JP5785736B2 - Hydrogen production apparatus and hydrogen production method - Google Patents

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Description

本発明は、水素製造装置および水素製造方法に関する。   The present invention relates to a hydrogen production apparatus and a hydrogen production method.

近年、化石燃料資源の枯渇および地球温暖化ガス排出抑制などの観点から、再生可能エネルギーの利用が望まれている。再生可能エネルギー源としては太陽光、水力、風力、地熱、潮力、バイオマスなど多岐にわたるが、その中でも、太陽光は利用可能なエネルギー量が大きいこと、他の再生可能エネルギーに対し地理的制約が比較的少ないことから、太陽光から効率よく利用可能なエネルギーを生み出す技術の早期な開発と普及が望まれている。   In recent years, the use of renewable energy has been desired from the viewpoint of depletion of fossil fuel resources and the suppression of global warming gas emissions. There are a wide variety of renewable energy sources such as sunlight, hydropower, wind power, geothermal power, tidal power, and biomass. Among them, sunlight has a large amount of available energy, and there are geographical restrictions on other renewable energy sources. Because of the relatively small amount, early development and popularization of technology that can efficiently use energy from sunlight is desired.

太陽光から生み出される利用可能なエネルギーの形態としては、太陽電池や太陽光熱タービンを用いて製造される電気エネルギー、太陽光エネルギーを熱媒体に集めることによる熱エネルギー、その他にも太陽光を用いた物質還元による液体燃料や水素などの貯蔵可能な燃料エネルギー等が挙げられる。太陽電池技術および太陽熱利用技術については、すでに実用化されている技術が多いものの、エネルギー利用効率が未だ低いことと、電気および熱を作り出す際のコストが依然高いことから、これらの改善に向けた技術開発が行われている。さらに、これら電気や熱というエネルギー形態は、短期のエネルギー変動を補完するような使用法は実現できるものの、例えば季節変動などの長期での変動を補完することは極めて困難であることや、エネルギー量の増加により発電設備の稼働率低下を招く可能性があることが課題である。これに対し、液体燃料や水素など、エネルギーを物質として蓄えておくことは、長期変動を効率よく補完するとともに発電設備の稼働率を高める技術として極めて有力であり、今後エネルギー利用効率を最大限に高め、二酸化炭素の排出量を徹底的に削減するためには必要不可欠な技術である。   Possible forms of energy generated from sunlight include electrical energy produced using solar cells and solar thermal turbines, thermal energy by collecting solar energy in a heat medium, and other types of sunlight. Examples include storable fuel energy such as liquid fuel and hydrogen by substance reduction. Many solar cell technologies and solar heat utilization technologies have already been put into practical use, but the energy utilization efficiency is still low, and the cost of producing electricity and heat is still high. Technology development is underway. Furthermore, while these forms of electricity and heat can be used to supplement short-term energy fluctuations, it is extremely difficult to supplement long-term fluctuations such as seasonal fluctuations, It is a problem that there is a possibility that the operating rate of the power generation equipment may be reduced due to the increase in power generation. On the other hand, storing energy as a substance, such as liquid fuel and hydrogen, is extremely effective as a technology that efficiently supplements long-term fluctuations and increases the operating rate of power generation facilities. It is an indispensable technology to raise and reduce carbon dioxide emissions thoroughly.

貯蔵可能な燃料の形態としては、炭化水素などの液体燃料や、バイオガス、水素などの気体燃料、バイオマス由来の木材ペレットや太陽光で還元された金属などの固体燃料などに大別することができる。インフラ整備の容易性、エネルギー密度の観点では液体燃料、燃料電池などとのトータルの利用効率向上の観点では水素をはじめとする気体燃料、貯蔵可能性とエネルギー密度の観点では固体燃料というように、各形態において長所短所を有するが、原料として容易に入手可能な水を利用できる観点から、太陽光により水を分解することによる水素製造技術が特に注目されている。   The types of fuel that can be stored are roughly divided into liquid fuels such as hydrocarbons, gaseous fuels such as biogas and hydrogen, solid pellets such as biomass-derived wood pellets and metals reduced by sunlight. it can. In terms of ease of infrastructure development and energy density, liquid fuel, gaseous fuel including hydrogen in terms of total utilization efficiency improvement with fuel cells, etc., solid fuel in terms of storability and energy density, Although each form has advantages and disadvantages, a hydrogen production technique by decomposing water with sunlight has attracted particular attention from the viewpoint that water that can be easily obtained as a raw material can be used.

水を原料として太陽光エネルギーを利用し水素を製造する方法としては、酸化チタン等の光触媒に白金を担持させ、この物質を水中に入れ光照射することにより半導体中で電荷分離を行い、電解液中のプロトンを還元、水を酸化することによる光分解法や、高温ガス炉などの熱エネルギーを利用して水を高温で直接分解する、あるいは金属等の酸化還元と共役させて間接的に分解する熱分解法、藻類など光を利用する微生物の代謝を利用した生物法、太陽電池で発電した電気と水の電気分解水素製造装置を組み合わせた水電気分解法、太陽電池に使用される光電変換材料に水素発生触媒、酸素発生触媒を担持することにより、光電変換で得られる電子と正孔を水素生成触媒、酸素発生触媒で反応に利用する光起電力法等が挙げられる。この中で、光電変換部と水素生成部を一体化することにより、小型の水素製造装置を作製することの可能性を有するものは光分解法、生物法、光起電力法と考えられるが、太陽光エネルギーの変換効率の観点から、光起電力法は実用化に最も近い技術の一つと考えられる。
これまでに、光電変換と水素発生を一体化した水素製造装置が開示されている(例えば、特許文献1)。このような水素製造装置を用いることにより、太陽光エネルギーを効率よく水素として貯蔵することができる。
As a method of producing hydrogen using solar energy using water as a raw material, platinum is supported on a photocatalyst such as titanium oxide, and this substance is put in water to perform light separation in a semiconductor, and an electrolytic solution. The water is decomposed directly at high temperature using the photolysis method by reducing protons and oxidizing water, or by using thermal energy such as a high-temperature gas furnace, or indirectly by coupling with redox of metals, etc. Pyrolysis method that uses the metabolism of microorganisms that use light such as algae, water electrolysis method that combines electricity generated by solar cells and water electrolysis hydrogen production equipment, photoelectric conversion used in solar cells Examples of the method include a photovoltaic method in which electrons and holes obtained by photoelectric conversion are used in a reaction by a hydrogen generation catalyst and an oxygen generation catalyst by supporting a hydrogen generation catalyst and an oxygen generation catalyst on the material. Among these, the one that has the possibility of producing a small hydrogen production device by integrating the photoelectric conversion unit and the hydrogen generation unit is considered to be a photolysis method, a biological method, a photovoltaic method, From the viewpoint of the conversion efficiency of solar energy, the photovoltaic method is considered to be one of the technologies closest to practical use.
So far, a hydrogen production apparatus in which photoelectric conversion and hydrogen generation are integrated has been disclosed (for example, Patent Document 1). By using such a hydrogen production apparatus, solar energy can be efficiently stored as hydrogen.

特許第4594438号公報Japanese Patent No. 4559438

しかし、従来の太陽光エネルギーを利用した水素製造装置では、できるだけ多くの太陽光エネルギー利用しようとするため、広い設置面積を必要とする。また、従来の水素製造装置は、一般的に固定設置されるために、太陽光を受光できない夜間や、設置場所を他の用途に一時的に利用したい場合でも、設置場所は他の用途に利用できない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、設置場所を有効に利用することができる水素製造装置を提供する。
However, a conventional hydrogen production apparatus using solar energy requires a large installation area in order to use as much solar energy as possible. In addition, since conventional hydrogen production equipment is generally fixedly installed, the installation location can be used for other purposes even at night when sunlight cannot be received or when the installation location is to be used temporarily for other purposes. Can not.
This invention is made | formed in view of such a situation, and provides the hydrogen production apparatus which can utilize an installation place effectively.

本発明は、第1形態から第2形態に、または第2形態から第1形態に変形可能な水素製造装置であって、変形可能に設けられた少なくとも1つの水素製造モジュールを備え、前記水素製造モジュールは、受光面および裏面を有する光電変換部と、前記光電変換部の裏面側に設けられた第1電解用電極および第2電解用電極とを備え、第1および第2電解用電極は、前記光電変換部の受光面に光が入射し第1および第2電解用電極が電解液と接触するとき、前記光電変換部が受光することより生じる起電力を利用し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ように設けられ、第1気体および第2気体のうち、一方は水素であり他方は酸素であり、第1形態は、前記水素製造装置に含まれる前記受光面の略全体が太陽光を直接受光可能な形態であり、第2形態は、1つの前記水素製造モジュールに含まれる前記光電変換部の受光面側又は裏面側に、同じ又は異なる前記水素製造モジュールに含まれる前記光電変換部が位置する形態であることを特徴とする水素製造装置を提供する。   The present invention is a hydrogen production apparatus that is deformable from the first form to the second form or from the second form to the first form, comprising at least one hydrogen production module provided in a deformable manner, wherein the hydrogen production The module includes a photoelectric conversion unit having a light receiving surface and a back surface, and a first electrolysis electrode and a second electrolysis electrode provided on the back surface side of the photoelectric conversion unit, and the first and second electrolysis electrodes are: When light enters the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and the first and second electrolysis electrodes come into contact with the electrolytic solution, the electrolytic solution is electrolyzed using electromotive force generated by the photoelectric conversion unit receiving light. The first gas and the second gas are provided so as to be able to generate the first gas and the second gas, respectively, and one of the first gas and the second gas is hydrogen and the other is oxygen. Abbreviation of the light receiving surface included The body is a form capable of directly receiving sunlight, and the second form is included in the same or different hydrogen production module on the light receiving surface side or the back surface side of the photoelectric conversion unit included in one hydrogen production module. Provided is a hydrogen production apparatus characterized in that the photoelectric conversion unit is located.

本発明によれば、第1および第2電解用電極は、光電変換部が受光することより生じる起電力を利用して電解液を電気分解しそれぞれ第1気体および第2気体が発生するように設けられているため、第1電解用電極の表面で第1気体を発生させることができ、第2電解用電極の表面で第2気体を発生させることができる。また、第1気体および第2気体のうち一方は水素であるため、水素を製造することができる。
本発明によれば、光電変換部の裏面側に第1電解用電極および第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、光電変換部の裏面側に第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、光電変換部へ入射する光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 first and second electrolysis electrodes are configured to electrolyze the electrolytic solution using the electromotive force generated by the light received by the photoelectric conversion unit to generate the first gas and the second gas, respectively. Since it is provided, the first gas can be generated on the surface of the first electrolysis electrode, and the second gas can be generated on the surface of the second electrolysis electrode. Moreover, since one of the first gas and the second gas is hydrogen, hydrogen can be produced.
According to the present invention, since the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode are provided on the back side of the photoelectric conversion unit, light can be incident on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit without using the electrolyte solution. It is possible to prevent absorption of incident light and scattering of incident light. As a result, the amount of incident light to the photoelectric conversion unit can be increased, and the light use efficiency can be increased.
According to the present invention, since the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode are provided on the back surface side of the photoelectric conversion unit, light incident on the light receiving surface is generated from the first and second electrolysis electrodes, respectively. It is not absorbed or scattered by the first gas and the second 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.

本発明によれば、前記水素製造装置に含まれる前記受光面の略全体が太陽光を直接受光可能な第1形態から、1つの前記水素製造モジュールに含まれる前記光電変換部の受光面側又は裏面側に、同じ又は異なる前記水素製造モジュールに含まれる前記光電変換部が位置する第2形態へ水素製造装置を変形させることが可能であり、第2形態から第1形態へ水素製造装置を変形させることが可能であるため、日射がある時に水素製造装置を第1形態とすることにより、光電変換部の受光面に入射する光量が多くなり水素を効率よく製造することができ、日射がない時や水素製造装置の設置場所を他の用途に利用したい時などに水素製造装置を第2形態とすることにより、水素製造装置がコンパクト化され設置面積を狭くすることができる。水素製造装置をコンパクト化することができるにより、空いたスペースを他の用途に用いることができ、水素製造装置の設置場所を有効に活用することができる。また、水素製造装置をコンパクト化することができることにより、水素製造装置の収納が容易になり、また、水素製造装置の設置場所の変更が容易になる。また、寒冷地に水素製造装置を設置する場合、電解液が凍ることにより水素製造装置が破損する場合があると考えられるが、水素製造装置を第2形態としコンパクト化することにより、容易に水素製造装置を寒気から保護することが可能となる。また、同様に高温時や強風時など水素製造装置が破損するおそれがある場合に水素製造装置を容易に保護することもできる。さらに本発明の水素製造装置を外部電力を利用した水電解装置として利用するとき、コンパクト化された第2形態とすることにより発生させた水素を効率よく回収することができる。   According to the present invention, from the first mode in which substantially the entire light receiving surface included in the hydrogen production apparatus can directly receive sunlight, the light receiving surface side of the photoelectric conversion unit included in one hydrogen production module or It is possible to transform the hydrogen production apparatus into the second form in which the photoelectric conversion unit included in the same or different hydrogen production module is located on the back side, and transform the hydrogen production apparatus from the second form to the first form Therefore, by setting the hydrogen production apparatus to the first configuration when there is solar radiation, the amount of light incident on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit can be increased and hydrogen can be produced efficiently, and there is no solar radiation. By setting the hydrogen production apparatus to the second form when it is desired to use the installation place of the hydrogen production apparatus for other purposes, the hydrogen production apparatus can be made compact and the installation area can be reduced. Since the hydrogen production apparatus can be made compact, the vacant space can be used for other purposes, and the installation location of the hydrogen production apparatus can be used effectively. In addition, since the hydrogen production apparatus can be made compact, the hydrogen production apparatus can be easily accommodated, and the installation location of the hydrogen production apparatus can be easily changed. In addition, when a hydrogen production apparatus is installed in a cold region, it is considered that the hydrogen production apparatus may be damaged due to freezing of the electrolyte. It becomes possible to protect the manufacturing apparatus from cold. Similarly, the hydrogen production apparatus can be easily protected when there is a risk of damage to the hydrogen production apparatus, such as during high temperatures or strong winds. Furthermore, when the hydrogen production apparatus of the present invention is used as a water electrolysis apparatus using external electric power, hydrogen generated by using the compact second embodiment can be efficiently recovered.

本発明の一実施形態の水素製造装置の第1形態における概略平面図である。It is a schematic plan view in the 1st form of the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. (a)は、本発明の一実施形態の水素製造装置の第2形態における概略平面図であり、(b)はその概略側面図である。(A) is a schematic plan view in the 2nd form of the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention, (b) is the schematic side view. 本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュールの概略平面図である。It is a schematic plan view of the hydrogen production module contained in the hydrogen production apparatus of one embodiment of the present invention. 図3の点線A−Aにおける水素製造モジュールの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the hydrogen production module in dotted line AA of FIG. 本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュールの概略裏面図である。It is a schematic back view of the hydrogen production module contained in the hydrogen production apparatus of one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置の第1形態における概略平面図である。It is a schematic plan view in the 1st form of the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置の第1形態における概略上面図である。It is a schematic top view in the 1st form of the hydrogen production apparatus of one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置の第1形態における概略平面図である。It is a schematic plan view in the 1st form of the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. (a)は、本発明の一実施形態の水素製造装置の第2形態における概略平面図であり、(b)はその概略側面図である。(A) is a schematic plan view in the 2nd form of the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention, (b) is the schematic side view. 本発明の一実施形態の水素製造装置の第1形態における概略平面図である。It is a schematic plan view in the 1st form of the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. (a)は、本発明の一実施形態の水素製造装置の第2形態における概略側面図であり、(b)はその概略上面図である。(A) is a schematic side view in the 2nd form of the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention, (b) is the schematic top view. 本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュールの概略裏面図である。It is a schematic back view of the hydrogen production module contained in the hydrogen production apparatus of one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュールの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the hydrogen production module contained in the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュールの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the hydrogen production module contained in the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュールの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the hydrogen production module contained in the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュールの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the hydrogen production module contained in the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュールの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the hydrogen production module contained in the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュールの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the hydrogen production module contained in the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュールの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the hydrogen production module contained in the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュールの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the hydrogen production module contained in the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置の概略回路図である。It is a schematic circuit diagram of the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置の概略回路図である。It is a schematic circuit diagram of the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置の概略回路図である。It is a schematic circuit diagram of the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の水素製造装置の概略回路図である。It is a schematic circuit diagram of the hydrogen production apparatus of one Embodiment of this invention.

