TW201512458A - 光電化學反應裝置 - Google Patents

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Abstract

若依據本實施形態之光電化學反應裝置，則係具備有：溶液槽(71)，係收容第1溶液(81)；和層積體(41)，係被收容於前述溶液槽內，並具備有第1電極(11)、和被形成於前述第1電極之下方的第2電極(21)、和被形成於前述第1電極和前述第2電極之間，並藉由從上方而來之光能量而進行電荷分離之光起電力層(31)、以及被形成於前述第2電極之露出面上的第1絕緣層(22)；和配管(61)，係被收容於前述溶液槽內，並與前述第1電極之上方相對向地被作配置，並收容第2溶液(82)，且具有從外面起一直貫通至內面為止的細孔(66)；和配線(51)，係將前述第2電極和前述配管作電性連接。

Description

光電化學反應裝置
本發明之實施形態，係有關於光電化學反應裝置。
近年來，係對於石油或石炭之類的化石燃料之枯竭有所擔憂，對於能夠持續性利用之可再生能源的期待係日益提高。作為可再生能源之其中1者，係活躍地進行利用有太陽光之太陽電池和熱發電的開發。但是，在儲存藉由太陽電池所產生之電力(電)的情況時，係有必要使用蓄電池。因此，係有著在蓄電池中會耗費成本以及在蓄電時會產生損失的問題。
相對於此，並不將太陽光轉換為電而是直接轉換為像是氫(H2)、一氧化碳(CO)、甲醇(CH3OH)或者是甲酸(HCOOH)之類的化學物質(化學能量)之技術係備受矚目。當將太陽光轉換為化學物質並儲存在鋼瓶或槽中的情況時，相較於將太陽光轉換為電並儲存在蓄電池中的情況，能量之儲存係成為低成本，並且亦有著起因於儲存所導致的損失為少之優點。
作為此種將太陽光電化學性地轉換為化學物質之光電 化學轉換技術，例如係可列舉出專利文獻1。在專利文獻1中，係於光觸媒之表面上設置有二氧化碳(CO2)還原觸媒。又，此CO2還原觸媒係經由電線而被與其他的光觸媒作連接。其他的光觸媒，係藉由光能量而得到電位。CO2還原觸媒，係藉由經由電線來從其他的光觸媒得到還原電位，而將CO2還原並產生甲酸。如此這般，在專利文獻1中，為了使用可視光而得到為了藉由光觸媒來進行CO2之還原所需要的電位，係使用2段激勵。然而，從該太陽光而轉換為化學能量之轉換效率，係為0.04%而為非常低。此乃因為藉由可視光而激勵之光觸媒的能量效率係為低之故。
在非專利文獻1中，為了得到反應之電位，係使用將光起電力層作了3層重疊之構造。之後，藉由在光起電力層之電極處設置觸媒，而進行水(H2O)之氧化還原反應，並作為化學物質而得到H2。然而，由於藉由氧化反應所產生的氧(O2)和藉由還原反應所產生的H2係會混合存在，因此係有著需要在後續工程中而進行此些生成物之分離的必要，而仍存在有課題。
又，在非專利文獻1中，光起電力層自身之轉換為電能量的轉換效率，係為7.7%，相對於此，對於H2之轉換效率，亦即是從太陽光而轉換為化學能量之轉換效率，係為4.7%而為小。作為其中一個原因，係可列舉出：乃因為在光起電力層之光照射側處係被設置有具備遮光性之金屬網格的電極之故。起因於此金屬網格，被照射至光起電 力層處之光量係會減少。
又，在非專利文獻1中，係記載有藉由被設置在光起電力層之光照射側的相反側處之觸媒來使反應產生的形態。然而，於此情況，從太陽光而轉換為化學能量之轉換效率，係為2.5%，而較上述金屬網格的形態更小。作為其原因，係可列舉出在光照射側處所產生的離子(在相反側之觸媒處的反應中所被使用的離子)之擴散至光照射側之相反側為止所需的距離為長，而電位會有所損失的因素。
如此這般，作為光電化學轉換技術，係要求有：能夠謀求藉由氧化還原反應所產生之化學物質的分離，並且能夠有效地利用在光起電力層處所產生的起電力而將從太陽光而轉換為化學能量的轉換效率提昇。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-094194號公報
[非專利文獻1]S. Y. Reece, et al., Science. vol.334. pp.645 (2011)
