い波長域で感度を向上させることが可能となるためである。すなわち、結晶化率の異なるSiでタンデム構造にすることにより、分光感度が広くなり、光の高効率利用が可能となる。このとき低結晶化率材料を受光面側にしないと高効率とならない。また結晶化率が40%以下に下がるとアモルファス成分が増え、劣化が生じてしまう。   Subsequently, a second photoelectric conversion layer is formed. The second photoelectric conversion layer is composed of a first conductivity type semiconductor layer, a crystalline Si-based photoactive layer, and a second conductivity type semiconductor layer, each layer corresponding to the first photoelectric conversion layer. The first conductive type semiconductor layer, the crystalline Si-based photoactive layer, and the second conductive type semiconductor layer are formed. When a potential sufficient for water splitting cannot be obtained with a two-layer tandem, it is preferable to take a three-layer structure or more. However, the volume crystallization fraction of the crystalline Si photoactive layer of the second photoelectric conversion layer is preferably higher than that of the first crystalline Si photoactive layer. Similarly, when three or more layers are laminated, it is preferable to increase the volume crystallization fraction as compared with the lower layer. This increases the absorption in the long wavelength region, shifts the spectral sensitivity to the long wavelength side, and can improve the sensitivity in a wide wavelength region even when the photoactive layer is configured using the same Si material. It is because it becomes. That is, by using a tandem structure with Si having different crystallization rates, the spectral sensitivity is widened, and light can be used with high efficiency. At this time, if the low crystallization rate material is not on the light receiving surface side, high efficiency cannot be achieved. Further, when the crystallization rate is lowered to 40% or less, the amorphous component increases and deterioration occurs.

3−2.化合物半導体を用いた光電変換部
化合物半導体を用いた光電変換部2は、例えば、III−V族元素で構成されるGaP、GaAsやInP、InAs、II−VI族元素で構成されるCdTe/CdS、I−III−VI族で構成されるCIGS(Copper Indium Gallium DiSelenide)などを用いpn接合を形成したものが挙げられる。
3-2. Photoelectric Conversion Part Using Compound Semiconductor The photoelectric conversion part 2 using a compound semiconductor is, for example, CdTe / CdS composed of GaP, GaAs, InP, InAs, and II-VI group elements composed of III-V group elements. And CIGS (Copper Indium Gallium DiSelenide) composed of I-III-VI group and the like, and a pn junction formed.

化合物半導体を用いた光電変換部2の製造方法の一例を以下に示すが、本製造方法では、製膜処理等はすべて有機金属気相成長法(MOCVD;Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置を使って連続して行われる。III族元素の材料としては、例えばトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムなどの有機金属が水素をキャリアガスとして成長装置に供給される。V族元素の材料としては、例えばアルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)、スチビン(SbH3)等のガスが使われる。p型不純物またはn型不純物のドーパントとしては、例えばp型化にはジエチルジンク、またはn型化には、モノシラン(SiH4)やジシラン(Si26)、セレン化水素(H2Se)等が利用される。これらの原料ガスを、例えば700℃に加熱された基板上に供給することにより熱分解させ、所望の化合物半導体材料膜をエピタキシャル成長させることが可能である。これら成長層の組成は導入するガス組成により、また膜厚はガスの導入時間によって制御することが可能である。これらの光電変換部を多接合積層する場合は、層間での格子定数を可能な限り合わせることにより、結晶性に優れた成長層を形成することができ、光電変換効率を向上することが可能となる。 An example of a manufacturing method of the photoelectric conversion unit 2 using a compound semiconductor is shown below. In this manufacturing method, all film-forming processes are performed using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus. It is done continuously. As a group III element material, for example, an organic metal such as trimethylgallium, trimethylaluminum, or trimethylindium is supplied to the growth apparatus using hydrogen as a carrier gas. For example, a gas such as arsine (AsH 3 ), phosphine (PH 3 ), and stibine (SbH 3 ) is used as the material of the group V element. As a dopant of p-type impurities or n-type impurities, for example, diethyl zinc for p-type conversion, monosilane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), hydrogen selenide (H 2 Se) for n-type conversion. Etc. are used. These source gases can be thermally decomposed by supplying them onto a substrate heated to, for example, 700 ° C., and a desired compound semiconductor material film can be epitaxially grown. The composition of these growth layers can be controlled by the gas composition to be introduced, and the film thickness can be controlled by the gas introduction time. When multi-junction laminating these photoelectric conversion parts, it is possible to form a growth layer with excellent crystallinity by adjusting the lattice constant between layers as much as possible, and to improve the photoelectric conversion efficiency. Become.

pn接合を形成した部分以外にも、例えば受光面側に公知の窓層や、非受光面側に公知の電界層等を設けることによりキャリア収集効率を高める工夫を有してもよい。また不純物の拡散を防止するためのバッファ層を有していてもよい。   In addition to the portion where the pn junction is formed, for example, a known window layer on the light receiving surface side or a known electric field layer on the non-light receiving surface side may be provided to improve carrier collection efficiency. Further, a buffer layer for preventing diffusion of impurities may be provided.

3−3.色素増感剤を利用した光電変換部
色素増感剤を利用した光電変換部は、例えば、主に多孔質半導体、色素増感剤、電解質、溶媒などにより構成される。
多孔質半導体を構成する材料としては、例えば、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム等公知の半導体から1種類以上を選択することが可能である。多孔質半導体を基板上に形成する方法としては、半導体粒子を含有するペーストをスクリーン印刷法、インクジェット法等で塗布し乾燥もしくは焼成する方法や、原料ガスを用いたCVD法等により製膜する方法、PVD法、蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法、電気化学的な酸化還元反応を利用した方法等が挙げられる。
3-3. Photoelectric conversion part using a dye sensitizer The photoelectric conversion part using a dye sensitizer is mainly composed of, for example, a porous semiconductor, a dye sensitizer, an electrolyte, a solvent, and the like.
As a material constituting the porous semiconductor, for example, one or more kinds of known semiconductors such as titanium oxide, tungsten oxide, zinc oxide, barium titanate, strontium titanate, cadmium sulfide can be selected. As a method for forming a porous semiconductor on a substrate, a paste containing semiconductor particles is applied by a screen printing method, an ink jet method and the like, dried or baked, a method of forming a film by a CVD method using a raw material gas, etc. , PVD method, vapor deposition method, sputtering method, sol-gel method, method using electrochemical oxidation-reduction reaction, and the like.

多孔質半導体に吸着する色素増感剤としては、可視光領域および赤外光領域に吸収を持つ種々の色素を用いることが可能である。ここで、多孔質半導体に色素を強固に吸着させるには、色素分子中にカルボン酸基、カルボン酸無水基、アルコキシ基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキシルアルキル基、エステル基、メルカプト基、ホスホニル基等が存在することが好ましい。これらの官能基は、励起状態の色素と多孔質半導体の伝導帯との間の電子移動を容易にする電気的結合を提供する。   As the dye sensitizer adsorbed on the porous semiconductor, various dyes having absorption in the visible light region and the infrared light region can be used. Here, in order to firmly adsorb the dye to the porous semiconductor, the carboxylic acid group, carboxylic anhydride group, alkoxy group, sulfonic acid group, hydroxyl group, hydroxylalkyl group, ester group, mercapto group, phosphonyl in the dye molecule It is preferable that a group or the like is present. These functional groups provide an electrical bond that facilitates electron transfer between the excited state dye and the conduction band of the porous semiconductor.

これらの官能基を含有する色素として、例えば、ルテニウムビピリジン系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、アゾ系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ベリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素等が挙げられる。   Examples of dyes containing these functional groups include ruthenium bipyridine dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, azo dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, and triphenylmethane dyes. Xanthene dyes, porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, berylene dyes, indigo dyes, naphthalocyanine dyes, and the like.

多孔質半導体への色素の吸着方法としては、例えば多孔質半導体を、色素を溶解した溶液(色素吸着用溶液)に浸漬する方法が挙げられる。色素吸着用溶液に用いられる溶媒としては、色素を溶解するものであれば特に制限されず、具体的には、エタノール、メタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトニトリル等の窒素化合物類、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル等のエステル類、水等を挙げることができる。   Examples of the method for adsorbing the dye to the porous semiconductor include a method in which the porous semiconductor is immersed in a solution in which the dye is dissolved (dye adsorption solution). The solvent used in the dye adsorption solution is not particularly limited as long as it dissolves the dye, and specifically, alcohols such as ethanol and methanol, ketones such as acetone, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran. Nitrogen compounds such as acetonitrile, aliphatic hydrocarbons such as hexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, esters such as ethyl acetate, water, and the like.

電解質は、酸化還元対とこれを保持する液体または高分子ゲル等固体の媒体からなる。
酸化還元対としては一般に、鉄系、コバルト系等の金属類や塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン物質が好適に用いられ、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム等の金属ヨウ化物とヨウ素の組み合わせが好ましく用いられる。さらに、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド等のイミダゾール塩等を混入することもできる。
The electrolyte is composed of a redox pair and a solid medium such as a liquid or polymer gel holding the redox pair.
In general, iron- and cobalt-based metals and halogen substances such as chlorine, bromine, and iodine are preferably used as the redox pair, and metal iodides such as lithium iodide, sodium iodide, and potassium iodide and iodine are used. The combination of is preferably used. Furthermore, imidazole salts such as dimethylpropylimidazole iodide can also be mixed.

また、溶媒としては、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、アセトニトリル等のニトリル化合物、エタノール、メタノール等のアルコール、その他、水や非プロトン極性物質等が用いられるが、中でも、カーボネート化合物やニトリル化合物が好適に用いられる。   As the solvent, carbonate compounds such as propylene carbonate, nitrile compounds such as acetonitrile, alcohols such as ethanol and methanol, water, aprotic polar substances, and the like are used. Of these, carbonate compounds and nitrile compounds are preferred. Used.

3−4.有機薄膜を用いた光電変換部
有機薄膜を用いた光電変換部は、電子供与性および電子受容性を持つ有機半導体材料で構成される電子正孔輸送層、または電子受容性を有する電子輸送層と電子供与性を有する正孔輸送層とが積層されたものであってもよい。
電子供与性の有機半導体材料としては、電子供与体としての機能を有するものであれば特に限定されないが、塗布法により製膜できることが好ましく、中でも電子供与性の導電性高分子が好適に使用される。
3-4. Photoelectric conversion part using organic thin film A photoelectric conversion part using an organic thin film comprises an electron hole transport layer composed of an organic semiconductor material having electron donating properties and electron accepting properties, or an electron transport layer having electron accepting properties. It may be a laminate of a hole transport layer having an electron donating property.
The electron-donating organic semiconductor material is not particularly limited as long as it has a function as an electron donor, but it is preferable that a film can be formed by a coating method, and among them, an electron-donating conductive polymer is preferably used. The

ここで導電性高分子とはp共役高分子を示し、炭素−炭素またはヘテロ原子を含む二重結合または三重結合が、単結合と交互に連なったp共役系からなり、半導体的性質を示すものをさす。   Here, the conductive polymer refers to a p-conjugated polymer, which is composed of a p-conjugated system in which double bonds or triple bonds containing carbon-carbon or heteroatoms are alternately linked to single bonds, and exhibits semiconducting properties. Point.