本発明の水素製造装置は、第1形態から第2形態に、または第2形態から第1形態に変形可能な水素製造装置であって、変形可能に設けられた少なくとも1つの水素製造モジュールを備え、前記水素製造モジュールは、受光面および裏面を有する光電変換部と、前記光電変換部の裏面側に設けられた第1電解用電極および第2電解用電極とを備え、第1および第2電解用電極は、前記光電変換部の受光面に光が入射し第1および第2電解用電極が電解液と接触するとき、前記光電変換部が受光することより生じる起電力を利用し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ように設けられ、第1気体および第2気体のうち、一方は水素であり他方は酸素であり、第1形態は、前記水素製造装置に含まれる前記受光面の略全体が太陽光を直接受光可能な形態であり、第2形態は、1つの前記水素製造モジュールに含まれる前記光電変換部の受光面側又は裏面側に、同じ又は異なる前記水素製造モジュールに含まれる前記光電変換部が位置する形態であることを特徴とする。   The hydrogen production apparatus of the present invention is a hydrogen production apparatus that can be transformed from the first form to the second form or from the second form to the first form, and includes at least one hydrogen production module that is deformably provided. The hydrogen production module includes a photoelectric conversion unit having a light receiving surface and a back surface, and a first electrolysis electrode and a second electrolysis electrode provided on the back surface side of the photoelectric conversion unit, and the first and second electrolysis The electrode for electrolyte uses an electromotive force generated by light received by the photoelectric conversion unit when light enters the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and the first and second electrolysis electrodes come into contact with the electrolyte. The first gas and the second gas are provided so that the first gas and the second gas can be generated, respectively, one of which is hydrogen and the other is oxygen. Included in hydrogen production equipment The substantially entire light receiving surface is a form capable of directly receiving sunlight, and the second form is the same or different on the light receiving surface side or the back surface side of the photoelectric conversion unit included in one hydrogen production module. The photoelectric conversion unit included in the manufacturing module is positioned.

本発明の水素製造装置において、前記水素製造モジュールは複数であり、第1形態は、各水素製造モジュールの前記光電変換部の受光面に太陽光が入射できるように各水素製造モジュールが並んだ形態であり、第2形態は、各水素製造モジュールが積重した形態であることが好ましい。
このような構成によれば、水素製造装置を第1形態としたとき、各水素製造モジュールの光電変換部に入射する光量を多くすることができ、水素製造装置を第2形態としたとき、水素製造装置をコンパクト化することができ、設置面積を狭くすることができる。
本発明の水素製造装置において、複数の水素製造モジュールを連結する連結部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、複数の水素製造モジュールを連結部により連結することができ、複数の水素製造モジュールの配置を変えることにより水素製造装置の形態を変化させることができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, there are a plurality of the hydrogen production modules, and the first mode is a mode in which the hydrogen production modules are arranged so that sunlight can enter the light receiving surface of the photoelectric conversion unit of each hydrogen production module. The second form is preferably a form in which the hydrogen production modules are stacked.
According to such a configuration, when the hydrogen production apparatus is in the first form, the amount of light incident on the photoelectric conversion unit of each hydrogen production module can be increased, and when the hydrogen production apparatus is in the second form, The manufacturing apparatus can be made compact and the installation area can be reduced.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, it is preferable that the hydrogen production apparatus further includes a connecting portion that connects a plurality of hydrogen production modules.
According to such a structure, a some hydrogen production module can be connected by a connection part, and the form of a hydrogen production apparatus can be changed by changing arrangement | positioning of a some hydrogen production module.

本発明の水素製造装置において、前記連結部は、回転軸を含む構造を有することが好ましい。
このような構成によれば、連結部が回転軸により回転自在になり、各水素製造モジュールを可動とすることができる。このことにより、水素製造装置を、第1形態から第2形態へまたは第2形態から第1形態へ変形させることができる。
本発明の水素製造装置において、前記連結部は、案内溝を有し、少なくとも1つの水素製造モジュールは、前記案内溝に沿って摺動することが好ましい。
このような構成によれば、水素製造モジュールを案内溝に沿って摺動させることにより、水素製造装置を、第1形態から第2形態へまたは第2形態から第1形態へ変形させることができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, it is preferable that the connecting portion has a structure including a rotating shaft.
According to such a structure, a connection part becomes rotatable with a rotating shaft, and each hydrogen production module can be made movable. Thus, the hydrogen production apparatus can be transformed from the first form to the second form or from the second form to the first form.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, it is preferable that the connecting portion has a guide groove, and at least one hydrogen production module slides along the guide groove.
According to such a configuration, the hydrogen production module can be changed from the first form to the second form or from the second form to the first form by sliding the hydrogen production module along the guide groove. .

本発明の水素製造装置において、各水素製造モジュールは、それぞれ分離可能であり、かつ、第1形態において第1連結部により連結され、第2形態において第2連結部により連結されることが好ましい。
このような構成によれば、各水素製造モジュールを第1連結部で連結することにより水素製造装置を第1形態とすることができ、各水素製造モジュールを第2連結部で連結することにより水素製造装置を第2形態とすることができる。
本発明の水素製造装置において、第1および第2連結部は、各水素製造モジュールから分離可能であることが好ましい。
このような構成によれば、第1連結部と第2連結部とを第1形態と第2形態とで取り替えることができ、その形態に適した連結部を用いることができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, it is preferable that the respective hydrogen production modules are separable, and are connected by the first connection part in the first form and are connected by the second connection part in the second form.
According to such a configuration, the hydrogen production apparatus can be in the first configuration by connecting the hydrogen production modules with the first connection part, and the hydrogen production module can be connected with the hydrogen by connecting the hydrogen production modules with the second connection part. A manufacturing apparatus can be made into the 2nd form.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, it is preferable that the first and second connecting portions are separable from each hydrogen production module.
According to such a structure, the 1st connection part and the 2nd connection part can be replaced with the 1st form and the 2nd form, and the connection part suitable for the form can be used.

本発明の水素製造装置において、前記連結部は、磁石を含むことが好ましい。
このような構成によれば、磁石の引力により各水素製造モジュールを連結することができる。また、このことにより各水素製造モジュールを容易に分離することができる。
本発明の水素製造装置において、前記連結部は、各水素製造モジュールに電解液を供給する給水管、各水素製造モジュールから第1気体を排出する第1気体排出管、または各水素製造モジュールから第2気体を排出する第2気体排出管であることが好ましい。
このような構成によれば、連結部を給水管、第1気体排出管または第2気体排出管とすることができ、部品数を低減することができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, it is preferable that the connecting portion includes a magnet.
According to such a structure, each hydrogen production module can be connected by the attractive force of a magnet. This also makes it possible to easily separate the hydrogen production modules.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the connecting portion includes a water supply pipe that supplies an electrolytic solution to each hydrogen production module, a first gas exhaust pipe that discharges the first gas from each hydrogen production module, or a first gas discharge pipe that is connected to each hydrogen production module. It is preferable that it is the 2nd gas exhaust pipe which discharges 2 gas.
According to such a structure, a connection part can be used as a water supply pipe, a 1st gas exhaust pipe, or a 2nd gas exhaust pipe, and can reduce the number of parts.

本発明の水素製造装置において、各水素製造モジュールは、電解液を水素製造モジュール内に供給する給水口と、第1気体を排出する第1気体排出口と、第2気体を排出する第2気体排出口とを備え、前記給水口、第1気体排出口または第2気体排出口に液漏れ防止機構を備えることが好ましい。
このような構成によれば、給水管、第1気体排出管または第2気体排出管を水素製造モジュールから取り外した場合、電解液が流出することを防止することができる。
本発明の水素製造装置において、前記水素製造モジュールは、柔軟性を有し巻き上げ可能なシート状であり、第1形態は、シート状の前記水素製造モジュールを広げた形態であり、第2形態は、シート状の前記水素製造モジュールを巻き上げた形態であることが好ましい。
このような構成によれば、水素製造装置を第1形態とすることにより、水素製造モジュールの光電変換部に入射する光量を多くすることができ、水素製造装置を第2形態とすることにより、水素製造装置の設置面積を狭くすることができる。また、水素製造装置の設置場所を容易に変更することができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, each hydrogen production module includes a water supply port for supplying the electrolyte into the hydrogen production module, a first gas exhaust port for discharging the first gas, and a second gas for discharging the second gas. It is preferable to provide a liquid leakage prevention mechanism in the water supply port, the first gas discharge port, or the second gas discharge port.
According to such a configuration, when the water supply pipe, the first gas discharge pipe, or the second gas discharge pipe is removed from the hydrogen production module, it is possible to prevent the electrolyte from flowing out.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the hydrogen production module has a flexible and rollable sheet shape, the first form is an expanded form of the sheet-like hydrogen production module, and the second form is The sheet-like hydrogen production module is preferably rolled up.
According to such a configuration, by setting the hydrogen production apparatus to the first form, it is possible to increase the amount of light incident on the photoelectric conversion unit of the hydrogen production module, and by making the hydrogen production apparatus the second form, The installation area of the hydrogen production apparatus can be reduced. Moreover, the installation place of a hydrogen production apparatus can be changed easily.

本発明の水素製造装置において、第1外部回路と電気的に接続できる切換部をさらに備え、前記切換部は、前記光電変換部が受光することにより生じる起電力を第1外部回路へ出力させる回路と、前記光電変換部が受光することにより生じる起電力を第1および第2電解用電極に出力させる回路とを切り換えることができることが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部の起電力を必要に応じて第1外部回路、または第1または第2電解用電極へ出力することができ、光電変換部の起電力を有効に活用することができる。
本発明の水素製造装置において、前記切換部は、第2外部回路と電気的に接続することができ、かつ、第2外部回路から入力される起電力を第1電解用電極および第2電解用電極に出力し電解液からそれぞれ第1気体および第2気体を発生させる回路に切り換えることができることが好ましい。
このような構成によれば、第1および第2電解用電極を有効に活用することができる。また、水素製造装置を第2形態としたとき、水素製造装置をコンパクトな水電解装置として利用することができる。
The hydrogen production apparatus of the present invention further includes a switching unit that can be electrically connected to the first external circuit, and the switching unit outputs the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light to the first external circuit. It is preferable that the circuit that outputs the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light to the first and second electrolysis electrodes can be switched.
According to such a configuration, the electromotive force of the photoelectric conversion unit can be output to the first external circuit or the first or second electrolysis electrode as necessary, and the electromotive force of the photoelectric conversion unit is effectively utilized. can do.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the switching unit can be electrically connected to the second external circuit, and an electromotive force input from the second external circuit is used as the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode. It is preferable that the circuit can be switched to a circuit that outputs to the electrode and generates the first gas and the second gas from the electrolyte.
According to such a configuration, the first and second electrolysis electrodes can be effectively utilized. Further, when the hydrogen production apparatus is in the second form, the hydrogen production apparatus can be used as a compact water electrolysis apparatus.

本発明の水素製造装置において、前記光電変換部は、受光することによりその受光面と裏面との間に起電力が生じ、第1電解用電極は、前記光電変換部の裏面と電気的に接続することができるように設けられ、第2電解用電極は、前記光電変換部の受光面と電気的に接続することができるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部が受光することにより生じる起電力を第1電解用電極および第2電解用電極に出力することができる。
本発明の水素製造装置において、前記水素製造モジュールは、第2電解用電極と前記光電変換部の裏面との間に絶縁部を備えることが好ましい。
このような構成によれば、第2電解用電極と光電変換部の裏面とを電気的に分離することができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, when the photoelectric conversion unit receives light, an electromotive force is generated between the light receiving surface and the back surface, and the first electrolysis electrode is electrically connected to the back surface of the photoelectric conversion unit. It is preferable that the second electrolysis electrode is provided so that it can be electrically connected to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit.
According to such a configuration, an electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light can be output to the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, it is preferable that the hydrogen production module includes an insulating part between the second electrolysis electrode and the back surface of the photoelectric conversion part.
According to such a structure, the 2nd electrode for electrolysis and the back surface of a photoelectric conversion part can be electrically isolate | separated.

本発明の水素製造装置において、前記水素製造モジュールは、前記光電変換部の受光面に接触する第1電極を備えることが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部が受光することにより生じる起電力を効率よく出力することができる。
本発明の水素製造装置において、前記水素製造モジュールは、第1電極と第2電解用電極とを電気的に接続する第1導電部を備えることが好ましい。
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る。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, it is preferable that the hydrogen production module includes a first electrode that contacts a light receiving surface of the photoelectric conversion unit.
According to such a configuration, an electromotive force generated by the photoelectric conversion unit receiving light can be efficiently output.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, it is preferable that the hydrogen production module includes a first conductive portion that electrically connects the first electrode and the second electrode for electrolysis.
According to such a structure, the light-receiving surface of a photoelectric conversion part and the 2nd electrode for electrolysis can be electrically connected.

本発明の水素製造装置において、第1導電部は、前記光電変換部を貫通するコンタクトホールに設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部の受光面と第2電解用電極との間の配線距離を短くすることができる。
本発明の水素製造装置において、前記絶縁部は、前記光電変換部の側面を覆うように設けられ、第1導電部は、前記絶縁部の一部であり前記光電変換部の側面を覆う部分の上に設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部の受光面と第1導電部とを容易に電気的に接続することができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the first conductive part is preferably provided in a contact hole that penetrates the photoelectric conversion part.
According to such a structure, the wiring distance between the light-receiving surface of a photoelectric conversion part and the 2nd electrode for electrolysis can be shortened.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the insulating portion is provided so as to cover a side surface of the photoelectric conversion portion, and the first conductive portion is a part of the insulating portion and covers a side surface of the photoelectric conversion portion. Preferably provided above.
According to such a configuration, the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and the first conductive unit can be easily electrically connected.

本発明の水素製造装置において、前記絶縁部は、前記光電変換部の側面を覆うように設けられ、第2電解用電極は、前記絶縁部の一部であり前記光電変換部の側面を覆う部分の上に設けられ、かつ、第1電極と接触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1導電部とを容易に電気的に接続することができる。
本発明の水素製造装置において、前記光電変換部は、p型半導体層、i型半導体層およびn型半導体層からな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、光電変換部が受光することにより起電力を生じさせることができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the insulating portion is provided so as to cover a side surface of the photoelectric conversion portion, and the second electrolysis electrode is a part of the insulating portion and covers the side surface of the photoelectric conversion portion. It is preferable that the first electrode is provided on the first electrode and is in contact with the first electrode.
According to such a configuration, the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and the first conductive unit can be easily electrically connected.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the photoelectric conversion unit preferably has a photoelectric conversion layer composed of a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer.
According to such a configuration, an electromotive force can be generated when the photoelectric conversion unit receives light.

本発明の水素製造装置において、前記光電変換部は、受光することにより前記光電変換部の裏面の第1および第2区域間に電位差が生じ、第1区域は、第1電解用電極と電気的に接続するように設けられ、第2区域は、第2電解用電極と電気的に接続するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部が受光することにより生じる起電力を容易に第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。
本発明の水素製造装置において、前記水素製造モジュールは、第1および第2電解用電極と前記光電変換部の裏面との間に絶縁部を備え、前記絶縁部は、第1区域上および第2区域上に開口を有することが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部が受光することにより生じる電子および正孔を効率よく分離することができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the photoelectric conversion unit receives light to generate a potential difference between the first and second regions on the back surface of the photoelectric conversion unit, and the first region is electrically connected to the first electrolysis electrode. It is preferable that the second area is provided so as to be electrically connected to the second electrolysis electrode.
According to such a configuration, an electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light can be easily output to the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the hydrogen production module includes an insulating portion between the first and second electrolysis electrodes and the back surface of the photoelectric conversion portion, and the insulating portion is located on the first section and the second area. It is preferred to have an opening on the area.
According to such a structure, the electron and the hole which arise when a photoelectric conversion part receives light can be isolate | separated efficiently.

本発明の水素製造装置において、前記光電変換部は、n型半導体部およびp型半導体部を有する少なくとも1つの半導体材料からなり、第1および第2区域のうち、一方は前記n型半導体部の一部であり、他方は前記p型半導体部の一部であることが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部が受光することにより生じる電子および正孔を効率よく分離することができる。
本発明の水素製造装置において、前記水素製造モジュールは、透光性基板を備え、前記光電変換部は、前記透光性基板の上に設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、容易に光電変換部を形成することができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the photoelectric conversion part is made of at least one semiconductor material having an n-type semiconductor part and a p-type semiconductor part, and one of the first and second areas is the n-type semiconductor part. It is preferable that the other part is a part of the p-type semiconductor part.
According to such a structure, the electron and the hole which arise when a photoelectric conversion part receives light can be isolate | separated efficiently.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, it is preferable that the hydrogen production module includes a translucent substrate, and the photoelectric conversion unit is provided on the translucent substrate.
According to such a structure, a photoelectric conversion part can be formed easily.

本発明の水素製造装置において、前記光電変換部は、直列接続した複数の光電変換層を含み、前記複数の光電変換層は、受光することにより生じる起電力を第1電解用電極および第2電解用電極に供給するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部が受光することにより生じる起電力の電圧を大きくすることができる。
本発明の水素製造装置において、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である水素発生触媒および電解液からO2が発生する反応の触媒である酸素発生触媒を含むことが好ましい。
このような構成によれば、電解液から効率よく水素および酸素を製造することができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the photoelectric conversion unit includes a plurality of photoelectric conversion layers connected in series, and the plurality of photoelectric conversion layers generate an electromotive force generated by receiving light in the first electrolysis electrode and the second electrolysis. It is preferable that it is provided so as to be supplied to the electrode.
According to such a configuration, the voltage of the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light can be increased.
In the hydrogen 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 is oxygen generation that generates O 2 from the electrolytic solution. The hydrogen generation part and the oxygen generation part are respectively a hydrogen generation catalyst that is a catalyst for the reaction that generates H 2 from the electrolytic solution and an oxygen generation catalyst that is a catalyst for the reaction that generates O 2 from the electrolytic solution. It is preferable to include.
According to such a configuration, hydrogen and oxygen can be efficiently produced from the electrolytic solution.