提供一種：具備有由氧化還原反應所得到的生成物之 分離功能，並且從太陽光而轉換為化學能量之轉換效率為高的光電化學反應裝置。
由本實施形態所致之光電化學反應裝置，其特徵為，具備有：溶液槽，係收容第1溶液；和層積體，係被收容於前述溶液槽內，並具備有第1電極、和被形成於前述第1電極之下方的第2電極、和被形成於前述第1電極和前述第2電極之間，並藉由從上方而來之光能量而進行電荷分離之光起電力層、以及被形成於前述第2電極之露出面上的第1絕緣層；和配管，係被收容於前述溶液槽內，並與前述第1電極之上方相對向地被作配置，並收容第2溶液，且具有從外面起一直貫通至內面為止的細孔；和配線，係將前述第2電極和前述配管作電性連接。
1、3‧‧‧注入口
2、4‧‧‧回收口
11‧‧‧第1電極
12‧‧‧第1觸媒層
21‧‧‧第2電極
22‧‧‧第1絕緣層
21a‧‧‧離子透過構件
31‧‧‧光起電力層
41‧‧‧層積體
51‧‧‧配線
61‧‧‧配管
62‧‧‧基材
63‧‧‧第2絕緣層
64‧‧‧第2觸媒層
65‧‧‧反射層
66‧‧‧細孔
68‧‧‧離子交換膜
71‧‧‧溶液槽
72‧‧‧第1溶液槽
73‧‧‧第2溶液槽
81‧‧‧第1溶液
82‧‧‧第2溶液
91、101‧‧‧反射構件
111‧‧‧第3絕緣層
121‧‧‧支持基板
[圖1]係為對於第1實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之立體圖。
[圖2]係為對於第1實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖。
[圖3]係為對於第1實施形態之層積體的其中一例作展示之剖面圖。
[圖4]係為對於第1實施形態之層積體的另外一例作展示之剖面圖。
[圖5]係為對於第1實施形態之光電化學反應裝置的動作原理作展示之剖面圖。
[圖6]係為對於第2實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖。
[圖7]係為對於第3實施形態之光電化學反應裝置的構成1作展示之剖面圖。
[圖8]係為對於第3實施形態之光電化學反應裝置的構成2作展示之剖面圖。
[圖9]係為對於第3實施形態之光電化學反應裝置的構成3作展示之剖面圖。
[圖10]係為對於第4實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖。
[圖11]係為對於第5實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之立體圖。
[圖12]係為對於第5實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖。
[圖13]係為對於第5實施形態之光電化學反應裝置的構成之其中一例作展示之平面圖。
[圖14]係為對於第5實施形態之光電化學反應裝置的構成之另外一例作展示之平面圖。
[圖15]係為對於第5實施形態之光電化學反應裝置的動作原理作展示之剖面圖。
[圖16]係為對於第6實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖。
[圖17]係為對於第7實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖。
[圖18]係為對於第8實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖。
以下，針對本實施形態，參考圖面而作說明。在圖面中，針對相同之部分，係附加相同之元件符號。又，相互重複之說明，係因應於需要而進行。
1.第1實施形態
以下，使用圖1乃至圖5，針對第1實施形態之光電化學反應裝置作說明。
在第1實施形態之光電化學反應裝置中，係藉由包含有第1電極11、光起電力層31、第2電極21以及第1絕緣層22之層積體41，和經由配線51而被與第2電極21作電性連接之配管61，來構成光電化學反應胞。此光電化學反應胞，係被收容在填充有包含H2O之第1溶液81的溶液槽71內，在配管61內，係被填充有包含CO2之第2溶液82。藉由此，係能夠將由氧化還原反應所得到的生成物分離，並且能夠將從太陽光而轉換為化學能量之轉換效率提高。以下，針對第1實施形態作詳細說明。