電子供与性の導電性高分子材料としては、例えばポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリカルバゾール、ポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、およびこれらの誘導体、共重合体、あるいはフタロシアニン含有ポリマー、カルバゾール含有ポリマー、有機金属ポリマー等が挙げられる。中でも、チオフェン−フルオレン共重合体、ポリアルキルチオフェン、フェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体、フルオレン−フェニレンビニレン共重合体、チオフェン−フェニレンビニレン共重合体等が好適に利用される。   Examples of the electron-donating conductive polymer material include polyphenylene, polyphenylene vinylene, polythiophene, polycarbazole, polyvinyl carbazole, polysilane, polyacetylene, polypyrrole, polyaniline, polyfluorene, polyvinyl pyrene, polyvinyl anthracene, and derivatives, Examples thereof include a polymer, a phthalocyanine-containing polymer, a carbazole-containing polymer, and an organometallic polymer. Among these, thiophene-fluorene copolymer, polyalkylthiophene, phenyleneethynylene-phenylene vinylene copolymer, fluorene-phenylene vinylene copolymer, thiophene-phenylene vinylene copolymer, and the like are preferably used.

電子受容性の有機半導体材料としては、電子受容体としての機能を有するものであれば特に限定されないが、塗布法により製膜できることが好ましく、中でも電子供与性の導電性高分子が好適に使用される。
電子受容性の導電性高分子としては、例えばポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン、およびこれらの誘導体、共重合体、あるいはカーボンナノチューブ、フラーレンおよびこれらの誘導体、CN基またはCF3基含有ポリマーおよびそれらの−CF3置換ポリマー等が挙げられる。
The electron-accepting organic semiconductor material is not particularly limited as long as it has a function as an electron acceptor. However, it is preferable that a film can be formed by a coating method, and among them, an electron-donating conductive polymer is preferably used. The
Examples of the electron-accepting conductive polymer include polyphenylene vinylene, polyfluorene, and derivatives and copolymers thereof, or carbon nanotubes, fullerene and derivatives thereof, CN group or CF 3 group-containing polymers, and -CF thereof. Examples thereof include 3- substituted polymers.

また、電子供与性化合物がドープされた電子受容性の有機半導体材料や、電子受容性化合物がドープされた電子供与性の有機半導体材料等を用いることが可能である。電子供与性化合物がドープされる電子受容性の導電性高分子材料としては、上述の電子受容性の導電性高分子材料を挙げることができる。ドープされる電子供与性化合物としては、例えばLi、K、Ca、Cs等のアルカリ金属やアルカリ土類金属のようなルイス塩基を用いることができる。なお、ルイス塩基は電子供与体として作用する。また、電子受容性化合物がドープされる電子供与性の導電性高分子材料としては、上述した電子供与性の導電性高分子材料を挙げることができる。ドープされる電子受容性化合物としては、例えばFeCl3、AlCl3、AlBr3、AsF6やハロゲン化合物のようなルイス酸を用いることができる。なお、ルイス酸は電子受容体として作用する。 In addition, an electron-accepting organic semiconductor material doped with an electron-donating compound, an electron-donating organic semiconductor material doped with an electron-accepting compound, or the like can be used. Examples of the electron-accepting conductive polymer material doped with the electron-donating compound include the above-described electron-accepting conductive polymer material. As the electron-donating compound to be doped, for example, a Lewis base such as an alkali metal such as Li, K, Ca, or Cs or an alkaline earth metal can be used. The Lewis base acts as an electron donor. Examples of the electron-donating conductive polymer material doped with the electron-accepting compound include the above-described electron-donating conductive polymer material. As the electron-accepting compound to be doped, for example, a Lewis acid such as FeCl 3 , AlCl 3 , AlBr 3 , AsF 6 or a halogen compound can be used. In addition, Lewis acid acts as an electron acceptor.

上記にて示した光電変換部2においては、第一義的には太陽光を受光させ光電変換を行うことを想定しているが、用途により蛍光灯や白熱灯、LED、特定の熱源から発せられる光等の人工光を照射し光電変換を行うことも可能である。   In the photoelectric conversion unit 2 shown above, it is assumed that sunlight is received and photoelectric conversion is primarily performed. However, it is emitted from a fluorescent lamp, an incandescent lamp, an LED, or a specific heat source depending on the application. It is also possible to perform photoelectric conversion by irradiating artificial light such as light.

4.第2電極
第2電極5は、光電変換部2の裏面上に設けることができる。第2電極5を設けることにより、光電変換部2の裏面の電位と第1電解用電極8の電位をほぼ同じにすることができる。また、光電変換部2の裏面と第1電解用電極8との間に流れる電流を大きくすることができる。このことにより、光電変換部2で生じた起電力により第1気体または第2気体をより効率的に発生させることができる。
第2電極5は、導電性を有すれば特に限定されないが、例えば、金属薄膜であり、また、例えば、Al、Ag、Auなどの薄膜である。これらは、例えば、スパッタリングなどにより形成することができる。また、例えば、In−Zn−O(IZO)、In−Sn−O(ITO)、ZnO−Al、Zn−Sn−O、SnO2等の透明導電膜である。
4). Second Electrode The second electrode 5 can be provided on the back surface of the photoelectric conversion unit 2. By providing the second electrode 5, the potential of the back surface of the photoelectric conversion unit 2 and the potential of the first electrolysis electrode 8 can be made substantially the same. Moreover, the electric current which flows between the back surface of the photoelectric conversion part 2 and the electrode 8 for 1st electrolysis can be enlarged. Thereby, the first gas or the second gas can be generated more efficiently by the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit 2.
Although it will not specifically limit if the 2nd electrode 5 has electroconductivity, For example, it is a metal thin film, for example, is thin films, such as Al, Ag, Au. These can be formed by, for example, sputtering. Further, for example, a transparent conductive film such as In—Zn—O (IZO), In—Sn—O (ITO), ZnO—Al, Zn—Sn—O, and SnO 2 is used.

5.熱電変換部
熱電変換部30は、光電変換部2の裏面と第1電解用電極8または第2電解用電極7との間に設けられる。また、熱電変換部30は、吸熱面と放熱面とを有することができる。この吸熱面は、熱電変換部の光電変換部側の面とすることができ、放熱面は、熱電変換部30の第1電解用電極8側または第2電解用電極7側とすることができる。このことにより、熱電変換部30は、光電変換部2から吸熱し、第1電解用電極8または第2電解用電極7に放熱することができる。光電変換部2を冷却しこの温度を低くすることにより、光電変換部2の光電変換効率を高くすることができる。また、第1電解用電極8または第2電解用電極7を加熱しこの温度を高くすることにより、第1電解用電極8および第2電解用電極7における電解液の電解反応の速度を速くすることができ、第1気体および第2気体の発生効率を高くすることができる。
5. Thermoelectric Conversion Unit The thermoelectric conversion unit 30 is provided between the back surface of the photoelectric conversion unit 2 and the first electrolysis electrode 8 or the second electrolysis electrode 7. Moreover, the thermoelectric conversion part 30 can have an endothermic surface and a heat radiating surface. This endothermic surface can be the photoelectric conversion portion side surface of the thermoelectric conversion portion, and the heat dissipation surface can be the first electrolysis electrode 8 side or the second electrolysis electrode 7 side of the thermoelectric conversion portion 30. . Thus, the thermoelectric conversion unit 30 can absorb heat from the photoelectric conversion unit 2 and dissipate heat to the first electrolysis electrode 8 or the second electrolysis electrode 7. The photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion unit 2 can be increased by cooling the photoelectric conversion unit 2 and lowering the temperature. Further, by heating the first electrolysis electrode 8 or the second electrolysis electrode 7 and increasing the temperature, the rate of the electrolytic reaction of the electrolytic solution in the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 is increased. The generation efficiency of the first gas and the second gas can be increased.

熱電変換部30は、p型半導体部6a、6b、n型半導体部3a、3b、第1熱電変換用電極26および第2熱電変換用電極27を有してもよい。また、p型半導体部6a、6bおよびn型半導体部3a、3bは、第1熱電変換用電極26および第2熱電変換用電極27に挟まれていてもよい。このことにより、p型半導体部6a、6bおよびn型半導体部3a、3bに電流を流すことができ、熱電変換部30は、第1熱電変換用電極26側と第2熱電変換用電極27側とに吸熱面と放熱面とを有することができる。なお、吸熱面と放熱面は、電流の流れる方向により交換可能である。また、p型半導体部6a、6bおよびn型半導体部3a、3bは、第1熱電変換用電極26および第2熱電変換用電極27を介して交互に直列接続されてもよい。   The thermoelectric conversion unit 30 may include p-type semiconductor units 6a and 6b, n-type semiconductor units 3a and 3b, a first thermoelectric conversion electrode 26, and a second thermoelectric conversion electrode 27. The p-type semiconductor portions 6a and 6b and the n-type semiconductor portions 3a and 3b may be sandwiched between the first thermoelectric conversion electrode 26 and the second thermoelectric conversion electrode 27. As a result, current can flow through the p-type semiconductor portions 6a and 6b and the n-type semiconductor portions 3a and 3b, and the thermoelectric conversion portion 30 is provided on the first thermoelectric conversion electrode 26 side and the second thermoelectric conversion electrode 27 side. And may have an endothermic surface and a heat dissipating surface. The heat absorption surface and the heat dissipation surface can be exchanged depending on the direction of current flow. Further, the p-type semiconductor units 6a and 6b and the n-type semiconductor units 3a and 3b may be alternately connected in series via the first thermoelectric conversion electrode 26 and the second thermoelectric conversion electrode 27.

p型半導体部6a、6bおよびn型半導体部3a、3bは、特に限定されないが、例えば、ビスマス(Bi)−テルル(Te)系のn型p型半導体対を用いることができ、Bi−Te成分にアンチモン(Sb)、セレン(Se)などを添加したものとすることができる。   The p-type semiconductor portions 6a and 6b and the n-type semiconductor portions 3a and 3b are not particularly limited. For example, a bismuth (Bi) -tellurium (Te) -based n-type p-type semiconductor pair can be used, and Bi-Te. Antimony (Sb), selenium (Se) or the like may be added to the component.