本発明の水素製造装置において、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、前記光電変換部の受光面の面積より大きい触媒表面積を有することが好ましい。
このような構成によれば、電解液から効率よく水素および酸素を製造することができる。
本発明の水素製造装置において、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であることが好ましい。
このような構成によれば、触媒の表面積を大きくすることができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, it is preferable that at least one of the hydrogen generation unit and the oxygen generation unit has a catalyst surface area larger than an area of a light receiving surface of the photoelectric conversion unit.
According to such a configuration, hydrogen and oxygen can be efficiently produced from the electrolytic solution.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, it is preferable that at least one of the hydrogen generation unit and the oxygen generation unit is a porous conductor carrying a catalyst.
According to such a configuration, the surface area of the catalyst can be increased.

本発明の水素製造装置において、前記水素発生触媒は、Pt、Ir、Ru、Pd、Rh、Au、Fe、NiおよびSeのうち少なくとも1つを含むことが好ましい。
このような構成によれば、水素を効率よく製造することができる。
本発明の水素製造装置において、前記酸素発生触媒は、Mn、Ca、Zn、CoおよびIrのうち少なくとも1つを含むことが好ましい。
このような構成によれば、酸素を効率よく製造することができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the hydrogen generation catalyst preferably includes at least one of Pt, Ir, Ru, Pd, Rh, Au, Fe, Ni, and Se.
According to such a configuration, hydrogen can be produced efficiently.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, it is preferable that the oxygen generation catalyst contains at least one of Mn, Ca, Zn, Co, and Ir.
According to such a configuration, oxygen can be produced efficiently.

本発明の水素製造装置において、前記水素製造モジュールは、透光性基板と、電解液室と、第1電解用電極および第2電解用電極の上に設けられた背面基板とを備え、前記光電変換部は、前記透光性基板の上に設けられ、前記電解液室は、第1電解用電極および第2電解用電極と前記背面基板との間に設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、電解液室に電解液を導入することができ、第1および第2電解用電極に電解液を接触させることができる。
本発明の水素製造装置において、前記水素製造モジュールは、第1電解用電極と前記背面基板との間の電解液室および第2電解用電極と前記背面基板との間の電解液室とを仕切る隔壁を備えることが好ましい。
このような構成によれば、第1気体と第2気体を隔壁により分離することができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the hydrogen production module includes a translucent substrate, an electrolyte chamber, and a back substrate provided on the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode, It is preferable that the conversion unit is provided on the translucent substrate, and the electrolytic solution chamber is provided between the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode and the back substrate.
According to such a configuration, the electrolytic solution can be introduced into the electrolytic solution chamber, and the electrolytic solution can be brought into contact with the first and second electrolysis electrodes.
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the hydrogen production module partitions an electrolyte chamber between the first electrolysis electrode and the back substrate and an electrolyte chamber between the second electrolysis electrode and the back substrate. It is preferable to provide a partition.
According to such a configuration, the first gas and the second gas can be separated by the partition wall.

本発明の水素製造装置において、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、電解液室のプロトン濃度の偏りを解消することができる。
また、本発明は、本発明の水素製造装置を第1形態で前記光電変換部の受光面が水平面に対し傾斜するように設置し、前記水素製造モジュールの下部から前記水素製造モジュールに電解液を導入し、太陽光を前記光電変換部の受光面に入射させることにより第1電解用電極および第2電解用電極からそれぞれ第1気体および第2気体を発生させ、前記水素製造モジュールの上部から第1気体および第2気体を排出する水素製造方法も提供する。
本発明の水素製造方法によれば、光電変換部に太陽光を入射させることにより水素を製造することができる。
以下、本発明の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。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, the partition preferably includes an ion exchanger.
According to such a configuration, it is possible to eliminate the uneven proton concentration in the electrolyte chamber.
Moreover, this invention installs the hydrogen production apparatus of this invention with the 1st form so that the light-receiving surface of the said photoelectric conversion part may incline with respect to a horizontal surface, and electrolyte solution is supplied to the said hydrogen production module from the lower part of the said hydrogen production module. The first gas and the second electrolysis electrode are generated from the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode by introducing solar light into the light receiving surface of the photoelectric conversion unit, respectively. A method for producing hydrogen that exhausts one gas and a second gas is also provided.
According to the hydrogen production method of the present invention, hydrogen can be produced by making sunlight enter the photoelectric conversion unit.
Hereinafter, embodiments 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.

水素製造装置の構成
図1は本発明の一実施形態の水素製造装置の第1形態における概略平面図であり、図2(a)は、本発明の一実施形態の水素製造装置の第2形態における概略平面図であり、(b)はその概略側面図である。図3は、本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュールの概略平面図であり、図4は、図3の点線A−Aにおける水素製造モジュールの概略断面図である。図5、12は、本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュールの概略裏面図である。
図6は、本発明の一実施形態の水素製造装置の第1形態における概略平面図であり、図7は、図6に示した水素製造装置の概略上面図である。また、図8は、本発明の一実施形態の水素製造装置の第1形態における概略平面図であり、図9(a)は、本発明の一実施形態の水素製造装置の第2形態における概略平面図であり、図9(b)はその概略側面図である。また、図10は、本発明の一実施形態の水素製造装置の第1形態における概略平面図であり、図11(a)は、本発明の一実施形態の水素製造装置の第2形態における概略側面図であり、図11(b)はその概略上面図である。
Diagram 1 of the hydrogen production device is a schematic plan view of a first embodiment of a hydrogen production device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 (a), second embodiment of a hydrogen production device according to an embodiment of the present invention (B) is the schematic side view. FIG. 3 is a schematic plan view of a hydrogen production module included in the hydrogen production apparatus of one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the hydrogen production module taken along a dotted line AA in FIG. 5 and 12 are schematic back views of a hydrogen production module included in the hydrogen production apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic plan view of the first embodiment of the hydrogen production apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a schematic top view of the hydrogen production apparatus shown in FIG. FIG. 8 is a schematic plan view of the first embodiment of the hydrogen production apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG. 9A is a schematic view of the second embodiment of the hydrogen production apparatus according to one embodiment of the present invention. It is a top view and FIG.9 (b) is the schematic side view. FIG. 10 is a schematic plan view of the first embodiment of the hydrogen production apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG. 11A is a schematic diagram of the second embodiment of the hydrogen production apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG. 11B is a side view, and FIG. 11B is a schematic top view thereof.

本実施形態の水素製造装置21は、第1形態から第2形態に、または第2形態から第1形態に変形可能な水素製造装置21であって、変形可能に設けられた少なくとも1つの水素製造モジュール6を備え、水素製造モジュール6は、受光面および裏面を有する光電変換部2と、光電変換部2の裏面側に設けられた第1電解用電極8および第2電解用電極7とを備え、第1および第2電解用電極8、7は、光電変換部2の受光面に光が入射し第1および第2電解用電極8、7が電解液と接触するとき、光電変換部2が受光することより生じる起電力を利用し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ように設けられ、第1気体および第2気体のうち、一方は水素であり他方は酸素であり、第1形態は、水素製造装置21に含まれる前記受光面の略全体が太陽光を直接受光可能な形態であり、第2形態は、1つの水素製造モジュール6に含まれる光電変換部2の受光面側又は裏面側に、同じ又は異なる水素製造モジュール6に含まれる光電変換部2が位置する形態であることを特徴とする。
以下、本実施形態の水素製造装置について説明する。
The hydrogen production apparatus 21 of the present embodiment is a hydrogen production apparatus 21 that can be deformed from the first form to the second form, or from the second form to the first form, and at least one hydrogen production provided in a deformable manner. The hydrogen production module 6 includes a photoelectric conversion unit 2 having a light receiving surface and a back surface, and a first electrolysis electrode 8 and a second electrolysis electrode 7 provided on the back surface side of the photoelectric conversion unit 2. The first and second electrolysis electrodes 8 and 7 are arranged such that when the light enters the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 and the first and second electrolysis electrodes 8 and 7 come into contact with the electrolytic solution, the photoelectric conversion unit 2 The electrolysis solution generated by receiving light is used to electrolyze the electrolyte to generate the first gas and the second gas, respectively, and one of the first gas and the second gas is hydrogen. The other is oxygen, the first form is water The substantially entire light receiving surface included in the manufacturing apparatus 21 has a form capable of directly receiving sunlight, and the second form is on the light receiving surface side or the back surface side of the photoelectric conversion unit 2 included in one hydrogen production module 6. The photoelectric conversion unit 2 included in the same or different hydrogen production module 6 is located.
Hereinafter, the hydrogen production apparatus of this embodiment will be described.

1.水素製造装置の形態
本実施形態の水素製造装置21は、第1形態から第2形態に、または第2形態から第1形態に変形可能である。
第1形態とは、水素製造装置21がとり得る形態であり、水素製造装置21に含まれる光電変換部2の受光面の略全体が太陽光を直接受光可能な形態である。また、第1形態は、水素製造装置21に含まれる光電変換部2の受光面の60、70、80、90、95または99%以上が太陽光を直接受光可能な形態であってもよく、この直接受光可能な範囲は上記数値のうち2つの数値の間であってもよい。
第1形態は、第2形態に比べ、水素製造モジュール6が横向きに広がった形態であってもよく、水素製造モジュール6が縦向きに広がった形態であってもよく、斜めやランダムに広がった形態であってもよい。
第2形態とは、水素製造装置21がとり得る形態であり、1つの水素製造モジュール6に含まれる光電変換部2の受光面側又は裏面側に、同じ又は異なる水素製造モジュール6に含まれる前記光電変換部が位置する形態である。
また、第2形態は、1つの水素製造モジュール6に含まれる光電変換部2の受光面の一部と、同じ又は異なる水素製造モジュール6に含まれる光電変換部2の受光面の一部とが重なる形態であってもよい。第2形態は、水素製造モジュール6に含まれる光電変換部2の受光面のうち50、60、70、80、90または99%以上が同じ又は異なる水素製造モジュール6に含まれる光電変換部2の受光面と重なった形態であってもよく、この重なる範囲は、上記数値のうち2つの数値の間であってもよい。また、水素製造装置21に含まれる光電変換部2の受光面のうち50、60、70、80、90または99%以上が同じ又は異なる水素製造モジュール6に含まれる光電変換部2の受光面と重なった形態であってもよく、この重なる範囲は、上記数値のうち2つの数値の間であってもよい。
また、水素製造装置21は、モーターなどの動力部により自動的に第1形態と第2形態との間の変形をできるように設けてもよく、手動で第1形態と第2形態との間の変形をできるように設けてもよい。また、水素製造装置21を自動的に変形できるように設ける場合、時間帯や天気、季節などに応じて自動的に変形するように制御部により制御されてもよい。
本実施形態の水素製造装置21は、1つの水素製造モジュール6からなってもよく、複数の水素製造モジュール6からなってもよい。例えば、図1、2、6〜9のように複数の水素製造モジュール6からなってもよく、図10、11のように1つの水素製造モジュール6からなってもよい。なお、変形可能に設けられた少なくとも1つの水素製造モジュールとは、1つの水素製造モジュール6が変形するようなものであってもよく、複数の水素製造モジュール6がその位置関係を変化させることにより変形するようなものであってもよい。
1. Form of Hydrogen Production Apparatus The hydrogen production apparatus 21 of the present embodiment can be modified from the first form to the second form, or from the second form to the first form.
A 1st form is a form which the hydrogen production apparatus 21 can take, and the whole light-receiving surface of the photoelectric conversion part 2 contained in the hydrogen production apparatus 21 is a form which can receive sunlight directly. The first form may be a form in which 60, 70, 80, 90, 95 or 99% or more of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production apparatus 21 can directly receive sunlight, This directly receivable range may be between two of the above numerical values.
The first form may be a form in which the hydrogen production module 6 is spread laterally or may be a form in which the hydrogen production module 6 is spread vertically, as compared with the second form, and is spread obliquely or randomly. Form may be sufficient.
The second form is a form that the hydrogen production apparatus 21 can take, and is included in the same or different hydrogen production module 6 on the light receiving surface side or the back surface side of the photoelectric conversion unit 2 contained in one hydrogen production module 6. In this configuration, the photoelectric conversion unit is located.
In the second embodiment, a part of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 included in one hydrogen production module 6 and a part of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 included in the same or different hydrogen production module 6 are provided. The form which overlaps may be sufficient. In the second embodiment, 50, 60, 70, 80, 90, or 99% or more of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production module 6 is the same or different in the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production module 6. The light-receiving surface may be overlapped, and the overlapping range may be between two numerical values among the above numerical values. Further, among the light receiving surfaces of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production apparatus 21, 50, 60, 70, 80, 90, or 99% or more of the light reception surface of the photoelectric conversion unit 2 included in the same or different hydrogen production module 6 The form which overlapped may be sufficient and this overlapping range may be between two numerical values among the said numerical values.
Further, the hydrogen production apparatus 21 may be provided so that it can be automatically deformed between the first form and the second form by a power unit such as a motor, and manually between the first form and the second form. It may be provided so that it can be modified. Further, when the hydrogen production apparatus 21 is provided so as to be automatically deformable, it may be controlled by the control unit so as to be automatically deformed according to the time zone, weather, season, or the like.
The hydrogen production apparatus 21 of this embodiment may consist of one hydrogen production module 6 or a plurality of hydrogen production modules 6. For example, it may consist of a plurality of hydrogen production modules 6 as shown in FIGS. 1, 2 and 6-9, or may consist of one hydrogen production module 6 as shown in FIGS. The at least one hydrogen production module provided in a deformable manner may be one in which one hydrogen production module 6 is deformed, and a plurality of hydrogen production modules 6 change their positional relationship. It may be something that deforms.

まず、本実施形態の水素製造装置21が複数の水素製造モジュール6からなる場合について説明する。この場合、各水素製造モジュール6は、連結部12により連結することができる。連結部12は、本実施形態の水素製造装置21が第1形態と第2形態の両方の形態をとることを可能とする部材である。
連結部12は、例えば、図1、2に示したヒンジ部材26のような回転軸を含む構造を有するものであってもよく、例えば、図6、7に示した案内溝55とレール部54のような少なくとも1つの水素製造モジュール6が案内溝に沿って摺動する構造を有するものであってもよく、例えば、図8、9に示した磁石部57のような磁石を有するものであってもよい。また、連結部12は、例えば、図1、2、6、8、9に示した第1気体排出管22、第2気体排出管23または給水管24のような各水素製造モジュールを連結する配管であってもよい。
First, the case where the hydrogen production apparatus 21 of this embodiment is composed of a plurality of hydrogen production modules 6 will be described. In this case, the hydrogen production modules 6 can be connected by the connecting portion 12. The connecting portion 12 is a member that enables the hydrogen production apparatus 21 of the present embodiment to take both the first form and the second form.
The connecting portion 12 may have a structure including a rotating shaft such as the hinge member 26 shown in FIGS. 1 and 2, for example, the guide groove 55 and the rail portion 54 shown in FIGS. The at least one hydrogen production module 6 may have a structure that slides along the guide groove. For example, the hydrogen production module 6 has a magnet such as the magnet portion 57 shown in FIGS. May be. Moreover, the connection part 12 is piping which connects each hydrogen production module like the 1st gas exhaust pipe 22, the 2nd gas exhaust pipe 23, or the water supply pipe 24 shown, for example in FIG. It may be.

連結部12が図1、2に示したヒンジ部材26のように回転軸を有する構造を有する場合、ヒンジ部材26(連結部12)を隣接する2つの水素製造モジュール6間に設け、複数の水素製造モジュール6を一列に連結することができる。このように連結した場合、ヒンジ部材26を回転軸として、隣接する2つの水素製造モジュール6が開閉するように変形させることができる。また、ヒンジ部材26の折れ曲がる向きが交互に変わるようにヒンジ部材26を設けることにより、水素製造装置21を蛇腹折りに折りたたむことができる。例えば、図1のようにヒンジ部材26により連結された各水素製造モジュール6a〜dが広がるようにヒンジ部材26を変形させることにより、水素製造装置21を水素製造装置21に含まれる光電変換部2の受光面の略全体が太陽光を直接受光可能な第1形態とすることができる。このことにより、水素製造モジュール6a〜dの光電変換部2の受光面に入射する光量を多くすることができ、水素生成量を多くすることができる。   When the connecting portion 12 has a structure having a rotating shaft like the hinge member 26 shown in FIGS. 1 and 2, the hinge member 26 (connecting portion 12) is provided between two adjacent hydrogen production modules 6, and a plurality of hydrogen The production modules 6 can be connected in a row. When connected in this manner, the two adjacent hydrogen production modules 6 can be opened and closed with the hinge member 26 as a rotation axis. Further, by providing the hinge members 26 so that the bending directions of the hinge members 26 are alternately changed, the hydrogen production apparatus 21 can be folded into a bellows fold. For example, as shown in FIG. 1, by transforming the hinge member 26 so that each of the hydrogen production modules 6 a to 6 d connected by the hinge member 26 spreads, the hydrogen production device 21 is converted into the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production device 21. It is possible to adopt a first configuration in which substantially the entire light receiving surface of the first light can directly receive sunlight. Thereby, the amount of light incident on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 of the hydrogen production modules 6a to 6d can be increased, and the amount of hydrogen generation can be increased.