1-1.第1實施形態之構成
圖1，係為對於第1實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之立體圖。圖2，係為對於第1實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖，並為沿著圖1中之A-A’線的剖面圖。圖3，係為對於第1實施形態之層積體41的其中一例作展示之剖面圖，圖4，係為對於第1實施形態之層積體41的另外一例作展示之剖面圖。
如同圖1以及圖2中所示一般，第1實施形態之光電化學反應裝置，係具備有藉由層積體41和配線51以及配管61所構成之光電化學反應胞、和收容光電化學反應胞之溶液槽71。
溶液槽71，係將光電化學反應胞收容於其內部。又，溶液槽71，係以將光電化學反應胞作浸漬的方式，而於其內部收容有第1溶液81。第1溶液81，例如係為包含有H2O之溶液。作為此種溶液，係可列舉出包含有任意之電解質者，但是，係以身為會促進H2O之氧化反應者為理想。溶液槽71之上面，係設置有光透過率為高之例如由玻璃或壓克力所成之窗部。照射光，係從溶液槽71之上方而被照射。藉由此照射光，後述之光電化學反應胞係進行氧化還原反應。
又，在溶液槽71處，係被連接有注入口1以及回收口2。注入口1，係將在氧化反應中所被使用之液體(第1溶液81)注入至溶液槽71內。回收口2，係將在溶液槽71內而藉由氧化反應所產生的氣體(例如O2)回收。
光電化學反應胞，係藉由層積體41和配線51以及配 管61所構成，並從光能量而產生化學能量。針對光電化學反應胞之各要素，於下詳細作說明。
如圖3中所示一般，層積體41之其中一例，係藉由第1電極11和光起電力層31和第2電極21以及第1絕緣層22所構成。層積體41，係為朝向第1方向以及與第1方向相正交之第2方向而擴張的平板狀，並將第2電極21作為基材而依序被形成。另外，於此，係將光照射側作為表面(上面)並將光照射側之相反側作為背面(下面)來進行說明。
第2電極21，係具備有導電性。又，第2電極21，係為了支持層積體41並增加其機械性強度而被設置。第2電極21，例如係藉由Cu、Al、Ti、Ni、Fe或Ag等之金屬板，或者是藉由包含有該些中之至少一者的例如SUS一般之合金板所構成。又，第2電極21，係亦可藉由導電性之樹脂等來構成。又，第2電極21，係亦可藉由Si或Ge等之半導體基板、離子交換膜來構成。
光起電力層31，係被形成在第2電極21上(表面上(上面上))。光起電力層31，係藉由反射層32和第1光起電力層33和第2光起電力層34以及第3光起電力層35所構成。
反射層32，係被形成在第2電極21上，並藉由從下部側起所依序形成之第1反射層32a以及第2反射層32b所構成。第1反射層32a，係具備有光反射性和導電性，並例如藉由Ag、Au、Al或Cu等之金屬，或者是藉由包 含有該些中之至少一者的金屬之合金所構成。第2反射層32b，係為了對於光學性距離作調整並提高光反射性而被設置。又，第2反射層32b，係與光起電力層31之n型半導體層(後述之n型之非晶質矽層33a)相接合。因此，第2反射層32b，係以藉由具備有光透過性並且能夠與n型半導體層進行歐姆接觸之材料來構成為理想。第2反射層32b，例如，係藉由ITO(Indium Tin Oxide)或氧化鋅(ZnO)、FTO(摻雜氟之氧化錫)、AZO(摻雜鋁之氧化鋅)、或者是ATO(摻雜銻之氧化錫)等的透明導電性氧化物所構成。
第1光起電力層33和第2光起電力層34以及第3光起電力層35，係分別為使用有pin接合半導體之太陽電池，且光之吸收波長係為相異。藉由將此些層積為平面狀，光起電力層31，係能夠吸收太陽光之廣範圍的波長，而成為能夠以更良好的效率來利用太陽光能量。又，各光起電力層，由於係被作串聯連接，因此係能夠得到高的開放電壓。