熱電変換部30に流す電流は、光電変換部2が受光することにより生じる起電力により流れる電流であってもよく、装置外部から供給される電力により流れる電流であってもよい。
熱電変換部30に光電変換部2の起電力により電流が流れるように構成することにより、熱電変換部に装置外部から電力を供給することなしに熱電変換を行うことができる。光電変換部2が受光することにより生じる起電力により電流が流れるように熱電変換部30を設ける方法は、特に限定されないが、例えば、図2のように第2熱電変換用電極27を第2電極5および第2電解用電極7にそれぞれ電気的に接続させて設ける方法である。
The current that flows through the thermoelectric conversion unit 30 may be a current that flows due to an electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light, or may be a current that flows due to power supplied from outside the apparatus.
By configuring the thermoelectric conversion unit 30 so that a current flows due to the electromotive force of the photoelectric conversion unit 2, thermoelectric conversion can be performed without supplying electric power to the thermoelectric conversion unit from the outside of the apparatus. The method of providing the thermoelectric conversion unit 30 so that the current flows by the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light is not particularly limited. For example, the second thermoelectric conversion electrode 27 is used as the second electrode as shown in FIG. 5 and the second electrolysis electrode 7 are electrically connected to each other.

また、p型半導体部6a、6bおよびn型半導体部3a、3bを流れる電流を制御する電流制御部を設けることもできる。この電流制御部は特に限定されないが、例えば、熱電変換用電極26、27と第2電極5とを電気的に接続する導電部24に温度より電気抵抗が変化しやすい材料を用いて形成することにより、流れる電流を制御することができる。また、シール材16の外部に電流制御部を設け、電流制御部によりp型半導体部6a、6bおよびn型半導体部3a、3bを流れる電流を制御してもよい。この場合、電流制御部は、熱電変換部30と外部電源とを電気的に接続させる配線を流れる電流を制御するように設けることができる。または電流制御部は、熱電変換部と光電変換部2とを電気的に接続させる配線を流れる電流を制御するように設けることができる。   Further, a current control unit that controls the current flowing through the p-type semiconductor units 6a and 6b and the n-type semiconductor units 3a and 3b can be provided. The current control unit is not particularly limited. For example, the current control unit is formed using a material whose electrical resistance is easily changed by temperature in the conductive unit 24 that electrically connects the thermoelectric conversion electrodes 26 and 27 and the second electrode 5. Thus, the flowing current can be controlled. Further, a current control unit may be provided outside the sealing material 16, and the current flowing through the p-type semiconductor units 6a and 6b and the n-type semiconductor units 3a and 3b may be controlled by the current control unit. In this case, the current control unit can be provided so as to control the current flowing through the wiring that electrically connects the thermoelectric conversion unit 30 and the external power source. Alternatively, the current control unit can be provided so as to control the current flowing through the wiring that electrically connects the thermoelectric conversion unit and the photoelectric conversion unit 2.

また、熱電変換部30は複数であってもよい。例えば、図4のように熱電変換部30a、30bを設けることができる。また、隣接する2つの熱電変換部30は、吸熱面と放熱面が逆側であってもよい。このことにより、この一方の熱電変換部30aは、光電変換部2を冷却し電解用電極を加熱することができ、もう一方の熱電変換部30bは、光電変換部2と電解用電極との間の温度差を利用して起電力を発生させることができる。この起電力を第1電解用電極8と第2電解用電極7における電解液の電解反応に利用することができ、第1気体および第2気体の発生量を多くすることができる。   Moreover, the thermoelectric conversion part 30 may be plural. For example, thermoelectric conversion units 30a and 30b can be provided as shown in FIG. Further, the two adjacent thermoelectric conversion units 30 may have the heat absorption surface and the heat dissipation surface opposite to each other. Thereby, this one thermoelectric conversion part 30a can cool the photoelectric conversion part 2, and can heat the electrode for electrolysis, and the other thermoelectric conversion part 30b is between the photoelectric conversion part 2 and the electrode for electrolysis. An electromotive force can be generated by utilizing the temperature difference. This electromotive force can be used for the electrolytic reaction of the electrolytic solution in the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7, and the generation amounts of the first gas and the second gas can be increased.

6.絶縁部
絶縁部11は、光電変換部2の裏面と熱電変換部30との間、熱電変換部30と第1電解用電極8および第2電解用電極7との間、第1導電部10と光電変換部2および熱電変換部30との間、第2導電部21と熱電変換部30との間およびp型半導体部6a、6bとn型半導体部3a、3bとの間に設けることができる。また、複数の熱電変換部30を設ける場合、隣接する2つの熱電変換部30の間に設けることもできる。
絶縁部11を設けることにより、リーク電流をより小さくすることができる。
6). Insulating part The insulating part 11 is between the back surface of the photoelectric conversion part 2 and the thermoelectric conversion part 30, between the thermoelectric conversion part 30, the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7, between the first conductive part 10 and It can be provided between the photoelectric conversion unit 2 and the thermoelectric conversion unit 30, between the second conductive unit 21 and the thermoelectric conversion unit 30, and between the p-type semiconductor units 6a and 6b and the n-type semiconductor units 3a and 3b. . Moreover, when providing the several thermoelectric conversion part 30, it can also provide between the two adjacent thermoelectric conversion parts 30. FIG.
By providing the insulating portion 11, the leakage current can be further reduced.

絶縁部11としては、有機材料、無機材料を問わず用いることが可能であり、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリアリーレン、芳香族ビニル化合物、フッ素系重合体、アクリル系重合体、ビニルアミド系重合体等の有機ポリマー、無機系材料としては、Al23等の金属酸化物、多孔質性シリカ膜等のSiO2や、フッ素添加シリコン酸化膜(FSG)、SiOC、HSQ(Hydrogen Silsesquioxane)膜、SiNx、シラノール(Si(OH)4)をアルコール等の溶媒に溶かし塗布・加熱することにより製膜する方法を用いることが可能である。 The insulating part 11 can be used regardless of an organic material or an inorganic material. For example, polyamide, polyimide, polyarylene, aromatic vinyl compound, fluorine polymer, acrylic polymer, vinylamide polymer, etc. Examples of organic polymers and inorganic materials include metal oxides such as Al 2 O 3 , SiO 2 such as porous silica films, fluorine-added silicon oxide films (FSG), SiOC, HSQ (Hydrogen Silsesquioxane) films, SiN x , It is possible to use a method of forming a film by dissolving silanol (Si (OH) 4 ) in a solvent such as alcohol and applying and heating.

絶縁部11を形成する方法としては、絶縁性材料を含有するペーストをスクリーン印刷法、インクジェット法、スピンコーティング法等で塗布し乾燥もしくは焼成する方法や、原料ガスを用いたCVD法等により製膜する方法、PVD法、蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法を利用した方法等が挙げられる。   As a method for forming the insulating portion 11, a film containing a paste containing an insulating material is applied by a screen printing method, an ink jet method, a spin coating method, etc., dried or baked, or a CVD method using a source gas is used. And a method using a PVD method, a vapor deposition method, a sputtering method, a sol-gel method, and the like.

7.第1導電部、第2導電部
第1導電部10は、第1電極4と第2電解用電極7とにそれぞれ接触するように設けることができる。第1導電部10を設けることにより、容易に光電変換部2の受光面に接触した第1電極4と第2電解用電極7とを電気的に接続することができる。また、第2導電部21は、第2電極5と第1電解用電極8にそれぞれ接触するように設けることができる。
第1導電部10は光電変換部2の受光面と接触した第1電極4と光電変換部2の裏面上に設けられた第2電解用電極7とに接触するため、光電変換部2の受光面と平行な第1導電部の断面積を大きくしすぎると、光電変換部2の受光面の面積を小さくすることにつながる。また、光電変換部2の受光面に平行な第1導電部10の断面積を小さくしすぎると光電変換部2の受光面の電位と第2電解用電極7の電位との間に差が生じ、電解液を分解する電位差が得られなくなる場合もあり、第1気体または第2気体の発生効率の減少につながる場合もある。従って、光電変換部2の受光面と平行な第1導電部の断面積は、一定の範囲である必要がある。例えば、光電変換部2の受光面と平行な第1導電部の断面積(第1導電部が複数の場合、その断面積の総計)は、光電変換部2の受光面の面積を100%としたとき、0.1%以上10%以下とすることができ、好ましくは、0.5%以上8%以下、さらに好ましくは、1%以上6%以下とすることができる。
7). First Conductive Part, Second Conductive Part The first conductive part 10 can be provided so as to contact the first electrode 4 and the second electrolysis electrode 7 respectively. By providing the first conductive portion 10, the first electrode 4 and the second electrolysis electrode 7 in contact with the light receiving surface of the photoelectric conversion portion 2 can be easily electrically connected. Moreover, the 2nd electroconductive part 21 can be provided so that it may contact with the 2nd electrode 5 and the electrode 8 for 1st electrolysis, respectively.
Since the first conductive unit 10 contacts the first electrode 4 in contact with the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 and the second electrolysis electrode 7 provided on the back surface of the photoelectric conversion unit 2, the light reception of the photoelectric conversion unit 2 is performed. If the cross-sectional area of the first conductive portion parallel to the surface is too large, the area of the light receiving surface of the photoelectric conversion portion 2 is reduced. In addition, if the cross-sectional area of the first conductive unit 10 parallel to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 is too small, a difference occurs between the potential of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 and the potential of the second electrolysis electrode 7. In some cases, a potential difference for decomposing the electrolytic solution cannot be obtained, and the generation efficiency of the first gas or the second gas may be reduced. Therefore, the cross-sectional area of the first conductive part parallel to the light receiving surface of the photoelectric conversion part 2 needs to be within a certain range. For example, the cross-sectional area of the first conductive part parallel to the light-receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 (when there are a plurality of first conductive parts, the total cross-sectional area) is 100% of the area of the light-receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 In this case, it can be 0.1% or more and 10% or less, preferably 0.5% or more and 8% or less, and more preferably 1% or more and 6% or less.