また、図1に示したような第1形態の水素製造装置21を変形させ、図2に示したような第1水素製造モジュール6aに含まれる光電変換部2の受光面と、第2水素製造モジュール6bに含まれる光電変換部2の受光面とが重なった形態とすることができる。また、このことにより、水素製造装置21を、水素製造モジュール6aに含まれる光電変換部2の裏面側に、水素製造モジュール6b、6c、6dに含まれる光電変換部2が位置する第2形態とすることができる。具体的には、図1に示したヒンジ部26により連結された水素製造モジュール6a〜dを蛇腹折りに折りたたむことにより、図2に示したような第2形態に変形させることができる。このことにより、水素製造装置21をコンパクト化することができ、水素製造装置21の設置面積を狭くすることができる。なお、図1に示した第1形態において各水素製造モジュール6を連結していた第1気体排出管22、第2気体排出管23、または給水管24は、各水素製造モジュール6と分離可能に設けることができる。このことにより、第1気体排出管22、第2気体排出管23、または給水管24を各水素製造モジュール6から分離して、水素製造装置21を第1形態から第2形態に変形させることができる。なお、この場合、水素製造モジュール6の第1気体排出口20、第2気体排出口19、給水口18または給水管24に液漏れ防止機構25を設けることができる。このことにより、第1気体排出管22、第2気体排出管23、または給水管24を水素製造モジュール6から分離しても電解液が液漏れすることを防止することができる。液漏れ防止機構25は、例えば、スプリングと弁体を含む逆流防止弁からなってもよく、ビー玉逆止弁からなってもよい。   Further, the first embodiment of the hydrogen production apparatus 21 as shown in FIG. 1 is modified so that the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 included in the first hydrogen production module 6a as shown in FIG. It can be set as the form with which the light-receiving surface of the photoelectric conversion part 2 contained in the module 6b overlapped. In addition, by this, the hydrogen production apparatus 21 is configured such that the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production modules 6b, 6c, and 6d is positioned on the back side of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production module 6a. can do. Specifically, the hydrogen production modules 6a to 6d connected by the hinge portion 26 shown in FIG. 1 can be folded into a bellows fold so as to be transformed into the second form as shown in FIG. As a result, the hydrogen production apparatus 21 can be made compact, and the installation area of the hydrogen production apparatus 21 can be reduced. In addition, the 1st gas exhaust pipe 22, the 2nd gas exhaust pipe 23, or the water supply pipe 24 which connected each hydrogen production module 6 in the 1st form shown in FIG. Can be provided. By this, the 1st gas exhaust pipe 22, the 2nd gas exhaust pipe 23, or the water supply pipe 24 is isolate | separated from each hydrogen production module 6, and the hydrogen production apparatus 21 can be changed from a 1st form to a 2nd form. it can. In this case, a liquid leakage prevention mechanism 25 can be provided in the first gas discharge port 20, the second gas discharge port 19, the water supply port 18, or the water supply pipe 24 of the hydrogen production module 6. Thus, even when the first gas discharge pipe 22, the second gas discharge pipe 23, or the water supply pipe 24 is separated from the hydrogen production module 6, it is possible to prevent the electrolyte from leaking. The liquid leakage prevention mechanism 25 may be composed of, for example, a backflow prevention valve including a spring and a valve body, or may be composed of a marble check valve.

また、第1気体排出管22、第2気体排出管23、または給水管24は、水素製造装置21が第1形態の場合と第2形態の場合とで異なる形態の部材からなってもよい。このことにより、例えば、図1に示した第1気体排出管22、第2気体排出管23、または給水管24と、図2に示した第1気体排出管22、第2気体排出管23、または給水管24のように、各水素製造モジュール6と連結する部分の幅が第1形態と第2形態とで異なる部材を用いることができる。このことにより、第2形態において、水素を回収するための配管距離を短くすることができ、第2形態の水素製造装置21で外部電力を用いて電解液を電気分解し水素を発生させる場合、効率よく水素を回収することができる。
また、第1気体排出管22、第2気体排出管23、または給水管24は、伸縮性や柔軟性を有する管からなってもよい。これらの管が伸縮性または柔軟性を有することにより、これらの管を水素製造モジュール6から取り外すことなく水素製造装置21を第1形態から第2形態へまたは第2形態から第1形態へ変形させることができる。また、これらの管が伸縮性を有することにより、水素製造装置21を第2形態としたとき、配管距離を短くすることができる。伸縮性および柔軟性を有する管は、例えば、蛇腹管を用いることができ、柔軟性を有する管は、例えば、ゴム製のチューブを用いることができる。
なお、以上の第1気体排出管22、第2気体排出管23、または給水管24についての説明は、矛盾が生じない限り後述する他の例についても当てはまる。
Moreover, the 1st gas exhaust pipe 22, the 2nd gas exhaust pipe 23, or the water supply pipe 24 may consist of a member of a different form by the case where the hydrogen production apparatus 21 is a 1st form, and the case of a 2nd form. Thereby, for example, the first gas exhaust pipe 22, the second gas exhaust pipe 23, or the water supply pipe 24 shown in FIG. 1, the first gas exhaust pipe 22, the second gas exhaust pipe 23 shown in FIG. Or like the water supply pipe | tube 24, the member from which the width | variety of the part connected with each hydrogen production module 6 differs by a 1st form and a 2nd form can be used. Thereby, in the second embodiment, the piping distance for recovering hydrogen can be shortened, and when hydrogen is generated by electrolyzing the electrolyte using external power in the hydrogen production device 21 of the second embodiment, Hydrogen can be recovered efficiently.
Moreover, the 1st gas exhaust pipe 22, the 2nd gas exhaust pipe 23, or the water supply pipe 24 may consist of a pipe | tube which has a stretching property or a softness | flexibility. Since these tubes have elasticity or flexibility, the hydrogen production apparatus 21 is transformed from the first configuration to the second configuration or from the second configuration to the first configuration without removing these tubes from the hydrogen production module 6. be able to. Moreover, when these pipe | tubes have elasticity, when the hydrogen production apparatus 21 is made into a 2nd form, piping distance can be shortened. As the tube having elasticity and flexibility, for example, a bellows tube can be used, and as the tube having flexibility, for example, a rubber tube can be used.
In addition, the description about the 1st gas exhaust pipe 22, the 2nd gas exhaust pipe 23, or the water supply pipe 24 mentioned above is applicable also about the other example mentioned later unless a contradiction arises.

連結部12が案内溝55を有し、少なくとも1つの水素製造モジュール6が案内溝55に沿って摺動する場合、より具体的には、図6、7に示したように水素製造装置21の裏面側に案内溝55が設けられ、水素製造装置21の受光面側にレール部54が設けられている場合、水素製造モジュール6b、c、dが案内溝55に沿って摺動するように連結部12を設けることができ、連結部12により各水素製造モジュールを一列に連結することができる。このように各水素製造モジュールを連結した場合、水素製造モジュール6b、c、dが隣接する水素製造モジュール6の裏面に設けられた案内溝55に沿って摺動することにより水素製造装置21は、第1形態から第2形態に変形することができ、第2形態から第1形態に変形することができる。   When the connecting portion 12 has the guide groove 55 and the at least one hydrogen production module 6 slides along the guide groove 55, more specifically, as shown in FIGS. When the guide groove 55 is provided on the back surface side and the rail portion 54 is provided on the light receiving surface side of the hydrogen production apparatus 21, the hydrogen production modules 6 b, c, and d are connected so as to slide along the guide groove 55. The part 12 can be provided, and the hydrogen production modules can be connected in a row by the connecting part 12. When the hydrogen production modules are connected in this way, the hydrogen production modules 21 b, c, d slide along the guide groove 55 provided on the back surface of the adjacent hydrogen production module 6, whereby the hydrogen production apparatus 21 is The first form can be changed to the second form, and the second form can be changed to the first form.

例えば、図6、7のように、水素製造装置21を、水素製造モジュール6aに設けられた案内溝55の端と水素製造モジュール6bに設けられたレール部54の端部とが嵌合し、水素製造モジュール6bの案内溝55の端と水素製造モジュール6cのレール部54の端部とが嵌合し、水素製造モジュール6cの案内溝55の端と水素製造モジュール6dのレール部54の端部とが嵌合する形態とすることにより、水素製造装置21を、水素製造装置21に含まれる光電変換部2の受光面の略全体が太陽光を直接受光可能な第1形態にすることができる。このことにより、水素製造モジュール6a〜dの光電変換部2の受光面に入射する光量を多くすることができ、水素生成量を多くすることができる。   For example, as shown in FIGS. 6 and 7, the hydrogen production apparatus 21 is fitted with the end of the guide groove 55 provided in the hydrogen production module 6a and the end of the rail portion 54 provided in the hydrogen production module 6b. The end of the guide groove 55 of the hydrogen production module 6b and the end of the rail portion 54 of the hydrogen production module 6c are fitted, and the end of the guide groove 55 of the hydrogen production module 6c and the end of the rail portion 54 of the hydrogen production module 6d are fitted. By adopting a configuration in which the hydrogen production device 21 is fitted, the hydrogen production device 21 can be in a first configuration in which substantially the entire light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production device 21 can directly receive sunlight. . Thereby, the amount of light incident on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 of the hydrogen production modules 6a to 6d can be increased, and the amount of hydrogen generation can be increased.

図6、7に示したような第1形態の水素製造装置21に含まれる水素製造モジュール6b、c、dを隣接する水素製造モジュールの裏面に設けられた案内溝に沿うように摺動させることにより、水素製造モジュール6a〜dが積重させることができ、水素製造装置21を、水素製造モジュール6aに含まれる光電変換部2の裏面側に、水素製造モジュール6b、6c、6dに含まれる光電変換部2が位置する第2形態とすることができる。また、水素製造装置21を、水素製造モジュール6bの光電変換部2の受光面と、水素製造モジュール6aの光電変換部2の受光面とが重なる形態に変形させることができる。このことにより、水素製造装置21をコンパクト化することができ、水素製造装置21の設置面積を狭くすることができる。   The hydrogen production modules 6b, c, d included in the hydrogen production apparatus 21 of the first embodiment as shown in FIGS. 6 and 7 are slid along the guide groove provided on the back surface of the adjacent hydrogen production module. Thus, the hydrogen production modules 6a to 6d can be stacked, and the hydrogen production apparatus 21 is connected to the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production module 6a on the back side of the photoelectric production unit 6b, 6c, 6d. It can be set as the 2nd form in which the conversion part 2 is located. Moreover, the hydrogen production apparatus 21 can be deformed so that the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 of the hydrogen production module 6b and the light reception surface of the photoelectric conversion unit 2 of the hydrogen production module 6a overlap. As a result, the hydrogen production apparatus 21 can be made compact, and the installation area of the hydrogen production apparatus 21 can be reduced.

図6、7に示した例では、案内溝を水素製造モジュール6の裏面に設けたが、案内溝は、水素製造モジュール6の受光面に設けられてもよく、上部に設けられてもよく、下部に設けられてもよい。また、案内溝は、水素製造モジュール6と別部材の連結部6に設けられてもよく、例えば、戸や障子を立てる溝のような形態であってもよい。   In the example shown in FIGS. 6 and 7, the guide groove is provided on the back surface of the hydrogen production module 6, but the guide groove may be provided on the light receiving surface of the hydrogen production module 6, or may be provided on the upper part, It may be provided in the lower part. In addition, the guide groove may be provided in the connecting part 6 which is a separate member from the hydrogen production module 6, and may be in the form of a groove for standing a door or a shoji, for example.

連結部12は、各水素製造モジュールを分離可能となるようなものであってもよい。このような連結部12としては、例えば、磁石の磁力により各水素製造装置モジュールを連結するものであってもよく、はめ込み式構造により各水素製造モジュールを連結するものであってもよく、おねじ構造とめねじ構造の組み合わせにより各水素製造モジュールを連結するものであってもよい。また、第1気体排出管22、第2気体排出管19または給水管24が水素製造モジュール6から分離可能な場合、連結部12は、第1気体排出管22、第2気体排出管19または給水管24であってもよい。
また、この場合、水素製造装置21が第1形態をとる場合と、第2形態をとる場合とで、異なる連結部12により各水素製造モジュール6が連結されてもよい。
以下に、各水素製造モジュール6が磁石を含む連結部により連結された例について説明するが、連結部12がはめ込み式構造を有する場合、ねじ構造を有する場合、配管からなる場合などについても、連結部12を置き換えた説明が矛盾のない限り当てはまる。
The connection part 12 may be such that each hydrogen production module can be separated. As such a connection part 12, for example, each hydrogen production device module may be connected by magnetic force of a magnet, or each hydrogen production module may be connected by a built-in structure, Each hydrogen production module may be connected by a combination of a structure and a female screw structure. When the first gas exhaust pipe 22, the second gas exhaust pipe 19 or the water supply pipe 24 is separable from the hydrogen production module 6, the connecting portion 12 is connected to the first gas exhaust pipe 22, the second gas exhaust pipe 19 or the water supply. It may be a tube 24.
In this case, the hydrogen production modules 6 may be connected by different connecting portions 12 depending on whether the hydrogen production apparatus 21 takes the first form or the second form.
Hereinafter, an example in which each hydrogen production module 6 is connected by a connecting portion including a magnet will be described. However, when the connecting portion 12 has a fitting structure, a screw structure, a pipe structure, etc. This is the case as long as there is no contradiction in the explanation of replacing part 12.

図8のように、連結部12が磁石部57からなり、各水素製造モジュール6がその側面に磁石部57(第1連結部12)を有する場合、各水素製造モジュール6の側面間を磁石部57で連結することができる。このことにより、水素製造装置21を、水素製造装置21に含まれる光電変換部2の受光面の略全体が太陽光を直接受光可能な第1形態にすることができる。このことにより、水素製造モジュール6a〜dの光電変換部2の受光面に入射する光量を多くすることができ、水素生成量を多くすることができる。
図8のような水素製造装置21は、例えば、第1気体排出管22、第2気体排出管19および給水管24を各水素製造モジュール6から取り外し、各磁石部57により連結した各水素製造モジュール6を分離することにより、各水素製造モジュール6を分離することができる。
As shown in FIG. 8, when the connecting portion 12 is composed of the magnet portion 57 and each hydrogen production module 6 has the magnet portion 57 (first connecting portion 12) on its side surface, the magnet portion is provided between the side surfaces of each hydrogen production module 6. 57 can be connected. Thereby, the hydrogen production apparatus 21 can be in a first form in which substantially the entire light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production apparatus 21 can directly receive sunlight. Thereby, the amount of light incident on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 of the hydrogen production modules 6a to 6d can be increased, and the amount of hydrogen generation can be increased.
The hydrogen production apparatus 21 as shown in FIG. 8 includes, for example, each hydrogen production module in which the first gas discharge pipe 22, the second gas discharge pipe 19, and the water supply pipe 24 are removed from each hydrogen production module 6 and connected by each magnet unit 57. By separating 6, each hydrogen production module 6 can be separated.

図9のように、連結部12が磁石部57からなり、各水素製造モジュール6がその受光面側および裏面側に磁石部57(第2連結部12)を有する場合、隣接する2つの水素製造モジュール6の受光面と裏面とを連結することができる。このことにより、水素製造装置21を、水素製造モジュール6aに含まれる光電変換部2の裏面側に、水素製造モジュール6b、6c、6dに含まれる光電変換部2が位置する第2形態とすることができる。また、水素製造装置21を、水素製造モジュール6bに含まれる光電変換部2の受光面と、水素製造モジュール6aに含まれる光電変換部2の受光面とが重なる形態とすることができる。
このことにより、水素製造装置21をコンパクト化することができ、水素製造装置21の設置面積を狭くすることができる。
なお、以上に挙げた、水素製造装置21が複数の水素製造モジュール6からなる場合の例は、それぞれ組み合わせることもできる。また、第2形態は、複数の水素製造装置21を連結部により組み合わせた形態であってもよい。このことにより、水素製造装置21の設置場所をより有効に利用することができる。
As shown in FIG. 9, when the connecting portion 12 includes the magnet portion 57 and each hydrogen production module 6 has the magnet portion 57 (second connecting portion 12) on the light receiving surface side and the back surface side, two adjacent hydrogen producing units are produced. The light receiving surface and the back surface of the module 6 can be connected. Thus, the hydrogen production apparatus 21 is set to the second configuration in which the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production modules 6b, 6c, and 6d is located on the back side of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production module 6a. Can do. Moreover, the hydrogen production apparatus 21 can be configured such that the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production module 6b and the light reception surface of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production module 6a overlap.
As a result, the hydrogen production apparatus 21 can be made compact, and the installation area of the hydrogen production apparatus 21 can be reduced.
In addition, the example in the case where the hydrogen production apparatus 21 mentioned above consists of the several hydrogen production module 6 can also be combined, respectively. Moreover, the 2nd form may be the form which combined the some hydrogen production apparatus 21 with the connection part. Thereby, the installation place of the hydrogen production apparatus 21 can be used more effectively.