更具體而言，第1光起電力層33，係被形成於反射層32上，並藉由從下部側起所依序形成之n型之非晶質矽(a-Si)層33a、本質(intrinsic)之非晶質矽鍺(a-SiGe)層33b以及p型之微結晶矽(μ c-Si)層33c所構成。於此，a-SiGe層33b，係為吸收700nm程度之長波長區域之光的層。亦即是，第1光起電力層33，係藉由長波長區域之光能量而產生電荷分離。
又，第2光起電力層34，係被形成於第1光起電力層33上，並藉由從下部側起所依序形成之n型之a-Si層34a、本質(intrinsic)之a-SiGe層34b以及p型之μ c-Si層34c所構成。於此，a-SiGe層34b，係為吸收600nm程度之中間波長區域之光的層。亦即是，第2光起電力層34，係藉由中間波長區域之光能量而產生電荷分離。
又，第3光起電力層35，係被形成於第2光起電力層34上，並藉由從下部側起所依序形成之n型之a-Si層35a、本質(intrinsic)之a-Si層35b以及p型之μ c-Si層35c所構成。於此，a-Si層35b，係為吸收400nm程度之短波長區域之光的層。亦即是，第3光起電力層35，係藉由短波長區域之光能量而產生電荷分離。
如此這般，光起電力層31，係藉由各波長區域之光而產生電荷分離。亦即是，電洞係被分離至陽極側(表面側)處，電子係被分離至陰極側(背面側)處。藉由此，光起電力層31係產生起電力。
第1電極11，係被形成於光起電力層31之p型半導體層(p型之μ c-Si層35c)上。因此，第1電極11，係以藉由能夠與p型半導體層進行歐姆接觸之材料來構成為理想。第1電極，例如係藉由Ag、Au、Al或Cu等之金屬，或者是藉由包含有該些中之至少一者的合金，而構成之。又，第1電極11，係亦可藉由ITO、ZnO、FTO、AZO或ATO等之透明導電性氧化物來構成。又，第1電極11，例如係亦可藉由將金屬和透明導電性氧化物作了 層積的構造、使金屬和其他導電性材料相互複合之構造、或者是使透明導電性氧化物和其他導電性材料相互複合之構造，來構成之。
又，在本例中，照射光，係通過第1電極11並到達光起電力層31。因此，被配置在光照射側(圖面中之上部側)處之第1電極11，係相對於照射光而具有光透過性。更具體而言，光照射側之第1電極11之光透過性，係以身為照射光之照射量的至少10%以上、更理想為身為30%以上為理想。又，第1電極11，係具備有能夠使光透過之開口部分。開口率，至少係為10%以上，更理想係為30%以上。
第1絕緣層22，係被形成於第2電極21下(背面上(下面上))。第1絕緣層22，係為了將第2電極21和第1溶液81電性絕緣而被設置。第1絕緣層22，係藉由與第1溶液81間之反應性為低的TiOx或Al2O3等之金屬氧化物、或者是有機化合物之樹脂，而構成之。
第1絕緣層22，係以並不侷限於第2電極21之背面上而亦被形成於第2電極21之側面上為理想。亦即是，第1絕緣層22，係被形成於第2電極21之露出面上。換言之，第1絕緣層22，係以覆蓋第2電極21的方式而被形成，並被形成於第2電極21和第1溶液81之間。
另外，第2電極21之膜厚，相較於第2電極21之平面尺寸(在第1方向上之尺寸以及在第2方向上之尺寸)，係為非常小。因此，第2電極21之露出面的大部分，係 身為第2電極21之下面。故而，第1絕緣層22，係只要至少被形成於第2電極21之下面上即可。
另外，於上述說明中，雖係以藉由3個的光起電力層之層積構造所構成的光起電力層31為例來作了說明，但是係並不被限定於此。光起電力層31，係亦可由2個或者是4個以上的光起電力層之層積構造所構成。或者是，代替光起電力層之層積構造，係亦可使用1個的光起電力層。又，於前述說明中，雖係針對使用有pin接合半導體之太陽電池而作了說明，但是係亦可為使用有pn接合型半導體之太陽電池。又，作為半導體層，雖係針對藉由Si以及Ge來構成之例而作了展示，但是，係並不被限定於此，亦可藉由化合物半導體系、例如藉由GaAs、GaInP、AlGaInP、CdTe、CuInGaSe來構成之。進而，係可適用單晶、多晶、非晶質狀之各種的形態。又，第1電極11以及第2電極21，係可被設置在光起電力層31之全面上，亦可被作部分性之設置。
如圖4中所示一般，層積體41之另外一例，係藉由第1電極11和光起電力層31以及第2電極21所構成。層積體41之另外一例，相對於上述其中一例，主要在光起電力層31之構造上係為相異。