また、第1導電部10は、光電変換部2を貫通するコンタクトホールに設けられてもよい。このことにより、第1導電部10を設けることによる光電変換部2の受光面の面積の減少をより小さくすることができる。また、このことにより、光電変換部2の受光面と第2電解用電極7との間の電流経路を短くすることができ、より効率的に第1気体または第2気体を発生させることができる。また、このことにより、光電変換部2の受光面と平行な第1導電部10の断面積を容易に調節することができる。
また、第1導電部10が設けられたコンタクトホールは、1つまたは複数でもよく、円形の断面を有してもよい。また、光電変換部2の受光面と平行なコンタクトホールの断面積(コンタクトホールが複数の場合、その断面積の総計)は、光電変換部2の受光面の面積を100%としたとき、0.1%以上10%以下とすることができ、好ましくは、0.5%以上8%以下、さらに好ましくは、1%以上6%以下とすることができる。
また、第2導電部21は、熱電変換部30を貫通するコンタクトホールに設けられてもよい。
The first conductive unit 10 may be provided in a contact hole that penetrates the photoelectric conversion unit 2. Thereby, the reduction in the area of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 due to the provision of the first conductive unit 10 can be further reduced. Moreover, by this, the electric current path between the light-receiving surface of the photoelectric conversion part 2 and the 2nd electrode 7 for electrolysis can be shortened, and 1st gas or 2nd gas can be generated more efficiently. . In addition, this makes it possible to easily adjust the cross-sectional area of the first conductive unit 10 parallel to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2.
Moreover, the contact hole provided with the 1st electroconductive part 10 may have one or more, and may have a circular cross section. The cross-sectional area of the contact hole parallel to the light-receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 (the sum of the cross-sectional areas when there are a plurality of contact holes) is 0 when the area of the light-receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 is 100%. .1% or more and 10% or less, preferably 0.5% or more and 8% or less, more preferably 1% or more and 6% or less.
Further, the second conductive portion 21 may be provided in a contact hole that penetrates the thermoelectric conversion portion 30.

第1導電部10、第2導電部21の材料は、導電性を有しているものであれば特に制限されない。導電性粒子を含有するペースト、例えばカーボンペースト、Agペースト等をスクリーン印刷法、インクジェット法等で塗布し乾燥もしくは焼成する方法や、原料ガスを用いたCVD法等により製膜する方法、PVD法、蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法、電気化学的な酸化還元反応を利用した方法等が挙げられる。   The material of the 1st electroconductive part 10 and the 2nd electroconductive part 21 will not be restrict | limited especially if it has electroconductivity. A paste containing conductive particles, for example, a carbon paste, an Ag paste or the like applied by screen printing, an inkjet method, etc., dried or baked, a method of forming a film by a CVD method using a raw material gas, a PVD method, Examples thereof include a vapor deposition method, a sputtering method, a sol-gel method, and a method using an electrochemical redox reaction.

8.第1電解用電極
第1電解用電極8は、光電変換部2の裏面側に設けられる。このことにより、第1電解用電極8は光電変換部2に入射する光を遮ることはない。
また、第1電解用電極8は、光電変換部2の裏面と電気的に接続する。このことにより、光電変換部2の裏面の電位と第1電解用電極8の電位をほぼ同じとすることができる。また、第1電解用電極8は、電解液室15に貯留する電解液に浸漬することが可能である。このことにより、第1電解用電極8の表面で電気分解反応を進行させることができる。これらのことから、第1電解用電極8は、光電変換部2の起電力により電解液から第1気体を発生させることができる。
8). First Electrolysis Electrode The first electrolysis electrode 8 is provided on the back side of the photoelectric conversion unit 2. Thus, the first electrolysis electrode 8 does not block light incident on the photoelectric conversion unit 2.
Further, the first electrolysis electrode 8 is electrically connected to the back surface of the photoelectric conversion unit 2. As a result, the potential of the back surface of the photoelectric conversion unit 2 and the potential of the first electrolysis electrode 8 can be made substantially the same. Further, the first electrolysis electrode 8 can be immersed in the electrolytic solution stored in the electrolytic solution chamber 15. As a result, the electrolysis reaction can proceed on the surface of the first electrolysis electrode 8. Therefore, the first electrolysis electrode 8 can generate the first gas from the electrolytic solution by the electromotive force of the photoelectric conversion unit 2.

また、第1電解用電極8は、熱電変換部30の放熱面により加熱されることができる。このことにより第1電解用電極8の温度を高くすることができ、第1電解用電極8表面における電解液の電気分解反応を活性化することができる。その結果、第1気体を効率よく発生させることができる。   The first electrolysis electrode 8 can be heated by the heat dissipation surface of the thermoelectric conversion unit 30. As a result, the temperature of the first electrolysis electrode 8 can be increased, and the electrolysis reaction of the electrolytic solution on the surface of the first electrolysis electrode 8 can be activated. As a result, the first gas can be generated efficiently.

また、第1電解用電極8は、第2電解用電極7と接触しないように設けることができる。このことにより、第1電解用電極8と第2電解用電極7との間にリーク電流が流れるのを防止することとができる。
また、第1電解用電極8は、電解液からH2を発生させる水素発生部または電解液からO2を発生させる酸素発生部であってもよい。このことにより、第1気体を水素または酸素とすることができ、本実施形態の気体製造装置により、電解液に含まれる水を分解し、燃料電池の燃料となる水素を製造することができる。
Further, the first electrolysis electrode 8 can be provided so as not to contact the second electrolysis electrode 7. As a result, it is possible to prevent leakage current from flowing between the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.
Further, the first electrolysis electrode 8 may be a hydrogen generating part that generates H 2 from the electrolytic solution or an oxygen generating part that generates O 2 from the electrolytic solution. As a result, the first gas can be hydrogen or oxygen, and the gas producing apparatus of the present embodiment can decompose water contained in the electrolyte and produce hydrogen that serves as a fuel for the fuel cell.

9.第2電解用電極
第2電解用電極7は、光電変換部2の裏面側に設けられる。このことにより、第2電解用電極7は光電変換部2に入射する光を遮ることはない。
また、第2電解用電極7は、光電変換部2の受光面と電気的に接続する。このことにより、光電変換部2の受光面の電位と第2電解用電極7の電位をほぼ同じとすることができる。また、第2電解用電極7は、電解液室15に貯留する電解液に浸漬することが可能である。このことにより、第2電解用電極7の表面で電気分解反応を進行させることができる。これらのことから、第2電解用電極7は、光電変換部2の起電力により電解液から第2気体を発生させることができる。
9. Second Electrolysis Electrode The second electrolysis electrode 7 is provided on the back side of the photoelectric conversion unit 2. Thus, the second electrolysis electrode 7 does not block light incident on the photoelectric conversion unit 2.
The second electrolysis electrode 7 is electrically connected to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2. Thereby, the potential of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 and the potential of the second electrolysis electrode 7 can be made substantially the same. The second electrolysis electrode 7 can be immersed in an electrolytic solution stored in the electrolytic solution chamber 15. As a result, the electrolysis reaction can proceed on the surface of the second electrolysis electrode 7. From these things, the 2nd electrode 7 for electrolysis can generate 2nd gas from electrolyte solution with the electromotive force of the photoelectric conversion part 2. FIG.

また、第2電解用電極7は、熱電変換部30の放熱面により加熱されることができる。このことにより第2電解用電極7の温度を高くすることができ、第2電解用電極7表面における電解液の電気分解反応を活性化することができる。その結果、第2気体を効率よく発生させることができる。   The second electrolysis electrode 7 can be heated by the heat dissipation surface of the thermoelectric conversion unit 30. As a result, the temperature of the second electrolysis electrode 7 can be increased, and the electrolytic reaction of the electrolytic solution on the surface of the second electrolysis electrode 7 can be activated. As a result, the second gas can be generated efficiently.

また、第2電解用電極7は、第1電解用電極8と接触しないように設けることができる。このことにより、第1電解用電極8と第2電解用電極7との間にリーク電流が流れるのを防止することとができる。
また、第2電解用電極7は、電解液からH2を発生させる水素発生部または電解液からO2を発生させる酸素発生部であってもよい。このことにより、第2気体を水素または酸素とすることができ、本実施形態の気体製造装置により、電解液に含まれる水を分解し、燃料電池の燃料となる水素を製造することができる。
The second electrolysis electrode 7 can be provided so as not to contact the first electrolysis electrode 8. As a result, it is possible to prevent leakage current from flowing between the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.
Further, the second electrolysis electrode 7 may be a hydrogen generating part that generates H 2 from the electrolytic solution or an oxygen generating part that generates O 2 from the electrolytic solution. Thus, the second gas can be hydrogen or oxygen, and the gas producing apparatus of the present embodiment can decompose water contained in the electrolyte and produce hydrogen that serves as a fuel for the fuel cell.

10.水素発生部
水素発生部は、電解液からH2を発生させる部分であり、第1電解用電極8および第2電解用電極7のうちどちらか一方とすることができる。また、水素発生部は、電解液からH2が発生する反応の触媒を含んでもよい。このことにより、電解液からH2が発生する反応の反応速度を大きくすることができる。水素発生部は、電解液からH2が発生する反応の触媒のみからなってもよく、この触媒が担持体に担持されたものであってもよい。また、水素発生部は、光電変換部2の受光面の面積より大きい触媒表面積を有してもよい。このことにより、電解液からH2が発生する反応をより速い反応速度とすることができる。また、水素発生部は、触媒が担持された多孔質の導電体であってもよい。このことにより、触媒表面積を大きくすることができる。また、光電変換部2の受光面または裏面と水素発生部に含まれる触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を抑制することができる。また、この水素発生部を第1電解用電極8としたとき、第2電極5を省略しても光電変換部2の裏面と触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を抑制することができる。さらに、水素発生部は、水素発生触媒としてPt、Ir、Ru、Pd、Rh、Au、Fe、NiおよびSeのうち少なくとも1つを含んでもよい。
10. Hydrogen generating part The hydrogen generating part is a part that generates H 2 from the electrolytic solution, and can be either the first electrolysis electrode 8 or the second electrolysis electrode 7. Further, the hydrogen generation unit may include a catalyst for a reaction in which H 2 is generated from the electrolytic solution. Thereby, the reaction rate of the reaction in which H 2 is generated from the electrolytic solution can be increased. The hydrogen generation part may consist only of a catalyst for the reaction in which H 2 is generated from the electrolytic solution, or this catalyst may be supported on a support. Further, the hydrogen generation unit may have a catalyst surface area larger than the area of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2. Thereby, the reaction in which H 2 is generated from the electrolytic solution can be set to a faster reaction rate. The hydrogen generation part may be a porous conductor carrying a catalyst. This can increase the catalyst surface area. In addition, a change in potential due to a current flowing between the light receiving surface or the back surface of the photoelectric conversion unit 2 and the catalyst included in the hydrogen generation unit can be suppressed. Moreover, when this hydrogen generating part is the first electrolysis electrode 8, even if the second electrode 5 is omitted, a change in potential due to current flowing between the back surface of the photoelectric conversion part 2 and the catalyst is suppressed. Can do. Furthermore, the hydrogen generation unit may include at least one of Pt, Ir, Ru, Pd, Rh, Au, Fe, Ni, and Se as a hydrogen generation catalyst.