次に、本実施形態の水素製造装置21が1つの水素製造モジュール6からなる場合について説明する。この場合、例えば、水素製造モジュール6は、柔軟性を有するシート状とすることができる。このような水素製造モジュール6は、例えば、柔軟性を有するシートの上に光電変換部2ならびに第1および第2電解用電極を形成することにより製造することができる。
水素製造装置21に含まれる水素製造モジュール6が柔軟性を有するシート状であるとき、水素製造モジュール6が変形することにより、水素製造装置21は、第1形態から第2形態に、または第2形態から第1形態に変形することができる。また、柔軟性を有するシート状の水素製造モジュール6は、巻き上げ可能であってもよい。
例えば、柔軟性を有し巻き上げ可能なシート状の水素製造モジュール6を広げた形態とすることにより、水素製造装置21を、水素製造装置21に含まれる光電変換部2の受光面の略全体が太陽光を直接受光可能な第1形態とすることができる。
例えば、図10のように水素製造モジュール6を広げることにより、水素製造装置21を第1形態とすることができる。このことにより、水素製造モジュール6の光電変換部2の受光面に入射する光量を多くすることができ、水素生成量を多くすることができる。
Next, the case where the hydrogen production apparatus 21 of this embodiment consists of one hydrogen production module 6 will be described. In this case, for example, the hydrogen production module 6 can be formed into a flexible sheet. Such a hydrogen production module 6 can be produced, for example, by forming the photoelectric conversion unit 2 and the first and second electrolysis electrodes on a flexible sheet.
When the hydrogen production module 6 included in the hydrogen production apparatus 21 has a flexible sheet shape, the hydrogen production module 6 is deformed, so that the hydrogen production apparatus 21 changes from the first form to the second form or the second form. The form can be changed to the first form. The flexible sheet-like hydrogen production module 6 may be rollable.
For example, by forming a flexible sheet-like hydrogen production module 6 that can be rolled up, the hydrogen production apparatus 21 is configured so that the entire light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production apparatus 21 is substantially the same. It can be set as the 1st form which can receive sunlight directly.
For example, by expanding the hydrogen production module 6 as shown in FIG. 10, the hydrogen production apparatus 21 can be in the first form. As a result, the amount of light incident on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 of the hydrogen production module 6 can be increased, and the amount of hydrogen generated can be increased.

また、例えば、柔軟性を有し巻き上げ可能なシート状の水素製造モジュール6を巻き上げた形態とすることにより、水素製造装置21を、水素製造モジュール6に含まれる光電変換部2の一部の受光面側又は裏面側に、同じ水素製造モジュール6に含まれる他の一部の光電変換部2が位置する第2形態とすることができる。また、このことにより、水素製造装置21を、水素製造モジュール6に含まれる光電変換部2の受光面の一部と、同じ水素製造モジュール6に含まれる光電変換部2の受光面の他の一部とが重なる形態とすることができる。
例えば、図11のように水素製造モジュール6を巻き上げた形態とすることにより、水素製造装置21を第2形態とすることができる。このことにより、水素製造装置21をコンパクト化することができ、水素製造装置21の設置面積を狭くすることができる。なお、第2形態における水素製造装置の形態は、水素製造モジュール6を巻き上げた形態に限定されず、例えば、水素製造モジュール6を蛇腹折りにしたような形態であってもよく、他の形状に折りたたんだような形態であってもよい。
なお、この水素製造装置21が1つの水素製造モジュール6からなる場合の例は、前述の水素製造装置21が複数の水素製造モジュール6からなる場合の例と組み合わせることもできる。また、第2形態は、複数の水素製造装置21を連結部により組み合わせた形態であってもよい。このことにより、水素製造装置21の設置場所をより有効に利用することができる。
Further, for example, by forming a sheet-like hydrogen production module 6 that is flexible and can be rolled up, the hydrogen production apparatus 21 can receive a part of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production module 6. It can be set as the 2nd form by which the other one part photoelectric conversion part 2 contained in the same hydrogen production module 6 is located in the surface side or a back surface side. In addition, as a result, the hydrogen production apparatus 21 can be used for a part of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production module 6 and the other light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 included in the same hydrogen production module 6. It can be set as the form which a part overlaps.
For example, when the hydrogen production module 6 is rolled up as shown in FIG. 11, the hydrogen production apparatus 21 can be in the second form. As a result, the hydrogen production apparatus 21 can be made compact, and the installation area of the hydrogen production apparatus 21 can be reduced. In addition, the form of the hydrogen production apparatus in the second form is not limited to the form in which the hydrogen production module 6 is wound up. For example, the form in which the hydrogen production module 6 is folded in a bellows may be used. It may be a folded form.
In addition, the case where this hydrogen production apparatus 21 consists of one hydrogen production module 6 can also be combined with the example where the above-mentioned hydrogen production apparatus 21 consists of a plurality of hydrogen production modules 6. Moreover, the 2nd form may be the form which combined the some hydrogen production apparatus 21 with the connection part. Thereby, the installation place of the hydrogen production apparatus 21 can be used more effectively.

2.水素製造モジュール
水素製造モジュール6は、受光面およびその裏面を有する光電変換部2と、光電変換部2の裏面側に設けられた第1電解用電極8および第2電解用電極7とを備え、光電変換部2の受光面に光が入射し第1および第2電解用電極8、7が電解液と接触するとき、第1および第2電解用電極8、7は、光電変換部2が受光することより生じる起電力を利用し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ように設けられる。
水素製造装置21は、1つの水素製造モジュール6を備えてもよく、複数の水素製造モジュール6を備えてもよい。
図13〜20は、本発明の一実施形態の水素製造装置に含まれる水素製造モジュール6の概略断面図であり、図3の点線A−Aにおける水素製造モジュールの概略断面図に対応する。
2. Hydrogen production module The hydrogen production module 6 includes a photoelectric conversion unit 2 having a light receiving surface and a back surface thereof, a first electrolysis electrode 8 and a second electrolysis electrode 7 provided on the back surface side of the photoelectric conversion unit 2, When light is incident on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 and the first and second electrolysis electrodes 8 and 7 are in contact with the electrolytic solution, the first and second electrolysis electrodes 8 and 7 are received by the photoelectric conversion unit 2. The electrolytic solution is electrolyzed using the electromotive force generated by the generation, and the first gas and the second gas can be generated, respectively.
The hydrogen production apparatus 21 may include one hydrogen production module 6 or a plurality of hydrogen production modules 6.
13 to 20 are schematic cross-sectional views of the hydrogen production module 6 included in the hydrogen production apparatus according to the embodiment of the present invention, and correspond to the schematic cross-sectional view of the hydrogen production module taken along the dotted line AA in FIG.

3.透光性基板
透光性基板1は、本実施形態の水素製造モジュール6が備えてもよい。また、光電変換部2は、受光面が透光性基板1側となるように透光性基板1の上に設けられてもよい。なお、光電変換部2が、半導体基板などからなり一定の強度を有する場合、透光性基板1は省略することが可能である。また、光電変換部2が樹脂フィルムなど柔軟性を有する材料の上に形成可能な場合、透光性基板1は省略することができる。光電変換部2を柔軟性を有する材料の上に形成した場合、水素製造モジュール6を柔軟性を有するシート状に形成することが可能となり、水素製造モジュール6を変形させることにより、水素製造装置21を第1形態から第2形態へまたは第2形態から第1形態へ変形させることが可能となる。
3. Translucent substrate The translucent substrate 1 may be provided in the hydrogen production module 6 of the present embodiment. Moreover, the photoelectric conversion part 2 may be provided on the translucent board | substrate 1 so that a light-receiving surface may become the translucent board | substrate 1 side. In addition, when the photoelectric conversion part 2 consists of semiconductor substrates etc. and has fixed intensity | strength, the translucent board | substrate 1 can be abbreviate | omitted. Moreover, when the photoelectric conversion part 2 can be formed on a flexible material such as a resin film, the translucent substrate 1 can be omitted. When the photoelectric conversion unit 2 is formed on a flexible material, the hydrogen production module 6 can be formed into a flexible sheet, and the hydrogen production module 21 is deformed to deform the hydrogen production module 21. Can be changed from the first form to the second form or from the second form to the first form.

また、太陽光を光電変換部2の受光面で受光するため、透光性基板1は、透明であり光透過率が高いことが好ましいが、光電変換部2へ効率的な光の入射が可能な構造であれば、光透過率に制限はない。
光透過率が高い基板材料として、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。
In addition, since the sunlight is received by the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2, the translucent substrate 1 is preferably transparent and has high light transmittance. However, it is possible to efficiently enter light into the photoelectric conversion unit 2. If it is a simple structure, there is no restriction | limiting in the light transmittance.
As a substrate material having a high light transmittance, for example, a transparent rigid material such as soda glass, quartz glass, Pyrex (registered trademark), or a synthetic quartz plate, or a transparent resin plate or 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.

4.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。また、第1電極4は、透光性基板1を省略可能の場合、光電変換部2の受光面に直接設けられてもよい。第1電極4は、第2電解用電極7と電気的に接続することができる。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。また、光電変換部2が図19、20のように光電変換部2の裏面の第1区域と第2区域との間に起電力が生じるものである場合、第1電極4は不要である。
第1電極4は、図4、14、17のように第1導電部9を介して第2電解用電極7と電気的に接続してもよく、図16のように第2電解用電極7と接触してもよい。また、第1電極4は、図13、15、18のような場合、切換部10および配線52を介して第2電解用電極7と電気的に接続することができる。
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。
4). 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. Moreover, the 1st electrode 4 may be directly provided in the light-receiving surface of the photoelectric conversion part 2, when the translucent board | substrate 1 can be abbreviate | omitted. The first electrode 4 can be electrically connected to the second electrolysis electrode 7. 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. Moreover, when the photoelectric conversion part 2 produces an electromotive force between the 1st area and the 2nd area of the back surface of the photoelectric conversion part 2 like FIG. 19, 20, the 1st electrode 4 is unnecessary.
The first electrode 4 may be electrically connected to the second electrolysis electrode 7 via the first conductive portion 9 as shown in FIGS. 4, 14 and 17, and the second electrolysis electrode 7 as shown in FIG. You may contact with. Moreover, the 1st electrode 4 can be electrically connected with the electrode 7 for 2nd electrolysis via the switching part 10 and the wiring 52 in the case like FIG.
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ることができる。
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 can be 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.

5.光電変換部
光電変換部2は、受光面およびその裏面を有し、光電変換部2の裏面側に第1電解用電極8と第2電解用電極7が設けられる。なお、受光面とは、光電変換するための光を受光する面であり、裏面とは、受光面の裏の面である。なお、水素製造装置21の受光面とは、光電変換部2の受光面と同じ側の水素製造装置21の面であり、水素製造装置21の裏面とは、光電変換部2の裏面と同じ側の水素製造装置21の面である。
また、光電変換部2は、第1電極4が設けられた透光性基板1の上に受光面を下にして設けることができる。光電変換部2は、例えば、図4、13〜18のように受光面と裏面との間に起電力が生じるものであってもよく、図19、20のように光電変換部2の裏面の第1区域と第2区域との間に起電力が生じるものであってもよい。図19、20のような光電変換部2は、n型半導体領域37とp型半導体領域36を形成した半導体基板などにより形成することができる。
光電変換部2の形は、特に限定されないが、例えば、方形状とすることができる。
光電変換部2は、入射光により電荷分離することができ、起電力が生じるものであれば、特に限定されないが、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。
5. Photoelectric Conversion Unit The photoelectric conversion unit 2 has a light receiving surface and a back surface thereof, and a first electrolysis electrode 8 and a second electrolysis electrode 7 are provided on the back surface side of the photoelectric conversion unit 2. The light receiving surface is a surface that receives light for photoelectric conversion, and the back surface is the back surface of the light receiving surface. The light receiving surface of the hydrogen production device 21 is the surface of the hydrogen production device 21 on the same side as the light reception surface of the photoelectric conversion unit 2, and the back surface of the hydrogen production device 21 is the same side as the back surface of the photoelectric conversion unit 2. It is the surface of the hydrogen production apparatus 21.
Moreover, the photoelectric conversion part 2 can be provided on the translucent substrate 1 provided with the first electrode 4 with the light receiving surface facing down. For example, an electromotive force may be generated between the light receiving surface and the back surface of the photoelectric conversion unit 2 as illustrated in FIGS. 4 and 13 to 18, and the back surface of the photoelectric conversion unit 2 as illustrated in FIGS. An electromotive force may be generated between the first area and the second area. 19 and 20 can be formed by a semiconductor substrate on which an n-type semiconductor region 37 and a p-type semiconductor region 36 are formed.
Although the shape of the photoelectric conversion part 2 is not specifically limited, For example, it can be set as a square shape.
The photoelectric conversion unit 2 is not particularly limited as long as it can separate charges by incident light and generates an electromotive force. For example, the photoelectric conversion unit using a silicon-based semiconductor or the photoelectric conversion unit using a compound semiconductor A photoelectric conversion part using a dye sensitizer, a photoelectric conversion part using an organic thin film, and the like.

第1気体および第2気体のうちどちらか一方が水素であり、他方が酸素の場合、光電変換部2は、光を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において水素と酸素が発生するために必要な起電力が生じる材料を使用する必要がある。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。例えば、図17、20のように並べて設けられた光電変換層を第3導電部33により直列接続した構造を有することができる。   When either one of the first gas and the second gas is hydrogen and the other is oxygen, the photoelectric conversion unit 2 receives light in the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. It is necessary to use a material that generates an electromotive force necessary for generating hydrogen and oxygen. 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. For example, the photoelectric conversion layers provided side by side as shown in FIGS. 17 and 20 can be connected in series by the third conductive portion 33.

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。これらの複数の光電変換層は、それぞれ異なるバンドギャップ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2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。   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. The plurality of photoelectric conversion layers preferably have different band gaps. According to such a configuration, the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit 2 can be increased, and the electrolytic solution can be electrolyzed more efficiently.

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。また、以下の光電変換部2の例は、矛盾しない限り光電変換層とすることもできる。
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 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. Moreover, the example of the following photoelectric conversion parts 2 can also be used as a photoelectric conversion layer as long as there is no contradiction.

5−1.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、透光性基板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。
5-1. 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.
In addition, the photoelectric conversion unit 2 using a silicon-based semiconductor may be a thin film or a thick photoelectric conversion layer formed on the translucent substrate 1, or a pn junction or a wafer such as a silicon wafer. A pin junction may be formed, or a thin film photoelectric conversion layer may be formed on a wafer having a pn junction or a pin junction.

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 , or many A crystalline or 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 conductive 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 a conductivity type determining impurity atom, or polycrystalline Alternatively, a microcrystalline 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.

次に、シリコン基板を用いた光電変換部2の形成例を以下に示す。
シリコン基板としては、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板などを用いることができ、p型であっても、n型であっても、i型であってもよい。このシリコン基板の一部にPなどのn型不純物を熱拡散またはイオン注入などによりドープすることによりn型半導体部37を形成し、シリコン基板のほかの一部にBなどのp型不純物を熱拡散またはイオン注入などによりドープすることによりp型半導体部36を形成することができる。このことにより、シリコン基板にpn接合、pin接合、npp+接合またはpnn+接合などを形成することができ、光電変換部2を形成することができる。
Next, the example of formation of the photoelectric conversion part 2 using a silicon substrate is shown below.
As the silicon substrate, a single crystal silicon substrate, a polycrystalline silicon substrate, or the like can be used, and may be p-type, n-type, or i-type. An n-type semiconductor portion 37 is formed by doping an n-type impurity such as P into a part of the silicon substrate by thermal diffusion or ion implantation, and a p-type impurity such as B is heated on the other part of the silicon substrate. The p-type semiconductor portion 36 can be formed by doping by diffusion or ion implantation. Thus, pn junction in the silicon substrate, pin junction can be formed and npp + junction or pnn + junction, it is possible to form a photoelectric conversion unit 2.

n型半導体部37およびp型半導体部36は、図19、20のようにシリコン基板にそれぞれ1つの領域を形成することができ、また、n型半導体領域37およびp型半導体領域36のうちどちらか一方を複数形成することもできる。また、図20のようにn型半導体領域37およびp型半導体領域36を形成したシリコン基板を並べて設置し、第3導電部33により直列接続することにより光電変換部2を形成することもできる。
なお、ここではシリコン基板を用いて説明したが、pn接合、pin接合、npp+接合またはpnn+接合などを形成することができる他の半導体基板を用いてもよい。また、n型半導体部37およびp型半導体部36を形成することができれば、半導体基板に限定されず、基板上に形成された半導体層であってもよい。
Each of the n-type semiconductor portion 37 and the p-type semiconductor portion 36 can form one region on the silicon substrate as shown in FIGS. 19 and 20, and either of the n-type semiconductor region 37 and the p-type semiconductor region 36 can be formed. A plurality of these can be formed. Alternatively, as shown in FIG. 20, the photoelectric conversion unit 2 can be formed by arranging the silicon substrates on which the n-type semiconductor region 37 and the p-type semiconductor region 36 are arranged side by side and connecting them in series by the third conductive unit 33.
Note that, although described with reference to a silicon substrate, pn junction, pin junction, may use other semiconductor substrate or the like can be formed npp + junction or pnn + junction. In addition, as long as the n-type semiconductor portion 37 and the p-type semiconductor portion 36 can be formed, the semiconductor layer is not limited to the semiconductor substrate, and may be a semiconductor layer formed on the substrate.