另外一例中之光起電力層31，係藉由第1光起電力層321和緩衝層322和穿隧層323和第2光起電力層324和穿隧層325以及第3光起電力層326所構成。
第1光起電力層321，係被形成在第2電極21上， 並藉由從下部側起所依序形成之p型之Ge層321a以及n型之Ge層321b的層積構造所構成。在此第1光起電力層321(Ge層321b)上，係為了進行與在第2光起電力層324中所使用之GaInAs間的晶格整合以及電性接合，而被形成有包含GaInAs之緩衝層322以及穿隧層323。
第2光起電力層324，係被形成在穿隧層323上，並藉由從下部側起所依序形成之p型之GaInAs層324a以及n型之GaInAs層324b的層積構造所構成。在此第2光起電力層324(GaInAs層324b)上，係為了進行與在第3光起電力層326中所使用之GaInP間的晶格整合以及電性接合，而被形成有包含GaInP之穿隧層325。
第3光起電力層326，係被形成在穿隧層325上，並藉由從下部側起所依序形成之p型之GaInP層326a以及n型之GaInP層326b的層積構造所構成。
另外一例中之光起電力層31，相對於圖3中所示之使用有非晶質矽系之材料的其中一例中之光起電力層31，由於p型和n型之層積方向係為相異，因此起電力之極性係為相異。
配管61，係被配置在層積體41之上方，亦即是相對於層積體41而被配置在光照射側處。換言之，配管61，係與第1電極11相對向地而被設置。配管61，係於其內部收容第2溶液82。配管61，係將其外側之第1溶液81和其內側之第2溶液作物理性分離。又，配管61，係經由後述之細孔66，而從第1溶液81朝向第2溶液82地 來選擇性地使離子透過。配管61，係於第1方向以及第2方向上任意地延伸存在或者是彎折。又，配管61，係亦可作分歧。
第2溶液82，例如係為包含有CO2之溶液。第2溶液82，係以CO2之吸收率為高為理想，作為包含有H2O之溶液，係可列舉出NaHCO3、KHCO3之水溶液。又，第1溶液81和第2溶液82，雖係可為相同之溶液，但是，由於第2溶液82係以CO2之吸收量為高為理想，因此，第1溶液81和第2溶液82係亦可使用相異之溶液。又，第2溶液82，較理想，係具備有使CO2之還原電位降低且離子傳導性為高並且會吸收CO2之CO2吸收劑。作為此種電解液，係可列舉出由咪唑離子或吡啶離子等之陽離子和BF4-或PF6-等之陰離子之鹽所成，並且會在廣範圍之溫度範圍內而身為液體狀態之離子液體或者是其之水溶液。或者是，作為電解液，係可列舉出乙醇胺、咪唑或吡啶等之胺溶液或者是其之水溶液。胺，係可為一級胺、二級胺或者是三級胺之任一者。作為一級胺，係可列舉出甲基胺、乙基胺、丙基胺、丁基胺、戊基胺或己基胺等。胺之烴，係亦可置換為醇或鹵素等。作為使胺之烴被作了置換者，例如係可列舉出甲醇胺、乙醇胺或氯甲基胺等。又，亦可存在有不飽和鍵。此些之烴，針對二級胺、三級胺亦為相同。作為二級胺，係可列舉出二甲基胺、二乙基胺、二丙基胺、二丁基胺、二戊基胺、二己基胺、二甲醇胺、二乙醇胺或二丙醇胺等。作了置換的烴，係亦可為相異。 此事，針對三級胺而言亦為相同。例如，作為烴為相異者，係可列舉出甲基乙基胺或甲基丙基胺等。作為三級胺，係可列舉出三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、三己基胺、三甲醇胺、三乙醇胺、三丙醇胺、三丁醇胺、三丙醇胺、三己醇胺、甲基二乙基胺或甲基二丙基胺等。作為離子液體之陽離子，係可列舉出1-乙基-3-甲基咪唑啉離子、1-甲基-3-丙基咪唑啉離子、1-丁基-3-甲基咪唑離子、1-甲基-3-戊基咪唑啉離子或1-己基-3-甲基咪唑啉離子等。又，亦可使咪唑啉離子之2位被作置換。作為使咪唑啉離子之2位被作了置換者，例如，係可列舉出1-乙基-2,3-二甲基咪唑啉離子、1,2-二甲基-3-丙基咪唑啉離子、1-丁基2,3-二甲基咪唑啉離子、1,2-二甲基-3-戊基咪唑啉離子或1-己基-2,3-二甲基咪唑啉離子等。作為吡啶離子，係可列舉出甲基吡啶、乙基吡啶、丙基吡啶、丁基吡啶、戊基吡啶或己基吡啶等。咪唑啉離子、吡啶離子，係均可使烷基被作置換，亦可存在有不飽和鍵。作為陰離子，係可列舉出氟化物離子、氯化物離子、溴化物離子、碘化物離子、BF4-、PF6-、CF3COO-、CF3SO3-、NO3-、SCN-、(CF3SO2)3C-、雙(三氟甲氧基磺醯基)醯亞胺、雙(三氟甲氧基磺醯基)醯亞胺或雙(全氟乙基磺醯基)醯亞胺等。又，亦可為將離子液體之陽離子和陰離子藉由烴來作了連結的兩性離子。