電解液からH2が発生する反応の触媒(水素発生触媒)は、2つのプロトンと2つの電子から1分子の水素への変換を促進する触媒であり、化学的に安定であり、水素生成過電圧が小さい材料を用いることができる。例えば、水素に対して触媒活性を有するPt,Ir,Ru,Pd,Rh,Au等の白金族金属およびその合金あるいは化合物、水素生成酵素であるヒドロゲナーゼの活性中心を構成するFe,Ni,Seの合金あるいは化合物、およびこれらの組み合わせ等を好適に用いることが可能である。中でもPtおよびPtを含有するナノ構造体は水素発生過電圧が小さく好適に用いることが可能である。光照射により水素発生反応が確認されるCdS,CdSe,ZnS,ZrO2などの材料を用いることもできる。 The catalyst for the reaction of generating H 2 from the electrolyte (hydrogen generation catalyst) is a catalyst that promotes the conversion of two protons and two electrons into one molecule of hydrogen, is chemically stable, and generates hydrogen overvoltage. Can be used. For example, platinum group metals such as Pt, Ir, Ru, Pd, Rh, and Au, which have catalytic activity for hydrogen, and alloys or compounds thereof, Fe, Ni, and Se that constitute the active center of hydrogenase that is a hydrogen-producing enzyme. An alloy or a compound, a combination thereof, or the like can be preferably used. Among them, a nanostructure containing Pt and Pt has a small hydrogen generation overvoltage and can be suitably used. Materials such as CdS, CdSe, ZnS, and ZrO 2 whose hydrogen generation reaction is confirmed by light irradiation can also be used.

水素発生触媒を直接光電変換部2の裏面などに担持することは可能であるが、反応面積をより大きくし気体生成速度を向上させるために、触媒を導電体に担持することができる。触媒を担持する導電体としては、金属材料、炭素質材料、導電性を有する無機材料等が挙げられる。   Although it is possible to directly support the hydrogen generating catalyst on the back surface of the photoelectric conversion unit 2, the catalyst can be supported on a conductor in order to increase the reaction area and improve the gas generation rate. Examples of the conductor carrying the catalyst include metal materials, carbonaceous materials, and conductive inorganic materials.

金属材料としては、電子伝導性を有し、酸性雰囲気下で耐腐食性を有する材料が好ましい。具体的には、Au、Pt、Pd等の貴金属、Ti、Ta、W、Nb、Ni、Al、Cr、Ag、Cu、Zn、Su、Si等の金属並びにこれらの金属の窒化物および炭化物、ステンレス鋼、Cu−Cr、Ni−Cr、Ti−Pt等の合金が挙げられる。金属材料には、Pt、Ti、Au、Ag、Cu、Ni、Wからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含むことが、他の化学的な副反応が少ないという観点から、より好ましい。これら金属材料は、比較的電気抵抗が小さく、面方向に電流を取り出しても電圧の低下を抑制することができる。また、Cu、Ag、Zn等の酸性雰囲気下での耐腐食性に乏しい金属材料を用いる場合には、Au、Pt、Pd等の耐腐食性を有する貴金属および金属、カーボン、グラファイト、グラッシーカーボン、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等によって耐腐食性に乏しい金属の表面をコーティングしてもよい。   As the metal material, a material having electronic conductivity and resistance to corrosion in an acidic atmosphere is preferable. Specifically, noble metals such as Au, Pt, Pd, metals such as Ti, Ta, W, Nb, Ni, Al, Cr, Ag, Cu, Zn, Su, Si, and nitrides and carbides of these metals, Examples of the alloy include stainless steel, Cu—Cr, Ni—Cr, and Ti—Pt. It is more preferable that the metal material contains at least one element selected from the group consisting of Pt, Ti, Au, Ag, Cu, Ni, and W from the viewpoint that there are few other chemical side reactions. These metal materials have a relatively small electric resistance, and can suppress a decrease in voltage even when a current is extracted in the surface direction. Further, when using a metal material having poor corrosion resistance in an acidic atmosphere such as Cu, Ag, Zn, etc., noble metals and metals having corrosion resistance such as Au, Pt, Pd, carbon, graphite, glassy carbon, A metal surface having poor corrosion resistance may be coated with a conductive polymer, a conductive nitride, a conductive carbide, a conductive oxide, or the like.

炭素質材料としては、化学的に安定で導電性を有する材料が好ましい。例えば、アセチレンブラック、バルカン、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、VGCF、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレン等の炭素粉末や炭素繊維が挙げられる。   As the carbonaceous material, a chemically stable and conductive material is preferable. Examples thereof include carbon powders and carbon fibers such as acetylene black, vulcan, ketjen black, furnace black, VGCF, carbon nanotube, carbon nanohorn, and fullerene.

導電性を有する無機材料としては、例えば、In−Zn−O(IZO)、In−Sn−O(ITO)、ZnO−Al、Zn−Sn−O、SnO2、酸化アンチモンドープ酸化スズが挙げられる。 Examples of the inorganic material having conductivity include In—Zn—O (IZO), In—Sn—O (ITO), ZnO—Al, Zn—Sn—O, SnO 2 , and antimony oxide-doped tin oxide. .

なお、導電性高分子としては、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンビニレン等が挙げられ、導電性窒化物としては、窒化炭素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化ゲルマニウム、窒化チタニウム、窒化ジルコニウム、窒化タリウム等が挙げられ、導電性炭化物としては、炭化タンタル、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタニウム、炭化モリブデン、炭化ニオブ、炭化鉄、炭化ニッケル、炭化ハフニウム、炭化タングステン、炭化バナジウム、炭化クロム等が挙げられ、導電性酸化物としては、酸化スズ、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化アンチモンドープ酸化スズ等が挙げられる。   In addition, examples of the conductive polymer include polyacetylene, polythiophene, polyaniline, polypyrrole, polyparaphenylene, polyparaphenylene vinylene, and the like, and examples of the conductive nitride include carbon nitride, silicon nitride, gallium nitride, indium nitride, and nitride. Germanium, titanium nitride, zirconium nitride, thallium nitride, etc. are listed, and conductive carbides include tantalum carbide, silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, molybdenum carbide, niobium carbide, iron carbide, nickel carbide, hafnium carbide, tungsten carbide. , Vanadium carbide, chromium carbide, and the like. Examples of the conductive oxide include tin oxide, indium tin oxide (ITO), and antimony oxide-doped tin oxide.

水素発生触媒を担持する導電体の構造としては、板状、箔状、棒状、メッシュ状、ラス板状、多孔質板状、多孔質棒状、織布状、不織布状、繊維状、フェルト状が好適に使用できる。また、フェルト状電極の表面を溝状に圧着した溝付き導電体は、電気抵抗と電極液の流動抵抗を低減できるので好適である。   The structure of the conductor supporting the hydrogen generation catalyst includes a plate shape, a foil shape, a rod shape, a mesh shape, a lath plate shape, a porous plate shape, a porous rod shape, a woven fabric shape, a nonwoven fabric shape, a fiber shape, and a felt shape. It can be used suitably. Further, a grooved conductor in which the surface of the felt-like electrode is pressure-bonded in a groove shape is preferable because the electric resistance and the flow resistance of the electrode liquid can be reduced.

11.酸素発生部
酸素発生部は、電解液からO2を発生させる部分であり、第1電解用電極8および第2電解用電極7のうちどちらか一方である。また、酸素発生部は、電解液からO2が発生する反応の触媒を含んでもよい。このことにより、電解液からO2が発生する反応の反応速度を大きくすることができる。また、酸素発生部は、電解液からO2が発生する反応の触媒のみからなってもよく、この触媒が担持体に担持されたものであってもよい。また、酸素発生部は、光電変換部2の受光面の面積より大きい触媒表面積を有してもよい。このことにより、電解液からO2が発生する反応をより速い反応速度とすることができる。また、酸素発生部は、触媒が担持された多孔質の導電体であってもよい。このことにより、触媒表面積を大きくすることができる。また、光電変換部2の受光面または裏面と酸素発生部に含まれる触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を抑制することができる。また、この酸素発生部を第1電解用電極8としたとき、第2電極5を省略しても光電変換部2の裏面と触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を抑制することができる。さらに、酸素発生部は、酸素発生触媒としてMn、Ca、Zn、CoおよびIrのうち少なくとも1つを含んでもよい。
11. Oxygen generating portion The oxygen generating portion is a portion that generates O 2 from the electrolytic solution, and is one of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. Further, the oxygen generation unit may include a catalyst for a reaction in which O 2 is generated from the electrolytic solution. Thereby, the reaction rate of the reaction in which O 2 is generated from the electrolytic solution can be increased. Further, the oxygen generation part may consist only of a catalyst for the reaction that generates O 2 from the electrolytic solution, or the catalyst may be supported on a carrier. Further, the oxygen generation unit may have a catalyst surface area larger than the area of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2. Thereby, the reaction in which O 2 is generated from the electrolytic solution can be set to a faster reaction rate. The oxygen generation part may be a porous conductor carrying a catalyst. This can increase the catalyst surface area. In addition, a change in potential due to a current flowing between the light receiving surface or the back surface of the photoelectric conversion unit 2 and the catalyst included in the oxygen generation unit can be suppressed. Moreover, when this oxygen generating part is the first electrolysis electrode 8, even if the second electrode 5 is omitted, a change in potential due to current flowing between the back surface of the photoelectric conversion part 2 and the catalyst is suppressed. Can do. Furthermore, the oxygen generation unit may include at least one of Mn, Ca, Zn, Co, and Ir as an oxygen generation catalyst.