5−2.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。
5-2. Photoelectric conversion part using a compound semiconductor The photoelectric conversion part using a compound semiconductor is, for example, GaP, GaAs, InP, InAs, or II-VI group elements composed of III-V group elements, CdTe / CdS, Examples thereof include those in which a pn junction is formed using CIGS (Copper Indium Gallium DiSelenide) composed of a group I-III-VI.

化合物半導体を用いた光電変換部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 method for manufacturing a photoelectric conversion unit using a compound semiconductor is shown below. In this manufacturing method, all film-forming processes are continuously performed using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus. Done. 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.

5−3.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。
5-3. 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. 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.

5−4.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2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。
5-4. Photoelectric conversion part using organic thin film Photoelectric conversion part 2 using an organic thin film is 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. And a hole transport layer having an electron donating property may be laminated.
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π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π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 means a π-conjugated polymer, which is composed of a π-conjugated system in which double bonds or triple bonds containing carbon-carbon or hetero atoms 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.

6.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。また、第2電極5は、光電変換部2の裏面と第1電解用電極8との間および光電変換部2の裏面と絶縁部11との間に設けることもできる。また、第2電極5は、第1電解用電極8と電気的に接続することができる。第2電極5を設けることにより、光電変換部2の裏面と第1電解用電極8との間のオーミックロスを低減することができる。また、第2電極5は、第1電解用電極8と接触してもよい。また、第2電極5は、切換部10および配線52を介して第1電解用電極8と電気的に接続してもよい。
また、第2電極5は、電解液に対する耐食性および電解液に対する遮液性を有することが好ましい。このことにより、電解液による光電変換部2の腐食を防止することができる。
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。
6). Second Electrode The second electrode 5 can be provided on the back surface of the photoelectric conversion unit 2. The second electrode 5 can also be provided between the back surface of the photoelectric conversion unit 2 and the first electrolysis electrode 8 and between the back surface of the photoelectric conversion unit 2 and the insulating unit 11. The second electrode 5 can be electrically connected to the first electrolysis electrode 8. By providing the second electrode 5, it is possible to reduce ohmic cross between the back surface of the photoelectric conversion unit 2 and the first electrolysis electrode 8. The second electrode 5 may be in contact with the first electrolysis electrode 8. Further, the second electrode 5 may be electrically connected to the first electrolysis electrode 8 via the switching unit 10 and the wiring 52.
Moreover, it is preferable that the 2nd electrode 5 has the corrosion resistance with respect to electrolyte solution, and the liquid shielding property with respect to electrolyte solution. Thereby, corrosion of the photoelectric conversion part 2 by electrolyte solution can be prevented.
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.

7.第1導電部
第1導電部9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9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1導電部9は、図4、14のように光電変換部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、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気体および第2気体を発生させることができる。また、第1導電部9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、第1導電部9は、図17のように光電変換部2の側面を覆うように設けられてもよい。
7). First Conductive Part The first conductive part 9 can be provided in contact with the first electrode 4 and the second electrolysis electrode 7. By providing the first conductive portion 9, 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 1st electroconductive part 9 may be provided in the contact hole which penetrates the photoelectric conversion part 2 like FIG. Thus, the current path between the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 and the second electrolysis electrode 7 can be shortened, and the first gas and the second gas can be generated more efficiently. Moreover, the contact hole provided with the 1st electroconductive part 9 may have one or more, and may have a circular cross section.
Moreover, the 1st electroconductive part 9 may be provided so that the side surface of the photoelectric conversion part 2 may be covered like FIG.

第1導電部9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 9 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.絶縁部
絶縁部11は、リーク電流の発生を防止するために設けることができる。例えば、図4、14のように第1導電部9を光電変換部2を貫通するコンタクトホール内に設ける場合、コンタクトホールの側壁に絶縁部11を設けることができる。
また、絶縁部11は、例えば、図4、13〜17のように第2電解用電極7と光電変換部2の裏面との間に設けることができる。このことにより、第2電解用電極7と光電変換部2の裏面との間でリーク電流が生じるのを防止することができる。また、光電変換部2が図19、20のように受光することにより光電変換部2の裏面の第1区域と第2区域との間に電位差を生じるものである場合、絶縁部11は、第1電解用電極8と光電変換部2の裏面との間、および第2電解用電極7と光電変換部2の裏面との間に設けられ、絶縁部11は、第1区域上および第2区域上に開口を有してもよい。このことにより、光電変換部2が受光することにより形成される電子およびホールを効率よく分離することができ、光電変換効率をより高くすることができる。
また、絶縁部11は、電解液に対する耐食性および電解液に対する遮液性を有することが好ましい。このことにより、リーク電流の発生を防止することができ、また、電解液による光電変換部2の腐食を防止することができる。
8). Insulating part The insulating part 11 can be provided in order to prevent the occurrence of leakage current. For example, when the first conductive portion 9 is provided in a contact hole penetrating the photoelectric conversion portion 2 as shown in FIGS. 4 and 14, the insulating portion 11 can be provided on the side wall of the contact hole.
Moreover, the insulating part 11 can be provided between the electrode 7 for 2nd electrolysis and the back surface of the photoelectric conversion part 2 like FIG. This can prevent a leak current from being generated between the second electrolysis electrode 7 and the back surface of the photoelectric conversion unit 2. In addition, when the photoelectric conversion unit 2 receives light as shown in FIGS. 19 and 20 and generates a potential difference between the first area and the second area on the back surface of the photoelectric conversion unit 2, the insulating unit 11 1 between the electrode 8 for electrolysis and the back surface of the photoelectric conversion unit 2, and between the second electrode for electrolysis 7 and the back surface of the photoelectric conversion unit 2, and the insulating unit 11 is provided on the first area and the second area. You may have an opening on it. Thereby, the electrons and holes formed by the photoelectric conversion unit 2 receiving light can be efficiently separated, and the photoelectric conversion efficiency can be further increased.
Moreover, it is preferable that the insulation part 11 has the corrosion resistance with respect to electrolyte solution, and the liquid shielding property with respect to electrolyte solution. Thereby, generation | occurrence | production of a leakage current can be prevented and corrosion of the photoelectric conversion part 2 by electrolyte solution can be prevented.

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.

9.第2導電部、第3導電部
第2導電部29は、絶縁部11と第2電解用電極7との間、または、絶縁部11と第1電解用電極8との間に設けることができる。第2導電部29を設けることにより、光電変換部2が受光することにより生じた起電力を効率よく第1電解用電極8または第2電解用電極7に出力することができ、オーミックロスを低減することができる。第2導電部29は、例えば、図17、19、20に示すように設けることができる。
第2導電部29は、電解液に対する耐食性および電解液に対する遮液性を有することが好ましい。このことにより、オーミック抵抗の上昇を防止することができ、また、電解液による光電変換部2の腐食を防止することができる。
第3導電部33は、図17、20のように光電変換層を直列接続するように設けることができる。
9. Second Conductive Part, Third Conductive Part The second conductive part 29 can be provided between the insulating part 11 and the second electrolysis electrode 7 or between the insulating part 11 and the first electrolysis electrode 8. . By providing the second conductive portion 29, an electromotive force generated by receiving light by the photoelectric conversion portion 2 can be efficiently output to the first electrolysis electrode 8 or the second electrolysis electrode 7 and the ohmic cross is reduced. can do. The second conductive portion 29 can be provided, for example, as shown in FIGS.
The second conductive portion 29 preferably has corrosion resistance to the electrolytic solution and liquid shielding properties to the electrolytic solution. Thereby, an increase in ohmic resistance can be prevented, and corrosion of the photoelectric conversion unit 2 due to the electrolytic solution can be prevented.
The 3rd electroconductive part 33 can be provided so that a photoelectric converting layer may be connected in series like FIG.

第2導電部29または第3導電部33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。 The second conductive portion 29 or the third conductive portion 33 is not particularly limited as long as it has conductivity. For example, the second conductive portion 29 or the third conductive portion 33 is a metal thin film, for example, a thin film such as Al, Ag, or 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.

10.第1電解用電極、第2電解用電極
第1電解用電極8および第2電解用電極7は、光電変換部2の裏面側にそれぞれ設けられる。図4のように、第1および第2電解用電極8、7は、光電変換部2の裏面上に設けられてもよい。また、第1電解用電極8および第2電解用電極7は、光電変換部2の裏面側の面とその裏面であり電解液に接触可能な面とをそれぞれ有することができる。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および第2電解用電極7は、電解液と接触するとき、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を利用し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ように設けられる。例えば、光電変換部2が受光することにより受光面とその裏面との間に起電力が生じる場合、図4、16、17のように、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とができ、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とができる。また、光電変換部2が受光することによりその裏面の第1区域と第2区域との間に起電力が生じる場合、図19、20のように第1電解用電極8は第1区域と第2区域のうちどちらか一方と電気的に接続し、第2電解用電極7は第1区域と第2区域のうち他方と電気的に接続することができる。
10. First Electrolysis Electrode, Second Electrolysis Electrode The first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 are provided on the back side of the photoelectric conversion unit 2, respectively. As shown in FIG. 4, the first and second electrolysis electrodes 8 and 7 may be provided on the back surface of the photoelectric conversion unit 2. Moreover, the electrode 8 for 1st electrolysis and the electrode 7 for 2nd electrolysis can each have the surface of the back surface side of the photoelectric conversion part 2, and the surface which is the back surface and can contact electrolyte solution. Thus, the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 do not block light incident on the photoelectric conversion unit 2.
In addition, when the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 are in contact with the electrolytic solution, the electrolysis solution is electrolyzed by using the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light, and the first gas is obtained. And the second gas can be generated. For example, when an electromotive force is generated between the light receiving surface and the back surface thereof when the photoelectric conversion unit 2 receives light, the first electrolysis electrode 8 is connected to the back surface of the photoelectric conversion unit 2 as shown in FIGS. The second electrolysis electrode 7 can be electrically connected to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2. Further, when an electromotive force is generated between the first area and the second area on the back surface of the photoelectric conversion unit 2 by receiving light, the first electrolysis electrode 8 is connected to the first area and the second area as shown in FIGS. The second electrolysis electrode 7 can be electrically connected to the other of the first area and the second area.

図14、15のように第1電解用電極8が光電変換部2の裏面または第2電極5と接触していない場合、第1電解用電極8は、切換部10を介して光電変換部2の裏面と電気的に接続することができる。また、図13、15、18のような場合、第2電解用電極7は、光電変換部2の受光面と切換部10を介して電気的に接続することができる。   14 and 15, when the first electrolysis electrode 8 is not in contact with the back surface of the photoelectric conversion unit 2 or the second electrode 5, the first electrolysis electrode 8 is connected to the photoelectric conversion unit 2 via the switching unit 10. It can be electrically connected to the back surface of. 13, 15, and 18, the second electrolysis electrode 7 can be electrically connected to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 via the switching unit 10.

第1電解用電極8および第2電解用電極7は、少なくとも一方が複数であってもよく、それぞれ帯状の電解液に接触可能な面を有してもよく、その面の長辺が隣接するように交互に設けられてもよい。このように、第1電解用電極8および第2電解用電極7を設けることにより、第1気体が発生する反応が生じる部分と、第2気体が発生する反応が生じる部分との間の距離を短くすることができ、電解液中で生じるイオン濃度の不均衡をより少なくすることができる。また、電解液に接触可能な面を帯状とすることにより、第1気体および第2気体を容易に回収することができる。例えば、第1電解用電極8および第2電解用電極7は、図12のように設けることができる。
第1電解用電極8および第2電解用電極7は、電解液に対する耐食性および電解液に対する遮液性を有することが好ましい。このことにより、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、また、電解液による光電変換部2の腐食を防止することができる。例えば、第1電解用電極8および第2電解用電極7に電解液に対する耐食性を有する金属板または金属膜を用いることができる。
At least one of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 may be plural, and each may have a surface that can contact the strip-shaped electrolyte solution, and the long sides of the surfaces are adjacent to each other. Alternatively, they may be provided alternately. In this way, by providing the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7, the distance between the portion where the reaction generating the first gas occurs and the portion where the reaction generating the second gas occurs is increased. It can be shortened, and the ion concentration imbalance generated in the electrolyte can be reduced. Moreover, the 1st gas and 2nd gas can be collect | recovered easily by making the surface which can contact electrolyte solution into strip | belt shape. For example, the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 can be provided as shown in FIG.
The first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 preferably have corrosion resistance to the electrolytic solution and liquid shielding properties to the electrolytic solution. Thereby, the first gas and the second gas can be stably generated, and corrosion of the photoelectric conversion unit 2 due to the electrolytic solution can be prevented. For example, a metal plate or a metal film having corrosion resistance against the electrolytic solution can be used for the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.

また、第1電解用電極8および第2電解用電極7のうち少なくとも一方は、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2で生じる起電力により、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、第1電解用電極8および第2電解用電極7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であることが好ましい。このような構成によれば、第1電解用電極8および第2電解用電極7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、多孔質の導電体を用いることにより、光電変換部2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、この場合、第1電解用電極8または第2電解用電極7を電解液に対する遮液性を有する部分と多孔質からなる部分の二層構造とすることもできる。
第1電解用電極8および第2電解用電極7のうち、一方は水素発生部であってもよく、他方が酸素発生部であってもよい。この場合、第1気体および第2気体のうち一方は水素であり、他方は酸素である。
Moreover, it is preferable that at least one of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 has a catalyst surface area larger than the area of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2. According to such a configuration, the first gas or the second gas can be generated more efficiently by the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit 2.
In addition, at least one of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 is preferably a porous conductor carrying a catalyst. According to such a configuration, the surface area of at least one of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 can be increased, and the first gas or the second gas can be generated more efficiently. Can do. Further, by using a porous conductor, it is possible to suppress a change in potential due to a current flowing between the photoelectric conversion unit 2 and the catalyst, and to generate the first gas or the second gas more efficiently. Can be made. In this case, the first electrolysis electrode 8 or the second electrolysis electrode 7 can also have a two-layer structure of a portion having a liquid shielding property against the electrolytic solution and a porous portion.
One of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 may be a hydrogen generation unit, and the other may be an oxygen generation unit. In this case, one of the first gas and the second gas is hydrogen, and the other is oxygen.

11.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である。
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。さらに、水素発生部は、水素発生触媒を含んでよく、水素発生触媒は、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。このような構成によれば、光電変換部2で生じる起電力により、より速い反応速度で水素を発生させることができる。
11. Hydrogen generating part The hydrogen generating part is a part for generating H 2 from the electrolytic solution, and is one of the first electrolysis electrode 8 and 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. Furthermore, the hydrogen generation unit may include a hydrogen generation catalyst, and the hydrogen generation catalyst may include at least one of Pt, Ir, Ru, Pd, Rh, Au, Fe, Ni, and Se. According to such a configuration, hydrogen can be generated at a higher reaction rate by the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit 2.

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. Alloys or compounds, and combinations thereof can be suitably 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。
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。
The hydrogen generating catalyst can be supported on the conductor. Examples of the conductor carrying the catalyst include metal materials, carbonaceous materials, and conductive inorganic materials.
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.

12.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。さらに、酸素発生部は、酸素発生触媒を含んでもよく、酸素発生触媒は、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。このような構成によれば、光電変換部で生じる起電力により、より速い反応速度で酸素を発生させることができる。
12 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. Furthermore, the oxygen generation unit may include an oxygen generation catalyst, and the oxygen generation catalyst may include at least one of Mn, Ca, Zn, Co, and Ir. According to such a configuration, oxygen can be generated at a higher reaction rate by the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit.

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、「11.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。
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。
The oxygen generating catalyst can be supported on the conductor. 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 “11. Hydrogen generation section”.
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.

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、電解液室15に電解液を導入することにより、第1電解用電極8および第2電解用電極7を電解液に接触させることができる。また、背面基板14に箱状のものを用いる場合、背面基板14は箱体の底の部分であってもよい。
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, and the first electrolytic electrode 8 and the second electrolytic electrode 7 can be brought into contact with the electrolytic solution by introducing the electrolytic solution into the electrolytic solution chamber 15. Moreover, when using a box-shaped thing for the back substrate 14, the back substrate 14 may be the bottom part of a box.