又，在配管61處，係被連接有注入口3以及回收口4。注入口3，係將在還原反應中所被使用之液體(第2溶 液82)注入至配管61內。回收口4，係將在配管61內而藉由還原反應所產生的氣體(例如CO)回收。
配管61，例如係具備有由第1部分和複數之第2部分以及第3部分所成的佈局。第1部分，係延伸存在於第1方向上，並被與注入口3作連接。複數之第2部分，係並行地延伸存在於第2方向上，該些之其中一端係被與第1部分作連接。第3部分，係延伸存在於第1方向上，並被與複數之第2部分之另外一端作連接。又，第3部分係被與回收口4作連接。
配管61，係藉由管狀之基材62以及第2絕緣層63所構成。
基材62，係被形成於配管61之內側，並於其內部具備有收容第2溶液82之空洞。基材62，係藉由導電性為高且加工性為高之材料所構成。作為此種材料，例如，係藉由Fe、Ni、Co、Cu或Al等之金屬，或者是藉由包含有該些中之至少一者的合金，而構成之。
第2絕緣層63，係被形成於配管61之外側，並被形成於基材62之外面上。第2絕緣層63，係為了將第1溶液81和基材62電性絕緣而被設置。第2絕緣層63，係藉由與第1溶液81間之反應性為低的TiOx或Al2O3等之金屬氧化物、或者是有機化合物之樹脂，而構成之。
此配管61(基材62以及第2絕緣層63)，係具備有從其之外面起而一直貫通至內面之複數的細孔66。細孔66，係選擇性地僅使藉由在第1電極11處之氧化反應所 產生了的離子(例如H離子(H+))通過至配管61內部。配管61之基材62，由於係被與第2電極21作電性連接，因此，通過了細孔66後之離子，係在配管61之基材62的內側，藉由還原反應而被轉換為O2、H2或者是有機化合物等。又，細孔66，只要是身為會使離子通過之大小即可。例如，細孔66之直徑(圓相當直徑)的下限，係以身為0.3nm以上為理想。另外，所謂圓相當直徑，係為藉由((4×面積)/π)0.5所定義者。又，細孔66之形狀，係並不被限定於圓形狀，而亦可為橢圓形狀、三角形狀或者是四角形狀。細孔66之配置構成，係並不被限定於四角格子狀，而亦可為三角格子狀、隨機形狀。又，係亦可在細孔66中填充離子交換膜68。作為離子交換膜68。例如係可列舉出像是NAFION或者是FLEMION一般之陽離子交換膜，NEOSEPTA或者是SELEMION一般之陰離子交換膜。又，係亦可在細孔66中填充玻璃濾紙或者是寒天。
配線51，係將層積體41之第2電極21和配管61之基材62作電性連接。更具體而言，配線51，係使其之其中一端例如與第2電極21之下面(背面)相接地而被形成。又，配線51，係使其之另外一端例如貫通第2絕緣層63並與基材62之外面相接地而被形成。配線51，係藉由具有導電性並且與第1溶液81間之反應性為低之材料所構成。配線51，例如係藉由被絕緣材料所覆蓋了的Cu、Al或者是Ag等之金屬材料的纜線所構成。
1-2.第1實施形態之動作原理
圖5，係為對於第1實施形態之光電化學反應裝置的動作原理作展示之剖面圖。於此，針對使用有圖3中所示之藉由非晶質矽系材料所構成之光起電力層31的情況時之極性為例，來對於動作進行說明。又，針對作為第2溶液82而使用吸收有CO2之吸收液的情況來作說明。
如同圖5中所示一般，若是從上方而照射光，則照射光係通過第1電極11並到達光起電力層31。光起電力層31若是吸收光，則係產生電子以及與其成對之電洞，並將該些分離。亦即是，在各光起電力層(第1光起電力層31、第2光起電力層32以及第3光起電力層35)中，藉由內藏電位，電子係移動至n型之半導體層側(第2電極21側)處，作為電子之對而產生的電洞係移動至p型之半導體層側(第1電極11側)處，而產生電荷分離。藉由此，光起電力層31係產生起電力。