電解液からO2が発生する反応の触媒(酸素発生触媒)は、2つの水分子から1分子の酸素および4つのプロトンと4つの電子への変換を促進する触媒であり、化学的に安定であり、酸素発生過電圧が小さい材料を用いることができる。例えば、光を用い水から酸素発生を行う反応を触媒する酵素であるPhotosystem IIの活性中心を担うMn,Ca,Zn,Coを含む酸化物あるいは化合物や、Pt,RuO2,IrO2等の白金族金属を含む化合物や、Ti,Zr,Nb,Ta,W,Ce,Fe,Ni等の遷移金属を含む酸化物あるいは化合物、および上記材料の組み合わせ等を用いることが可能である。中でも酸化イリジウム、酸化マンガン、酸化コバルト、リン酸コバルトは、過電圧が小さく酸素発生効率が高いことから好適に用いることができる。 The catalyst for the reaction of generating O 2 from the electrolyte (oxygen generating catalyst) is a catalyst that promotes the conversion of two water molecules into one molecule of oxygen, four protons, and four electrons, and is chemically stable. In addition, a material having a small oxygen generation overvoltage can be used. For example, oxides or compounds containing Mn, Ca, Zn, Co, which are active centers of Photosystem II, which is an enzyme that catalyzes the reaction of generating oxygen from water using light, and platinum such as Pt, RuO 2 , IrO 2 It is possible to use compounds containing group metals, oxides or compounds containing transition metals such as Ti, Zr, Nb, Ta, W, Ce, Fe, Ni, and combinations of the above materials. Among these, iridium oxide, manganese oxide, cobalt oxide, and cobalt phosphate can be suitably used because they have low overvoltage and high oxygen generation efficiency.

酸素発生触媒を直接光電変換部2の裏面に担持することは可能であるが、反応面積をより大きくし気体生成速度を向上させるために、触媒を導電体に担持することができる。触媒を担持する導電体としては、金属材料、炭素質材料、導電性を有する無機材料等が挙げられる。これらの説明は、「10.水素発生部」に記載した水素発生触媒についての説明が矛盾がない限り当てはまる。   Although it is possible to directly support the oxygen generating catalyst on the back surface of the photoelectric conversion unit 2, the catalyst can be supported on a conductor in order to increase the reaction area and improve the gas generation rate. Examples of the conductor carrying the catalyst include metal materials, carbonaceous materials, and conductive inorganic materials. These explanations apply as long as there is no contradiction in the explanation of the hydrogen generation catalyst described in “10. Hydrogen generation section”.

水素発生触媒および酸素発生触媒の単独の触媒活性が小さい場合、助触媒を用いることも可能である。例えば、Ni,Cr,Rh,Mo,Co,Seの酸化物あるいは化合物などが挙げられる。   When the catalytic activity of the hydrogen generating catalyst and the oxygen generating catalyst alone is small, a promoter can be used. Examples thereof include oxides or compounds of Ni, Cr, Rh, Mo, Co, and Se.

なお、水素発生触媒、酸素発生触媒の担持方法は、導電体もしくは半導体に直接塗布する方法や、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等のPVD法、CVD法等の乾式塗工法、電析法など、材料により適宜その手法を変え作製ことが可能である。光電変換部と触媒の間に適宜導電物質を担持することが可能である。また水素発生および酸素発生のための触媒活性が十分でない場合、金属やカーボン等の多孔質体や繊維状物質、ナノ粒子等に担持することにより反応表面積を大きくし、水素及び酸素発生速度を向上させることが可能である。   The method for supporting the hydrogen generating catalyst and the oxygen generating catalyst can be applied directly to a conductor or semiconductor, PVD methods such as vacuum deposition, sputtering, and ion plating, dry coating methods such as CVD, The method can be appropriately changed depending on the material such as an analysis method. A conductive material can be appropriately supported between the photoelectric conversion unit and the catalyst. Also, when the catalytic activity for hydrogen generation and oxygen generation is not sufficient, the reaction surface area is increased by supporting it on porous materials such as metals and carbon, fibrous materials, nanoparticles, etc., and the hydrogen and oxygen generation rates are improved. It is possible to make it.

12.電解液室
電解液室15は、第1電解用電極8および第2電解用電極7が浸漬する電解液を貯留可能に設けることができる。このことにより、第1電解用電極8および第2電解用電極7を電解液に浸漬することができ、第1電解用電極8と第2電解用電極7の表面で電解液の電気分解反応を進行させることができる。電解液室15は、例えば、第1電解用電極8および第2電解用電極7と背面基板14との間に形成される空間とすることができる。
また、電解液室15は、第1電解用電極8から発生させた第1気体および第2電解用電極7から発生させた第2気体を回収するための流路とすることができる。
12 Electrolytic Solution Chamber The electrolytic solution chamber 15 can be provided so as to be able to store an electrolytic solution in which the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 are immersed. Thus, the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 can be immersed in the electrolytic solution, and the electrolytic reaction of the electrolytic solution is performed on the surfaces of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. Can be advanced. The electrolyte chamber 15 can be, for example, a space formed between the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 and the back substrate 14.
The electrolyte chamber 15 can be a flow path for collecting the first gas generated from the first electrolysis electrode 8 and the second gas generated from the second electrolysis electrode 7.

13.背面基板
背面基板14は、第1電解用電極8および第2電解用電極7の上に透光性基板1と対向するように設けることができる。また、背面基板14は、第1電解用電極8および第2電解用電極7と背面基板14との間に空間が設けられるように設けることができる。この空間を電解液室15とすることができる。
また、背面基板14は、光電変換部2、熱電変換部30、第1電解用電極8および第2電解用電極7を収容でき、電解液室15を形成することができる外箱の一部であってもよい。
13. Back Substrate The back substrate 14 can be provided on the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 so as to face the translucent substrate 1. The back substrate 14 can be provided such that a space is provided between the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 and the back substrate 14. This space can be used as the electrolytic solution chamber 15.
Further, the back substrate 14 can accommodate the photoelectric conversion unit 2, the thermoelectric conversion unit 30, the first electrolysis electrode 8, and the second electrolysis electrode 7, and is a part of the outer box that can form the electrolytic solution chamber 15. There may be.

また、背面基板14は、電解液を貯留し、生成した第1気体および第2気体を閉じ込めるための電解液室15を構成するため、機密性が高い物質が求められる。背面基板14は、透明なものであっても不透明なものであっても特に限定されるものではない。背面基板としては、例えば石英ガラス、パイレックス(登録商標)、合成石英板等の透明なリジッド材、あるいは透明樹脂板、透明樹脂フィルムなどを挙げることができる。中でも、ガスの透過性がなく、化学的物理的に安定な物質である点でガラス材を用いることが好ましい。   Moreover, since the back substrate 14 constitutes the electrolytic solution chamber 15 for storing the electrolytic solution and confining the generated first gas and second gas, a substance with high confidentiality is required. The back substrate 14 is not particularly limited, whether it is transparent or opaque. Examples of the back substrate include a transparent rigid material such as quartz glass, Pyrex (registered trademark), and a synthetic quartz plate, or a transparent resin plate and a transparent resin film. Among them, it is preferable to use a glass material because it is a gas that is not chemically permeable and is chemically and physically stable.

背面基板14に外箱を用いる場合、外箱は、例えばステンレス鋼等の鋼材または、ジルコニア、アルミナ等のセラミック、フェノール樹脂、メラミン樹脂(MF)、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂等の合成樹脂からなることが好ましい。   When an outer box is used for the back substrate 14, the outer box is made of, for example, a steel material such as stainless steel or a synthetic resin such as a ceramic such as zirconia or alumina, a phenol resin, a melamine resin (MF), or a glass fiber reinforced polyamide resin. Is preferred.

14.隔壁
隔壁13は、第1電解用電極8と背面基板14との間の空間および第2電解用電極7と背面基板14との間の空間とを仕切るように設けることができる。このことにより、第1電解用電極8および第2電解用電極7で発生させた第1気体および第2気体が混合することを防止することができ、第1気体および第2気体を分離して回収することができる。
また、隔壁13は、イオン交換体を含んでもよい。このことにより、第1電解用電極8と背面基板14との間の空間の電解液と第2電解用電極7と背面基板14との間の空間の電解液でアンバランスとなったイオン濃度を一定に保つことができる。つまり、第1電解用電極8および第2電解用電極7における電気分解反応により生じたイオン濃度の不均衡が、イオンが隔壁9を介してイオンの移動が起こることにより解消することができる。なお、第1電解用電極8および第2電解用電極7においてH2Oの電気分解反応により水素と酸素を発生させる場合、隔壁13がイオン交換体を含むことにより、プロトン濃度の不均衡を解消することができる。
14 Partition Wall The partition wall 13 can be provided so as to partition the space between the first electrolysis electrode 8 and the back substrate 14 and the space between the second electrolysis electrode 7 and the back substrate 14. As a result, the first gas and the second gas generated by the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 can be prevented from mixing, and the first gas and the second gas can be separated. It can be recovered.
The partition wall 13 may include an ion exchanger. As a result, the ion concentration that is unbalanced by the electrolytic solution in the space between the first electrolysis electrode 8 and the back substrate 14 and the electrolytic solution in the space between the second electrolysis electrode 7 and the back substrate 14 is reduced. Can be kept constant. In other words, the ion concentration imbalance caused by the electrolysis reaction in the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 can be eliminated by the movement of ions through the partition walls 9. When hydrogen and oxygen are generated by the electrolysis reaction of H 2 O in the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7, the partition wall 13 contains an ion exchanger, thereby eliminating the proton concentration imbalance. can do.

電解液を電気分解し、水素および酸素を発生させる場合、電解液からの水素発生量および酸素発生量の割合は、2:1のモル比であり、第1電解用電極8と第2電解用電極7により、気体発生量が異なる。このため、装置内の含水量を一定量にする目的から、隔壁13は水を透過する材料であることが好ましい。
隔壁13は、例えば、多孔質ガラス、多孔質ジルコニア、多孔質アルミナ等の無機膜あるいはイオン交換体を用いることが可能である。イオン交換体としては、当該分野で公知のイオン交換体をいずれも使用でき、プロトン伝導性膜、カチオン交換膜、アニオン交換膜等を使用できる。
When the electrolytic solution is electrolyzed to generate hydrogen and oxygen, the ratio of the hydrogen generation amount and the oxygen generation amount from the electrolytic solution is a molar ratio of 2: 1, and the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis are used. The amount of gas generated varies depending on the electrode 7. For this reason, it is preferable that the partition wall 13 is made of a material that allows water to pass through in order to keep the water content in the apparatus constant.
For the partition wall 13, for example, an inorganic film such as porous glass, porous zirconia, or porous alumina or an ion exchanger can be used. As the ion exchanger, any ion exchanger known in the art can be used, and a proton conductive membrane, a cation exchange membrane, an anion exchange membrane, or the like can be used.

プロトン伝導性膜の材質としては、プロトン伝導性を有しかつ電気的絶縁性を有する材質であれば特に限定されず、高分子膜、無機膜又はコンポジット膜を用いることができる。   The material of the proton conductive film is not particularly limited as long as it is a material having proton conductivity and electrical insulation, and a polymer film, an inorganic film, or a composite film can be used.