また、背面基板14は、電解液室15を構成し、生成した第1気体および第2気体を閉じ込めるために構成される材料であり、機密性が高い物質が求められる。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が、第1気体および第2気体が発生していることを視認できる点においては透明な材料であることが好ましい。透明な背面基板としては特に限定されず、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。   Further, the back substrate 14 is a material that constitutes the electrolyte chamber 15 and confines the generated first gas and second gas, and a highly confidential substance is required. It is not particularly limited whether it is transparent or opaque, but it is preferably a transparent material in that it can be visually confirmed that the first gas and the second gas are generated. . The transparent back substrate is not particularly limited, and examples thereof include a transparent rigid material such as quartz glass, Pyrex (registered trademark), and a synthetic quartz plate, 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.

14.隔壁
隔壁13は、第1電解用電極8と背面基板14との間の空間である電解液室15および第2電解用電極7と背面基板14との間の空間である電解液室15とを仕切るように設けることができる。また、隔壁13は、図18のように第1電解用電極8と第2電解用電極7との間に設けることもできる。また、第1電解用電極8および第2電解用電極7のうち少なくとも一方を複数設ける場合、隔壁13は、図12のように並列に並ぶ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。
14 The partition wall 13 includes an electrolyte chamber 15 that is a space between the first electrolysis electrode 8 and the back substrate 14 and an electrolyte chamber 15 that is a space between the second electrolysis electrode 7 and the back substrate 14. It can be provided so as to partition. The partition wall 13 can also be provided between the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 as shown in FIG. When at least one of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 is provided, the partition walls 13 can be provided so as to be arranged in parallel as shown in FIG. 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.

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。
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。
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.
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。
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。
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.
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.

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、水素製造モジュール6内の電解液および水素製造モジュール6内で生成した第1気体および第2気体を密閉するための材料である。背面基板14に箱状のものを用いる場合、この箱体と透光性基板1とを接着するためにシール材16が用いられる。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. Seal material The seal material 16 is a material for adhering the translucent substrate 1 and the back substrate 14 and sealing the electrolyte in the hydrogen production module 6 and the first gas and the second gas generated in the hydrogen production module 6. It is. When a box-shaped substrate is used for the back substrate 14, a sealing material 16 is used to bond the box and the translucent substrate 1. 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、透光性基板1と背面基板14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. However, the sealing material 16 is not limited as long as it has a function of adhering the translucent substrate 1 and the back substrate 14, and a member such as a screw is externally used using a resin or metal gasket. It is also possible to appropriately use a method of applying pressure physically to increase confidentiality.

16.電解液室
電解液室15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との間の空間とすることができる。また、電解液室15は、隔壁13により仕切ることができる。
16. Electrolyte Chamber The electrolyte chamber 15 can be a space between the first electrolysis electrode 8 and the back substrate 14 and a space between the second electrolysis electrode 7 and the back substrate 14. Further, the electrolyte chamber 15 can be partitioned by the partition wall 13.

17.給水口、給水管
給水口18は、水素製造モジュール6に含まれるシール材16の一部、もしくは背面基板14の一部など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、第1気体及び第2気体へと分解された電解液を補充するために配置され、その配置箇所および形状は、原料となる電解液が効率よく水素製造モジュール6へ供給されさえすれば、特に限定されるものではない。
17. Water supply port, water supply pipe The water supply port 18 can be provided by making an opening in a part of the sealing material 16 included in the hydrogen production module 6 or a part of the back substrate 14. The water supply port 18 is arranged to replenish the electrolytic solution that has been decomposed into the first gas and the second gas, and the arrangement location and shape of the water supply port 18 are such that the raw electrolyte is efficiently supplied to the hydrogen production module 6. If it does, it will not be limited in particular.

また、給水口18は、給水管24と連結することができ、給水口18と給水管24とを導通させることができる。このことにより給水管24を介して水素製造モジュール6に電解液を供給することができる。また、給水管24は、給水口18から取り外すことができるように設けることができる。このことにより、水素製造モジュール6から給水管24を取り外して、水素製造装置21を第1形態から第2形態へ変形させることができる。また、水素製造装置21が複数の水素製造モジュール6を有する場合、給水管24は各水素製造モジュール6の給水口と連結することができ、給水管24が複数の水素製造モジュール6を連結させることができ、給水管24を連結部12とすることもできる。   Further, the water supply port 18 can be connected to the water supply pipe 24, and the water supply port 18 and the water supply pipe 24 can be electrically connected. As a result, the electrolytic solution can be supplied to the hydrogen production module 6 through the water supply pipe 24. Further, the water supply pipe 24 can be provided so as to be removable from the water supply port 18. Thereby, the water supply pipe 24 can be removed from the hydrogen production module 6 and the hydrogen production apparatus 21 can be transformed from the first form to the second form. When the hydrogen production apparatus 21 has a plurality of hydrogen production modules 6, the water supply pipes 24 can be connected to the water supply ports of the respective hydrogen production modules 6, and the water supply pipes 24 can connect the plurality of hydrogen production modules 6. The water supply pipe 24 can be used as the connecting portion 12.

また、給水口18、給水管24は、液漏れ防止機構を有することができる。このことにより、水素製造装置21を第1形態から第2形態へ変形させるとき、給水口18から給水管24と取り外しても、電解液の漏れを最小限とすることができる。液漏れ防止機構は、例えば、例えば、スプリングと弁体を含む逆流防止弁からなってもよく、ビー玉逆止弁からなってもよい。   Further, the water supply port 18 and the water supply pipe 24 can have a liquid leakage prevention mechanism. Thus, when the hydrogen production apparatus 21 is deformed from the first form to the second form, leakage of the electrolyte can be minimized even if the water supply pipe 24 is detached from the water supply port 18. The liquid leakage prevention mechanism may be composed of, for example, a backflow prevention valve including a spring and a valve body, or may be composed of a marble check valve.

18.第1気体排出口、第2気体排出口、第1気体排出管および第2気体排出管
第1気体排出口20、第2気体排出口19は、第1電解用電極8の端部および第2電解用電極7の端部にそれぞれ近接して設けることができる。このことにより、第1気体排出口20から第1気体を回収することができ、第2気体排出口19から第2気体を回収することができる。
18. The first gas exhaust port, the second gas exhaust port, the first gas exhaust tube and the second gas exhaust tube The first gas exhaust port 20 and the second gas exhaust port 19 are the end portion of the first electrolysis electrode 8 and the second gas exhaust port. It can be provided close to the end of the electrode 7 for electrolysis. Thereby, the first gas can be recovered from the first gas discharge port 20, and the second gas can be recovered from the second gas discharge port 19.

また、第1気体排出口20は、光電変換部2の受光面を水平面に対して傾斜するように第1形態の水素製造装置21を設置したとき、第1電解用電極8の電解液に接触可能な面の上端に近接して設けることができる。また、第2気体排出口19は、光電変換部2の受光面を水平面に対して傾斜するように第1形態の水素製造装置21を設置したとき、第2電解用電極7の電解液に接触可能な面の上端に近接して設けることができる。このことにより、第1形態の水素製造装置21を光電変換部2の受光面が水平面に対して傾斜するように設置し、前記受光面に太陽光を入射させた場合に、第1電解用電極8で発生させた第1気体を気泡として電解液中を上昇させ第1気体排出口20から回収することができ、第2電解用電極7で発生させた第2気体を気泡として電解液中を上昇させ第2気体排出口19から回収することができる。
第1気体排出口20、第2気体排出口19は、例えば、シール材16に開口を設けることにより形成することができる。また、第1気体排出口20、第2気体排出口19に電解液が流入しないように流入防止弁を設けることもできる。
Further, the first gas discharge port 20 contacts the electrolytic solution of the first electrolysis electrode 8 when the hydrogen generator 21 of the first form is installed so that the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 is inclined with respect to the horizontal plane. It can be provided close to the upper end of the possible surface. The second gas discharge port 19 contacts the electrolytic solution of the second electrolysis electrode 7 when the hydrogen production device 21 of the first form is installed so that the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 is inclined with respect to the horizontal plane. It can be provided close to the upper end of the possible surface. Thus, when the hydrogen production device 21 of the first embodiment is installed such that the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 is inclined with respect to the horizontal plane, and sunlight is incident on the light receiving surface, the first electrolysis electrode The first gas generated in 8 can be raised as bubbles in the electrolytic solution and recovered from the first gas discharge port 20, and the second gas generated in the second electrolysis electrode 7 can be recovered as bubbles in the electrolytic solution. It can be raised and recovered from the second gas outlet 19.
The 1st gas exhaust port 20 and the 2nd gas exhaust port 19 can be formed by providing opening in the sealing material 16, for example. An inflow prevention valve may be provided so that the electrolyte does not flow into the first gas outlet 20 and the second gas outlet 19.

また、第1気体排出口20は、第1気体排出管22と連結および導通することができ、第2気体排出口19は第2気体排出管23と連結および導通することができる。
また、第1気体排出管22および第2気体排出管23は、それぞれ第1気体排出口20および第2気体排出口19から取り外すことができるように設けることができる。このことにより、水素製造モジュール6から第1気体排出管22および第2気体排出管23を取り外して、水素製造装置21を第1形態から第2形態へ変形させることができる。また、水素製造装置21が複数の水素製造モジュール6を有する場合、第1気体排出管22および第2気体排出管23は、それぞれ各水素製造モジュール6の第1気体排出口20および第2気体排出口19と連結することができ、第1気体排出管22および第2気体排出管23が複数の水素製造モジュール6を連結させることができ、第1気体排出管22または第2気体排出管23を連結部12とすることもできる。
Further, the first gas discharge port 20 can be connected to and connected to the first gas discharge tube 22, and the second gas discharge port 19 can be connected to and connected to the second gas discharge tube 23.
Moreover, the 1st gas exhaust pipe 22 and the 2nd gas exhaust pipe 23 can be provided so that it can remove from the 1st gas exhaust port 20 and the 2nd gas exhaust port 19, respectively. Thereby, the 1st gas exhaust pipe 22 and the 2nd gas exhaust pipe 23 can be removed from the hydrogen production module 6, and the hydrogen production apparatus 21 can be changed from a 1st form to a 2nd form. When the hydrogen production apparatus 21 has a plurality of hydrogen production modules 6, the first gas exhaust pipe 22 and the second gas exhaust pipe 23 are respectively connected to the first gas exhaust port 20 and the second gas exhaust pipe of each hydrogen production module 6. The first gas discharge pipe 22 and the second gas discharge pipe 23 can be connected to the plurality of hydrogen production modules 6, and the first gas discharge pipe 22 or the second gas discharge pipe 23 can be connected to the outlet 19. It can also be set as the connection part 12.

また、第1気体排出口20および第2気体排出口19は、液漏れ防止機構を有することができる。このことにより、水素製造装置21を第1形態から第2形態へ変形させるとき、第1気体排出口20および第2気体排出口19からそれぞれ第1気体排出管22および第2気体排出管23と取り外しても、電解液の漏れを防止することができる。液漏れ防止機構は、例えば、例えば、スプリングと弁体を含む逆流防止弁からなってもよく、ビー玉逆止弁からなってもよい。   Moreover, the 1st gas exhaust port 20 and the 2nd gas exhaust port 19 can have a liquid leak prevention mechanism. Thus, when the hydrogen production apparatus 21 is deformed from the first form to the second form, the first gas discharge pipe 22 and the second gas discharge pipe 23 are respectively connected from the first gas discharge port 20 and the second gas discharge port 19. Even if it is removed, leakage of the electrolyte can be prevented. The liquid leakage prevention mechanism may be composed of, for example, a backflow prevention valve including a spring and a valve body, or may be composed of a marble check valve.

19.電解液
電解液は、第1気体および第2気体の原料となるものであれば特に限定されないが、例えば、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。この場合、電解液から第1気体および第2気体として水素および酸素を製造することができる。
19. Electrolytic Solution The electrolytic solution is not particularly limited as long as it is a raw material for the first gas and the second gas. For example, the electrolytic solution is an aqueous solution containing an electrolyte, for example, an electrolytic solution containing 0.1 M H 2 SO 4 , 0.1M potassium phosphate buffer. In this case, hydrogen and oxygen can be produced from the electrolytic solution as the first gas and the second gas.

20.切換部
水素製造装置21または水素製造モジュール6は、切換部10を有することができる。切換部10は、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1外部回路へ出力させる回路と、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力し電解液からそれぞれ第1気体および第2気体を発生させる回路とを切り換えることができる。このことにより、水素製造装置21を第1形態とし、水素製造モジュール6の光電変換部2に光を入射させたとき、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1外部回路へ電力として供給でき、また、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を用いて第1気体および第2気体を製造することができる。
切換部10が第1外部回路と電気的に接続する方法は、特に限定されないが、例えば、切換部10が出力端子を備え、出力端子を介して第1外部回路と電気的に接続してもよい。
20. Switching Unit The hydrogen production device 21 or the hydrogen production module 6 can have a switching unit 10. The switching unit 10 outputs the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light to the first external circuit and the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light from the first electrolysis electrode 8 and the second electrode. It is possible to switch between a circuit that outputs to the electrode 7 for electrolysis and generates a first gas and a second gas from the electrolyte. Thus, when the hydrogen production apparatus 21 is in the first form and light is incident on the photoelectric conversion unit 2 of the hydrogen production module 6, the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light is supplied to the first external circuit. In addition, the first gas and the second gas can be produced using the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light.
The method for electrically connecting the switching unit 10 to the first external circuit is not particularly limited. For example, even if the switching unit 10 includes an output terminal and is electrically connected to the first external circuit via the output terminal. Good.

また、切換部10は、第2外部回路と電気的に接続することができ、かつ、第2外部回路から入力される起電力を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力し電解液からそれぞれ第1気体および第2気体を発生させる回路に切り換えることができる。このことにより、第2外部回路から入力される起電力を利用して、電解液から第1気体および第2気体を製造することができる。水素製造装置21が第1形態のときであっても、第2形態のときであっても第2外部回路から入力される起電力を利用して第1気体および第2気体を製造することができるが、水素製造装置21を第2形態として第2外部回路から入力される起電力を利用して第1気体および第2気体を製造することにより、第1気体および第2気体の配管距離を短くすることができ、効率的に第1気体および第2気体を回収することができる。
切換部10が第2外部回路と電気的に接続する方法は特に限定されないが、例えば、切換部10が入力端子を備え、入力端子を介して第2外部回路と電気的に接続してもよい。
The switching unit 10 can be electrically connected to the second external circuit, and outputs an electromotive force input from the second external circuit to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. It can switch to the circuit which produces | generates 1st gas and 2nd gas, respectively from electrolyte solution. Thus, the first gas and the second gas can be produced from the electrolyte using the electromotive force input from the second external circuit. Whether the hydrogen production apparatus 21 is in the first form or the second form, the first gas and the second gas can be produced using the electromotive force input from the second external circuit. However, by using the electromotive force input from the second external circuit with the hydrogen production device 21 as the second configuration, the piping distance between the first gas and the second gas can be reduced by producing the first gas and the second gas. The first gas and the second gas can be efficiently recovered.
The method for electrically connecting the switching unit 10 to the second external circuit is not particularly limited. For example, the switching unit 10 may include an input terminal and be electrically connected to the second external circuit via the input terminal. .

図面を用いて具体的に説明する。図21〜24は、本実施形態の水素製造装置の概略回路図である。なお、図21〜24は、水素製造装置21が1つの水素製造モジュール6を有する場合の概略回路図であるが、水素製造装置21が複数の水素製造モジュール6を有する場合、各水素製造モジュール6の第1電極4および第2電極5を並列または直列に接続してもよく、各水素製造モジュール6の第1電解用電極8および第2電解用電極7を並列に接続してもよい。   This will be specifically described with reference to the drawings. 21 to 24 are schematic circuit diagrams of the hydrogen production apparatus of the present embodiment. 21 to 24 are schematic circuit diagrams in the case where the hydrogen production apparatus 21 has one hydrogen production module 6, but when the hydrogen production apparatus 21 has a plurality of hydrogen production modules 6, each hydrogen production module 6 The first electrode 4 and the second electrode 5 may be connected in parallel or in series, and the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 of each hydrogen production module 6 may be connected in parallel.

例えば、水素製造モジュール6が図15のような断面を有し、図21のような電気回路を有する場合、例えば、SW(スイッチ)1、SW2がON状態であり、SW3、SW4がOFF状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1外部回路へ出力することができる。また、SW1、SW2、SW5、SW6がOFF状態であり、SW3、SW4がON状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1電解用電極8と第2電解用電極7に出力することができる。
また、例えば、SW3、SW4がOFF状態であり、SW5、SW6がON状態である場合、第2外部回路から入力される起電力を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。また、SW1、SW2がOFF状態であり、SW3、SW4、SW5、SW6がON状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力および第2外部回路から入力される起電力の両方を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。
For example, when the hydrogen production module 6 has a cross section as shown in FIG. 15 and an electric circuit as shown in FIG. 21, for example, SW (switch) 1 and SW2 are in the ON state, and SW3 and SW4 are in the OFF state. In some cases, an electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light can be output to the first external circuit. Further, when SW1, SW2, SW5, and SW6 are in the OFF state and SW3 and SW4 are in the ON state, the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light is used as the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode. 7 can be output.
For example, when SW3 and SW4 are in an OFF state and SW5 and SW6 are in an ON state, an electromotive force input from the second external circuit is output to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. be able to. When SW1 and SW2 are in the OFF state and SW3, SW4, SW5, and SW6 are in the ON state, both the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light and the electromotive force input from the second external circuit Can be output to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.