高分子膜としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系電解質膜である、デュポン社製のナフィオン(登録商標)、旭化成社製のアシプレックス(登録商標)、旭硝子社製のフレミオン(登録商標)等の膜や、ポリスチレンスルホン酸、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン等の炭化水素系電解質膜等が挙げられる。   Examples of the polymer membrane include Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont, Aciplex (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Co., and Flemion (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., which are perfluorosulfonic acid electrolyte membranes. Examples thereof include membranes and hydrocarbon electrolyte membranes such as polystyrene sulfonic acid and sulfonated polyether ether ketone.

無機膜としては、例えば、リン酸ガラス、硫酸水素セシウム、ポリタングストリン酸、ポリリン酸アンモニウム等からなる膜が挙げられる。コンポジット膜としては、スルホン化ポリイミド系ポリマー、タングステン酸等の無機物とポリイミド等の有機物とのコンポジット等からなる膜が挙げられ、具体的にはゴア社製のゴアセレクト膜(登録商標)や細孔フィリング電解質膜等が挙げられる。さらに、高温環境下(例えば、100℃以上)で使用する場合には、スルホン化ポリイミド、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)、スルホン化ポリベンゾイミダゾール、ホスホン化ポリベンゾイミダゾール、硫酸水素セシウム、ポリリン酸アンモニウム等が挙げられる。   Examples of the inorganic film include films made of phosphate glass, cesium hydrogen sulfate, polytungstophosphoric acid, ammonium polyphosphate, and the like. Examples of the composite membrane include a membrane made of a sulfonated polyimide polymer, a composite of an inorganic material such as tungstic acid and an organic material such as polyimide, and specifically, Gore Select membrane (registered trademark) or pores manufactured by Gore. Examples thereof include a filling electrolyte membrane. Furthermore, when used in a high temperature environment (for example, 100 ° C. or higher), sulfonated polyimide, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS), sulfonated polybenzimidazole, phosphonated polybenzimidazole, sulfuric acid. Examples include cesium hydrogen and ammonium polyphosphate.

カチオン交換膜としては、カチオンを移動させることができる固体高分子電解質であればよい。具体的には、パーフルオロカーボンスルフォン酸膜や、パーフルオロカーボンカルボン酸膜等のフッ素系イオン交換膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、ポリスチレンスルホン酸膜、スルホン酸化スチレン・ビニルベンゼン共重合体膜等が挙げられる。   The cation exchange membrane may be any solid polymer electrolyte that can move cations. Specifically, fluorine ion exchange membranes such as perfluorocarbon sulfonic acid membranes and perfluorocarbon carboxylic acid membranes, polybenzimidazole membranes impregnated with phosphoric acid, polystyrene sulfonic acid membranes, sulfonated styrene / vinylbenzene copolymers Examples include membranes.

支持電解質溶液のアニオン輸率が高い場合には、アニオン交換膜の使用が好ましい。アニオン交換膜としては、アニオンの移動可能な固体高分子電解質を使用できる。具体的には、ポリオルトフェニレンジアミン膜、アンモニウム塩誘導体基を有するフッ素系イオン交換膜、アンモニウム塩誘導体基を有するビニルベンゼンポリマー膜、クロロメチルスチレン・ビニルベンゼン共重合体をアミノ化した膜等が挙げられる。
水素発生、酸素発生がそれぞれ水素発生触媒、酸素発生触媒にて選択的に行われ、これに伴うイオンの移動が起こる場合、必ずしもイオン交換のための特殊な膜等の部材を配置する必要はない。ガスを物理的に隔離することのみの目的であれば、後述のシール剤に記載の紫外線硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を用いることが可能である。
When the anion transport number of the supporting electrolyte solution is high, it is preferable to use an anion exchange membrane. As the anion exchange membrane, a solid polymer electrolyte capable of transferring anions can be used. Specifically, a polyorthophenylenediamine film, a fluorine-based ion exchange film having an ammonium salt derivative group, a vinylbenzene polymer film having an ammonium salt derivative group, a film obtained by aminating a chloromethylstyrene / vinylbenzene copolymer, etc. Can be mentioned.
When hydrogen generation and oxygen generation are selectively performed by a hydrogen generation catalyst and an oxygen generation catalyst, respectively, and ion movement accompanying this occurs, it is not always necessary to arrange a member such as a special membrane for ion exchange. . For the purpose of only physically isolating the gas, it is possible to use an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin described in a sealant described later.

15.シール材
シール材16は、透光性基板1と背面基板14を接着し、電解液室15を構成するための材料である。また、背面基板14に箱状のものを用いた場合、シール材16は、箱状のものと透光性基板1とを接着するための材料である。シール材16は、例えば、紫外線硬化性接着剤、熱硬化性接着剤等が好適に使用されるが、その種類は限定されるものではない。紫外線硬化性の接着剤としては、200〜400nmの波長を持つ光を照射することにより重合が起こり光照射後数秒で硬化反応が起こる樹脂であり、ラジカル重合型とカチオン重合型に分けられ、ラジカル重合型樹脂としてはアクリルレート、不飽和ポリエステル、カチオン重合型としては、エポキシ、オキセタン、ビニルエーテル等が挙げられる。また熱硬化性の高分子接着剤としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、熱硬化性ポリイミド等の有機樹脂が挙げられる。熱硬化性の高分子接着剤は、熱圧着時に圧力を掛けた状態で加熱重合し、その後、加圧したまま、室温まで冷却することにより、各部材を良好に接合させるため、締め付け部材等を要しない。また、有機樹脂に加えて、ガラス基板に対して密着性の高いハイブリッド材料を用いることが可能である。ハイブリッド材料を用いることによって、弾性率や硬度等の力学的特性が向上し、耐熱性や耐薬品性が飛躍的に向上する。ハイブリッド材料は、無機コロイド粒子と有機バインダ樹脂とから構成される。例えば、シリカなどの無機コロイド粒子と、エポキシ樹脂、ポリウレタンアクリレート樹脂やポリエステルアクリレート樹脂などの有機バインダ樹脂とから構成されるものが挙げられる。
15. Sealing material The sealing material 16 is a material for adhering the translucent substrate 1 and the back substrate 14 to constitute the electrolyte chamber 15. Moreover, when a box-shaped thing is used for the back substrate 14, the sealing material 16 is a material for adhere | attaching a box-shaped thing and the translucent board | substrate 1. FIG. As the sealing material 16, for example, an ultraviolet curable adhesive, a thermosetting adhesive, or the like is preferably used, but the type thereof is not limited. The UV curable adhesive is a resin that undergoes polymerization upon irradiation with light having a wavelength of 200 to 400 nm and undergoes a curing reaction within a few seconds after light irradiation, and is divided into a radical polymerization type and a cationic polymerization type. Examples of the polymerization type resin include acrylates, unsaturated polyesters, and examples of the cationic polymerization type include epoxy, oxetane, and vinyl ether. Examples of the thermosetting polymer adhesive include organic resins such as phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, and thermosetting polyimide. The thermosetting polymer adhesive is heated and polymerized in a state where pressure is applied at the time of thermocompression bonding, and then cooled to room temperature while being pressurized. I don't need it. In addition to the organic resin, a hybrid material having high adhesion to the glass substrate can be used. By using a hybrid material, mechanical properties such as elastic modulus and hardness are improved, and heat resistance and chemical resistance are dramatically improved. The hybrid material is composed of inorganic colloidal particles and an organic binder resin. For example, what is comprised from inorganic colloidal particles, such as a silica, and organic binder resin, such as an epoxy resin, a polyurethane acrylate resin, and a polyester acrylate resin, is mentioned.

ここではシール材16と記しているが、基板1と背面基板14などを接着させる機能を有するものであれば限定されず、樹脂製あるいは金属製のガスケットを用い外部からネジ等の部材を用いて物理的に圧力を加え機密性を高める方法等を適宜用いることも可能である。   Here, the sealing material 16 is described, but it is not limited as long as it has a function of adhering the substrate 1 and the back substrate 14, and a member such as a screw is used from the outside using a resin or metal gasket. It is also possible to appropriately use a method of physically applying pressure to increase confidentiality.

16.給水口、第1気体排出口および第2気体排出口
給水口18は、例えば、気体製造装置23に含まれるシール材16の一部に開口を作ることにより設けることができる。給水口18は、電解液室15に電解液を供給するために設置され、その配置箇所および形状は、電解液が効率よく気体製造装置へ供給されさえすれば、特に限定されるものではないが、流動性および供給の容易性の観点から、傾斜して設置した気体製造装置の下部に設けることが好ましい。
16. Water supply port, 1st gas discharge port, and 2nd gas discharge port The water supply port 18 can be provided by making opening in a part of sealing material 16 contained in the gas manufacturing apparatus 23, for example. The water supply port 18 is installed to supply the electrolytic solution to the electrolytic solution chamber 15, and the location and shape of the water supply port 18 are not particularly limited as long as the electrolytic solution is efficiently supplied to the gas production apparatus. From the viewpoint of fluidity and ease of supply, it is preferably provided at the lower part of the gas production apparatus installed at an inclination.

また、第1気体排出口20および第2気体排出口19は、気体製造装置23を傾斜させて設置したとき、気体製造装置23の上側の部分のシール材16に開口を作ることにより設けることができる。また、第1気体排出口20と第2気体排出口19は、それぞれ隔壁13を挟んで第1電解用電極側と第2電解用電極側に設けることができる。   Further, the first gas outlet 20 and the second gas outlet 19 may be provided by making an opening in the sealing material 16 in the upper part of the gas manufacturing apparatus 23 when the gas manufacturing apparatus 23 is installed inclined. it can. Moreover, the 1st gas exhaust port 20 and the 2nd gas exhaust port 19 can be provided in the electrode side for 1st electrolysis and the electrode side for 2nd electrolysis, respectively, on both sides of the partition 13.

このように給水口18、第1気体排出口20および第2気体排出口19を設けることにより、気体製造装置23を光電変換部2の受光面が上向きの状態で水平面に対し傾斜し、給水口18が下側になり第1気体排出口20および第2気体排出口19が上側になるように設置することができる。このように設置することにより、給水口18から電解液を気体製造装置23内に導入し、電解液室15を電解液で満たすことができる。この状態で、気体製造装置23に光を入射させることにより、第1電解用電極および第2電解用電極でそれぞれ、連続して第1気体および第2気体を発生させることができる。この発生した第1気体および第2気体は、隔壁13により分離することができ、第1気体及び第2気体は気体製造装置23の上部へ上昇し、第1気体排出口20および第2気体排出口19から回収することができる。   By providing the water supply port 18, the first gas discharge port 20, and the second gas discharge port 19 in this manner, the gas production device 23 is inclined with respect to the horizontal plane with the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 facing upward. It can be installed such that 18 is on the lower side and the first gas outlet 20 and the second gas outlet 19 are on the upper side. By installing in this way, electrolyte solution can be introduce | transduced in the gas manufacturing apparatus 23 from the water supply port 18, and the electrolyte chamber 15 can be satisfy | filled with electrolyte solution. In this state, the first gas and the second gas can be continuously generated by the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode by making light incident on the gas production apparatus 23, respectively. The generated first gas and second gas can be separated by the partition wall 13, and the first gas and the second gas rise to the upper part of the gas production device 23, and the first gas outlet 20 and the second gas exhaust It can be recovered from the outlet 19.

17.電解液
電解液は、電解質を含む水溶液であり、例えば、0.1MのH2SO4を含む電解液、0.1Mリン酸カリウム緩衝液などであるが、気体発生反応のためのイオン移動が起これば電解質の種類は問われず、電解質濃度は限定されない。
17. Electrolytic solution The electrolytic solution is an aqueous solution containing an electrolyte, for example, an electrolytic solution containing 0.1 M H 2 SO 4 , 0.1 M potassium phosphate buffer, etc. If it happens, the type of electrolyte is not limited, and the electrolyte concentration is not limited.

1: 透光性基板 2:光電変換部 3a、3b、3c:n型半導体部 4:第1電極 5:第2電極 6a、6b、6c:p型半導体部 7:第2電解用電極 8:第1電解用電極 10:第1導電部 11a、11b、11c、11d、11e、11f、11g、11h、11i:絶縁層 13:隔壁 14:背面基板 15a、15b:電解液室 16:シール材 18:給水口 19:第2気体排出口 20:第1気体排出口 21:第2導電部 23:気体製造装置 24、24a、24b、28、28a、28b:導電部 26、26a、26b:第1熱電変換用電極 27、27a、27b:第2熱電変換用電極 30、30a、30b:熱電変換部     1: Translucent substrate 2: Photoelectric conversion part 3a, 3b, 3c: n-type semiconductor part 4: First electrode 5: Second electrode 6a, 6b, 6c: P-type semiconductor part 7: Electrode for second electrolysis 8: 1st electrolysis electrode 10: 1st electroconductive part 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g, 11h, 11i: Insulating layer 13: Partition 14: Back substrate 15a, 15b: Electrolyte chamber 16: Sealing material 18 : Water supply port 19: 2nd gas discharge port 20: 1st gas discharge port 21: 2nd electroconductive part 23: Gas production apparatus 24, 24a, 24b, 28, 28a, 28b: Conductive part 26, 26a, 26b: 1st Thermoelectric conversion electrodes 27, 27a, 27b: second thermoelectric conversion electrodes 30, 30a, 30b: thermoelectric conversion units

Claims (16)

受光面とその裏面を有し、かつ、受光することにより前記受光面と前記裏面との間に電位差が生じる光電変換部と、
前記光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、前記光電変換部の裏面と電気的に接続した第1電解用電極と、
前記光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、前記光電変換部の受光面と電気的に接続した第2電解用電極と、
前記光電変換部の裏面と第1電解用電極または第2電解用電極との間に設けられた熱電変換部とを備え、
第1電解用電極および第2電解用電極は、電解液に浸漬可能に設けられ、かつ、前記光電変換部が受光することより生じる起電力により電解液を電気分解しそれぞれ第1気体及び第2気体を発生させることができるように設けられ、
前記熱電変換部は、前記光電変換部から吸熱し第1電解用電極または第2電解用電極に放熱することを特徴とする気体製造装置。
A photoelectric conversion unit having a light receiving surface and its back surface, and generating a potential difference between the light receiving surface and the back surface by receiving light; and
A first electrolysis electrode provided on the back side of the photoelectric conversion unit and electrically connected to the back side of the photoelectric conversion unit;
A second electrolysis electrode provided on the back side of the photoelectric conversion unit and electrically connected to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit;
A thermoelectric conversion unit provided between the back surface of the photoelectric conversion unit and the first electrolysis electrode or the second electrolysis electrode;
The first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode are provided so as to be immersed in the electrolytic solution, and the electrolytic solution is electrolyzed by an electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light, and the first gas and the second electrolysis electrode are respectively obtained. Provided to be able to generate gas,
The thermoelectric conversion unit absorbs heat from the photoelectric conversion unit and dissipates heat to the first electrolysis electrode or the second electrolysis electrode.
前記光電変換部の受光面上に設けられた第1電極と、前記光電変換部の裏面上に設けられた第2電極とをさらに備え、
第1電極は、第2電解用電極と電気的に接続し、第2電極は、第1電解用電極と電気的に接続する請求項1に記載の装置。
A first electrode provided on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit, and a second electrode provided on the back surface of the photoelectric conversion unit,
The apparatus according to claim 1, wherein the first electrode is electrically connected to the second electrolysis electrode, and the second electrode is electrically connected to the first electrolysis electrode.
第2電極と前記熱電変換部との間に設けられた第1絶縁層と、前記熱電変換部と第1電解用電極または第2電解用電極との間に設けられた第2絶縁層とをさらに備える請求項2に記載の装置。   A first insulating layer provided between the second electrode and the thermoelectric conversion part; and a second insulating layer provided between the thermoelectric conversion part and the first electrolysis electrode or the second electrolysis electrode. The apparatus of claim 2 further comprising: 第1電極と第2電解用電極とを電気的に接続する第1導電部と、第2電極と第1電解用電極とを電気的に接続する第2導電部とをさらに備え、
第1導電部は、前記光電変換部および前記熱電変換部を貫通するコンタクトホール内に設けられ、
第2導電部は、前記熱電変換部を貫通するコンタクトホール内に設けられた請求項2または3に記載の装置。
A first conductive portion that electrically connects the first electrode and the second electrolysis electrode; and a second conductive portion that electrically connects the second electrode and the first electrolysis electrode;
The first conductive part is provided in a contact hole that penetrates the photoelectric conversion part and the thermoelectric conversion part,
The device according to claim 2, wherein the second conductive portion is provided in a contact hole that penetrates the thermoelectric conversion portion.
前記熱電変換部は、p型半導体部、n型半導体部、第1熱電変換用電極および第2熱電変換用電極を備え、
前記p型半導体部および前記n型半導体部は、第1熱電変換用電極および第2熱電変換用電極に挟まれた請求項1〜4のいずれか1つに記載の装置。
The thermoelectric conversion part includes a p-type semiconductor part, an n-type semiconductor part, a first thermoelectric conversion electrode, and a second thermoelectric conversion electrode,
The device according to any one of claims 1 to 4, wherein the p-type semiconductor unit and the n-type semiconductor unit are sandwiched between a first thermoelectric conversion electrode and a second thermoelectric conversion electrode.
前記p型半導体部および前記n型半導体部は、前記光電変換部が受光することにより生じる起電力により電流が流れるように設けられた請求項5に記載の装置。   The device according to claim 5, wherein the p-type semiconductor unit and the n-type semiconductor unit are provided such that a current flows due to an electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light. 前記p型半導体部および前記n型半導体部を流れる電流を制御する電流制御手段をさらに備える請求項5または6に記載の装置。   The apparatus according to claim 5, further comprising a current control unit configured to control a current flowing through the p-type semiconductor unit and the n-type semiconductor unit. 前記熱電変換部は、複数である請求項1〜7のいずれか1つに記載の装置。   The apparatus according to claim 1, wherein the thermoelectric conversion unit is plural. 透光性基板をさらに備え、
前記光電変換部は、前記受光面が前記透光性基板側となるように前記透光性基板上に設けられた請求項1〜8のいずれか1つに記載の装置。
A translucent substrate;
The said photoelectric conversion part is an apparatus as described in any one of Claims 1-8 provided on the said translucent board | substrate so that the said light-receiving surface might become the said translucent board | substrate side.
第1電解用電極または第2電解用電極を浸漬させる電解液を貯留可能な電解液室をさらに備える請求項1〜9のいずれか1つに記載の装置。   The apparatus according to any one of claims 1 to 9, further comprising an electrolytic solution chamber capable of storing an electrolytic solution in which the first electrolytic electrode or the second electrolytic electrode is immersed. 前記光電変換部の裏面側に背面基板をさらに備え、
前記電解液室は、前記光電変換部の裏面と前記背面基板との間に設けられた請求項10に記載の装置。
Further comprising a back substrate on the back side of the photoelectric conversion unit,
The apparatus according to claim 10, wherein the electrolyte chamber is provided between a back surface of the photoelectric conversion unit and the back substrate.
第1電解用電極が浸漬する電解液を貯留可能な電解液室と、第2電解用電極が浸漬する電解液を貯留可能な電解液室とを仕切る隔壁をさらに備える請求項10または11に記載の装置。   The partition which partitions off the electrolyte chamber which can store the electrolyte solution which the electrode for 1st electrolysis immerses, and the electrolyte chamber which can store the electrolyte solution which the electrode for 2nd electrolysis immerses is provided. Equipment. 前記隔壁は、イオン交換体を含む請求項12に記載の装置。   The apparatus according to claim 12, wherein the partition wall includes an ion exchanger. 前記光電変換部は、p型半導体層、i型半導体層およびn型半導体層を備える光電変換層を有する請求項1〜13のいずれか1つに記載の装置。   The device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion unit includes a photoelectric conversion layer including a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer. 第1電解用電極および第2電解用電極のうち、一方は、電解液からH2を発生させる水素発生部であり、他方は、電解液からO2を発生させる酸素発生部であり、
前記水素発生部および前記酸素発生部は、それぞれ電解液からH2が発生する反応の触媒および電解液からO2が発生する反応の触媒を含む請求項1〜14のいずれか1つに記載の装置。
Of the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode, one is a hydrogen generation unit that generates H 2 from the electrolytic solution, and the other is an oxygen generation unit that generates O 2 from the electrolytic solution,
15. The hydrogen generation unit and the oxygen generation unit each include a catalyst for a reaction in which H 2 is generated from the electrolytic solution and a catalyst for a reaction in which O 2 is generated from the electrolytic solution, respectively. apparatus.
前記水素発生部および前記酸素発生部のうち少なくとも一方は、触媒が担持された多孔質の導電体から形成された請求項15に記載の装置。   The apparatus according to claim 15, wherein at least one of the hydrogen generation part and the oxygen generation part is formed of a porous conductor carrying a catalyst.
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