例えば、水素製造モジュール6が図13、18のような断面を有し、図22のような電気回路を有する場合、例えば、SW1、SW2がON状態であり、SW3、SW4がOFF状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1外部回路へ出力することができる。また、SW1、SW2、SW3、SW5がOFF状態であり、SW4がON状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1電解用電極8と第2電解用電極7に出力することができる。
また、例えば、SW1、SW2、SW4がOFF状態であり、SW3、SW5がON状態である場合、第2外部回路から入力される起電力を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。また、SW1、SW2がOFF状態であり、SW3、SW4、SW5がON状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力および第2外部回路から入力される起電力の両方を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。
For example, when the hydrogen production module 6 has a cross section as shown in FIGS. 13 and 18 and an electric circuit as shown in FIG. 22, for example, SW1 and SW2 are in an ON state, and SW3 and SW4 are in an OFF state. The electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light can be output to the first external circuit. Further, when SW1, SW2, SW3, and SW5 are in the OFF state and SW4 is in the ON state, the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light is applied to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. Can be output.
For example, when SW1, SW2, and SW4 are in an OFF state and SW3 and SW5 are in an ON state, an electromotive force input from the second external circuit is applied to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. Can be output. When SW1 and SW2 are in the OFF state and SW3, SW4 and SW5 are in the ON state, both the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light and the electromotive force input from the second external circuit are It can output to the electrode 8 for 1 electrolysis and the electrode 7 for 2nd electrolysis.

例えば、本実施形態の水素製造モジュール6が図14のような断面を有し、図23のような電気回路を有する場合、例えば、SW1、SW2がON状態であり、SW3、SW4がOFF状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1外部回路へ出力することができる。また、SW1、SW2、SW3、SW5がOFF状態であり、SW4がON状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1電解用電極8と第2電解用電極7に出力することができる。
また、例えば、SW1、SW2、SW4がOFF状態であり、SW3、SW5がON状態である場合、第2外部回路から入力される起電力を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。また、SW1、SW2がOFF状態であり、SW3、SW4、SW5がON状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力および第2外部回路から入力される起電力の両方を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。
For example, when the hydrogen production module 6 of this embodiment has a cross section as shown in FIG. 14 and an electric circuit as shown in FIG. 23, for example, SW1 and SW2 are in an ON state, and SW3 and SW4 are in an OFF state. In some cases, an electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light can be output to the first external circuit. Further, when SW1, SW2, SW3, and SW5 are in the OFF state and SW4 is in the ON state, the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light is applied to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. Can be output.
For example, when SW1, SW2, and SW4 are in an OFF state and SW3 and SW5 are in an ON state, an electromotive force input from the second external circuit is applied to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. Can be output. When SW1 and SW2 are in the OFF state and SW3, SW4 and SW5 are in the ON state, both the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light and the electromotive force input from the second external circuit are It can output to the electrode 8 for 1 electrolysis and the electrode 7 for 2nd electrolysis.

例えば、水素製造モジュール6が図4、16、17、19、20のような断面を有し、図24のような電気回路を有する場合、例えば、SW1、SW2がON状態であり、SW3、SW4がOFF状態である場合であって、光電変換部が受光することにより生じる起電力が電解液の電解電圧に達しない場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1外部回路へ出力することができる。また、SW1、SW2、SW3、SW4がOFF状態である場合であって、光電変換部が受光することにより生じる起電力が電解液の電解電圧に達する場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1電解用電極8および第2電解用電極7へ出力することができる。従って、図24のような電気回路を有する場合でも、切換部10により、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1外部回路へ出力させる回路と、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力させる回路とを切り換えることができる。
また、SW3、SW4がON状態であり、SW1,SW2がOFF状態の場合、第2外部回路から入力される起電力、または第2外部回路から入力される起電力と光電変換部2が受光することにより生じる起電力の両方を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。
For example, when the hydrogen production module 6 has cross sections as shown in FIGS. 4, 16, 17, 19, and 20 and has an electric circuit as shown in FIG. 24, for example, SW1 and SW2 are in an ON state, and SW3 and SW4 When the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit receiving light does not reach the electrolytic voltage of the electrolytic solution, the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light is sent to the first external circuit. Can be output. In addition, when SW1, SW2, SW3, and SW4 are in the OFF state, and the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit receiving light reaches the electrolytic voltage of the electrolytic solution, the photoelectric conversion unit 2 receives the light. The electromotive force can be output to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. Therefore, even when the electric circuit as shown in FIG. 24 is provided, the switching unit 10 causes the photoelectric conversion unit 2 to receive the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light and the photoelectric conversion unit 2 to receive light. It is possible to switch between the circuit that outputs the electromotive force generated by the above to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.
When SW3 and SW4 are in the ON state and SW1 and SW2 are in the OFF state, the electromotive force input from the second external circuit or the electromotive force input from the second external circuit and the photoelectric conversion unit 2 receive light. Both the electromotive forces generated by this can be output to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.

また、切換部10は、制御部からの情報を入力することができ、入力した情報に基づき回路の切換を行うことができる。このことにより、切換部10は、制御部が選択した回路に切り換えることができる。
また、切換部10は、光電変換部2が受光することにより生じる起電力の大きさに基づき回路の切換を行うこともできる。このことにより、第1外部回路に出力する電力が光電変換部2で生じている場合、第1外部回路に光電変換部2で生じた起電力を出力することができ、第1外部回路に出力する電力が光電変換部2で生じていない場合、第1電解用電極8および第2電解用電極7に光電変換部2で生じた起電力を出力することができる。
さらに切換部10は、第2外部回路の起電力の大きさに基づき回路の切換を行うこともできる。このことにより、第2外部回路が供給する電力が電気需要より大きくなっている場合、第2外部回路が供給する電力を利用して第1気体および第2気体を製造することができる。
The switching unit 10 can input information from the control unit, and can switch circuits based on the input information. Thereby, the switching unit 10 can switch to the circuit selected by the control unit.
The switching unit 10 can also switch circuits based on the magnitude of the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light. As a result, when the electric power output to the first external circuit is generated in the photoelectric conversion unit 2, the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit 2 can be output to the first external circuit and output to the first external circuit. When the power to be generated is not generated in the photoelectric conversion unit 2, the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit 2 can be output to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.
Furthermore, the switching unit 10 can also switch the circuit based on the magnitude of the electromotive force of the second external circuit. Thereby, when the electric power supplied from the second external circuit is larger than the electric demand, the first gas and the second gas can be produced using the electric power supplied from the second external circuit.

水素製造方法
本実施形態の水素製造方法は、第1形態の水素製造装置21を光電変換部2の受光面が水平面に対し傾斜するように設置し、電解液室15に電解液を導入し、太陽光を光電変換部2の受光面に入射させることにより第1電解用電極8および第2電解用電極7からそれぞれ第1気体および第2気体を発生させ、第1気体排出口20および第2気体排出口19からそれぞれ第1気体および第2気体を排出させることができる。
このことにより第1気体および第2気体を製造することができ、水素を製造することができる。
Hydrogen production method In the hydrogen production method of the present embodiment, the hydrogen production apparatus 21 of the first embodiment is installed so that the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 is inclined with respect to the horizontal plane, and the electrolytic solution is introduced into the electrolytic solution chamber 15, By making sunlight enter the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2, first gas and second gas are generated from the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7, respectively, and the first gas outlet 20 and the second gas are generated. The first gas and the second gas can be discharged from the gas discharge port 19, respectively.
Thus, the first gas and the second gas can be produced, and hydrogen can be produced.

1: 透光性基板 2:光電変換部 4:第1電極 5:第2電極 6、6a、6b、6c、6d:水素製造モジュール 7:第2電解用電極 8:第1電解用電極 9:第1導電部 10:切換部 11:絶縁部 12:連結部 13:隔壁 14:背面基板 15: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:水素製造装置 22:第1気体排出管 23:第2気体排出管 24:給水管 25:液漏れ防止機構 26:ヒンジ部材 28:光電変換層 29:第2導電部 30:透光性電極 31:裏面電極 33:第3導電部 35:半導体部 36:p型半導体部 37:n型半導体部 40:アイソレーション 46:電解液 52:配線 54:レール部 55:案内溝 57:磁石部     1: Translucent substrate 2: Photoelectric conversion unit 4: First electrode 5: Second electrode 6, 6a, 6b, 6c, 6d: Hydrogen production module 7: Electrode for second electrolysis 8: Electrode for first electrolysis 9: 1st electroconductive part 10: Switching part 11: Insulating part 12: Connection part 13: Partition 14: Back substrate 15: Electrolyte chamber 16: Sealing material 18: Water supply port 19: 2nd gas exhaust port 20: 1st gas exhaust port 21: Hydrogen production apparatus 22: 1st gas discharge pipe 23: 2nd gas discharge pipe 24: Water supply pipe 25: Liquid leakage prevention mechanism 26: Hinge member 28: Photoelectric conversion layer 29: 2nd electroconductive part 30: Translucent electrode 31: Back electrode 33: Third conductive part 35: Semiconductor part 36: P-type semiconductor part 37: N-type semiconductor part 40: Isolation 46: Electrolytic solution 52: Wiring 54: Lumpur portion 55: guide groove 57: magnet part

Claims (14)

第1形態から第2形態に、または第2形態から第1形態に変形可能な水素製造装置であって、
変形可能に設けられた少なくとも1つの水素製造モジュールを備え、
前記水素製造モジュールは、受光面および裏面を有する光電変換部と、前記光電変換部の裏面側に設けられた第1電解用電極および第2電解用電極とを備え、
第1および第2電解用電極は、前記光電変換部の受光面に光が入射し第1および第2電解用電極が電解液と接触するとき、前記光電変換部が受光することより生じる起電力を利用し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ように設けられ、
第1気体および第2気体のうち、一方は水素であり他方は酸素であり、
第1形態は、前記水素製造装置に含まれる前記受光面の全体が太陽光を直接受光可能な形態であり、
第2形態は、1つの前記水素製造モジュールに含まれる前記光電変換部の受光面側又は裏面側に、同じ又は異なる前記水素製造モジュールに含まれる前記光電変換部が位置する形態であり、
前記光電変換部は、受光することによりその受光面と裏面との間に起電力が生じ、
第1電解用電極は、前記光電変換部の裏面と電気的に接続することができるように設けられ、
第2電解用電極は、前記光電変換部の受光面と電気的に接続することができるように設けられたことを特徴とする水素製造装置。
A hydrogen production apparatus that can be transformed from the first form to the second form or from the second form to the first form,
Comprising at least one hydrogen production module provided in a deformable manner,
The hydrogen production module includes a photoelectric conversion unit having a light receiving surface and a back surface, a first electrolysis electrode and a second electrolysis electrode provided on the back surface side of the photoelectric conversion unit,
The first and second electrolysis electrodes have an electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light when light enters the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and the first and second electrolysis electrodes come into contact with the electrolytic solution. Is provided so that the electrolyte can be electrolyzed to generate the first gas and the second gas, respectively,
Of the first gas and the second gas, one is hydrogen and the other is oxygen,
The first embodiment is a direct receivable form the entire sunlight of the light receiving surface included in the hydrogen generating device,
The second embodiment, on the light-receiving surface side or the back side of the photoelectric conversion portions included in one of the hydrogen production module, Ri forms der which the photoelectric conversion units included in the same or a different said hydrogen production module is located,
The photoelectric conversion unit generates an electromotive force between the light receiving surface and the back surface by receiving light,
The first electrolysis electrode is provided so as to be electrically connected to the back surface of the photoelectric conversion unit,
2. The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the second electrolysis electrode is provided so as to be electrically connected to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit .
前記水素製造モジュールは複数であり、
第1形態は、各水素製造モジュールの前記光電変換部の受光面に太陽光が入射できるように各水素製造モジュールが並んだ形態であり、
第2形態は、各水素製造モジュールが積重した形態である請求項1に記載の装置。
The hydrogen production module is plural,
The first form is a form in which the hydrogen production modules are arranged so that sunlight can enter the light receiving surface of the photoelectric conversion unit of each hydrogen production module,
The apparatus according to claim 1, wherein the second form is a form in which the hydrogen production modules are stacked.
複数の水素製造モジュールを連結する連結部をさらに備える請求項2に記載の装置。   The apparatus of Claim 2 further provided with the connection part which connects a some hydrogen production module. 前記連結部は、回転軸を含む構造を有する請求項3に記載の装置。   The apparatus according to claim 3, wherein the connecting portion has a structure including a rotating shaft. 前記連結部は、案内溝を有し、
少なくとも1つの水素製造モジュールは、前記案内溝に沿って摺動する請求項3に記載の装置。
The connecting portion has a guide groove,
The apparatus of claim 3, wherein at least one hydrogen production module slides along the guide groove.
各水素製造モジュールは、それぞれ分離可能であり、かつ、第1形態において第1連結部により連結され、第2形態において第2連結部により連結される請求項3に記載の装置。   4. The apparatus according to claim 3, wherein each of the hydrogen production modules is separable, and is connected by a first connecting portion in the first form and connected by a second connecting part in the second form. 第1および第2連結部は、各水素製造モジュールから分離可能である請求項6に記載の装置。   The apparatus according to claim 6, wherein the first and second connecting parts are separable from each hydrogen production module. 各水素製造モジュールは、電解液を水素製造モジュール内に供給する給水口と、第1気体を排出する第1気体排出口と、第2気体を排出する第2気体排出口とを備え、
前記給水口、第1気体排出口または第2気体排出口に液漏れ防止機構を備える請求項1〜7のいずれか1つに記載の装置。
Each hydrogen production module includes a water supply port for supplying the electrolyte into the hydrogen production module, a first gas exhaust port for discharging the first gas, and a second gas exhaust port for discharging the second gas,
The device according to claim 1, wherein a liquid leakage prevention mechanism is provided at the water supply port, the first gas discharge port, or the second gas discharge port.
前記水素製造モジュールは、柔軟性を有し巻き上げ可能なシート状であり、第1形態は、シート状の前記水素製造モジュールを広げた形態であり、
第2形態は、シート状の前記水素製造モジュールを巻き上げた形態である請求項1に記載の装置。
The hydrogen production module is a flexible sheet that can be rolled up, and the first form is an expanded form of the sheet-like hydrogen production module,
The apparatus according to claim 1, wherein the second form is a form in which the sheet-like hydrogen production module is rolled up.
第1外部回路と電気的に接続できる切換部をさらに備え、
前記切換部は、前記光電変換部が受光することにより生じる起電力を第1外部回路へ出力させる回路と、前記光電変換部が受光することにより生じる起電力を第1および第2電解用電極に出力させる回路とを切り換えることができる請求項1〜9のいずれか1つに記載の装置。
A switching unit that can be electrically connected to the first external circuit;
The switching unit includes a circuit that outputs an electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light to the first external circuit, and an electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light to the first and second electrolysis electrodes. The device according to any one of claims 1 to 9, wherein the output circuit can be switched.
前記切換部は、第2外部回路と電気的に接続することができ、かつ、第2外部回路から入力される起電力を第1電解用電極および第2電解用電極に出力し電解液からそれぞれ第1気体および第2気体を発生させる回路に切り換えることができる請求項10に記載の装置。   The switching unit can be electrically connected to the second external circuit, and outputs an electromotive force input from the second external circuit to the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode from the electrolyte. The apparatus of claim 10, wherein the apparatus can be switched to a circuit that generates a first gas and a second gas. 前記水素製造モジュールは、第2電解用電極と前記光電変換部の裏面との間に絶縁部を備える請求項1〜11のいずれか1つに記載の装置。 The said hydrogen production module is an apparatus as described in any one of Claims 1-11 provided with an insulation part between the electrode for 2nd electrolysis and the back surface of the said photoelectric conversion part. 前記水素製造モジュールは、前記光電変換部の受光面に接触する第1電極を備える請求項12に記載の装置。 The apparatus according to claim 12 , wherein the hydrogen production module includes a first electrode that contacts a light receiving surface of the photoelectric conversion unit. 請求項1〜13のいずれか1つに記載の水素製造装置を第1形態で前記光電変換部の受光面が水平面に対し傾斜するように設置し、
前記水素製造モジュールの下部から前記水素製造モジュールに電解液を導入し、太陽光を前記光電変換部の受光面に入射させることにより第1電解用電極および第2電解用電極からそれぞれ第1気体および第2気体を発生させ、前記水素製造モジュールの上部から第1気体および第2気体を排出する水素製造方法。
The hydrogen production apparatus according to any one of claims 1 to 13 is installed so that a light receiving surface of the photoelectric conversion unit is inclined with respect to a horizontal plane in the first form,
An electrolyte is introduced into the hydrogen production module from the lower part of the hydrogen production module, and sunlight is incident on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit to thereby cause the first gas and the second electrolysis electrode to enter the first gas and A hydrogen production method in which a second gas is generated and the first gas and the second gas are discharged from an upper part of the hydrogen production module.
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