在光起電力層31內而產生並移動至身為陰極電極之第2電極21處的電子，係經由配線51而移動至配管61(基材62)處。之後，被使用在配管之基材62之內側附近處的還原反應中。另一方面，在光起電力層31內而產生並移動至身為陽極電極之第1電極11處的電洞，係被使用在第1電極11附近之氧化反應中。更具體而言，在與第1溶液81相接之第1電極11附近，係產生(1)式之反應，在與第2溶液82相接之基材62之內側附近，係產生(2)式之反應。
2H2O → 4H++O2+4e-．．．(1)
2CO2+4H++4e- → 2CO+2H2O．．．(2)
如同(1)式中所示一般，在第1電極11附近，在第1溶液81中所包含之H2O係被氧化(失去電子)並產生O2和H+。之後，在第1電極11側所產生的H+，係在第1溶液81內移動，並經由被設置在配管61處之細孔66而移動至配管61之基材62的內側(第2溶液82內)。
如同(2)式中所示一般，在配管61之基材62的內側附近，在第2溶液82中所包含之CO2係被還原(得到電子)。更具體而言，在第2溶液82中所包含之CO2、經由細孔66而作了移動的H+、以及經由第2電極21和配線51而移動至了基材62處之電子，係相互反應，並產生CO和H2O。
此時，光起電力層31，係有必要具備有在第1電極11處所產生的氧化反應之標準氧化還原電位和在基材62之內側處所產生的還原反應之標準氧化還原電位間的電位差以上之開放電壓。例如，在(1)式中之氧化反應的標準氧化還原電位，係為1.23〔V〕，在(2)式中之還原反應的標準氧化還原電位，係為-0.1〔V〕。因此，光起電力層31之開放電壓，係有必要成為1.33〔V〕以上。另外，更理想，開放電壓係有必要成為亦包含有過電壓之電位差以上。更具體而言，例如，當在(1)式中之氧化反應以及在(2)式中之還原反應的過電壓係分別為0.2〔V〕的情況時，開放電壓係以身為1.73〔V〕以上為理想。
另外，不僅是(2)式中所示之從CO2至CO之還原反 應，也能夠使其發生從CO2至HCOOH、甲烷(CH4)、乙烷(C2H4)、CH3OH、乙醇(C2H5OH)等之還原反應。又，亦能夠產生在第2溶液82中所使用的H2O之還原反應，且亦能夠產生H2。又，藉由改變溶液中之水份(H2O)的量，亦能夠改變所產生的CO2之還原物質。例如，係能夠改變HCOOH、CH4、CH3OH、C2H5OH或者是H2等之產生比例。
如此這般，係與使氧化反應產生之第1電極11相對向地而設置被設置有細孔66之配管61，並在配管61之基材62的內側使還原反應產生。藉由此，係成為能夠將在第1電極11附近所產生的O2和在配管61之基材62之內側附近所產生的CO等之碳化合物分離。又，由於係與第1電極11相對向地而設置配管61，因此，在第1電極11附近所產生了的H+之移動距離(從第1電極11起直到基材62之距離)係變短，而能夠將起因於離子輸送所導致的電位之損失縮小。
另外，在使用有圖4中所示之藉由GaAs系所成之光起電力層31的情況時，由於係與上述內容之極性相異，因此反應係成為相反。亦即是，在第1電極11附近係產生還原反應，在配管61之基材62之內側附近係產生氧化反應。
1-3.第1實施形態之效果
若依據上述第1實施形態，則在光電化學反應裝置 中，係藉由包含有第1電極11、光起電力層31、第2電極21以及第1絕緣層22之層積體41，和經由配線51而被與第2電極21作電性連接之配管61，來構成光電化學反應胞。此光電化學反應胞，係被收容在填充有包含H2O之第1溶液81的溶液槽71內，在配管61內，係被填充有包含CO2之第2溶液82。
在此種光電化學反應裝置中，藉由從上方而照射光，在光起電力層31處係產生起電力，在與第1溶液81相接之第1電極11附近係產生氧化反應。當作為第1溶液81而使用H2O的情況時，係藉由氧化反應而產生O2和H+。藉由氧化反應所產生的H+，係擴散至在第1電極11之上方而對向設置的配管61處，並通過細孔66而到達配管61之基材62的內側。與第2溶液82相接之基材62，由於係被與光起電力層31之第2電極21作電性連接，因此係藉由在光起電力層31處所產生的起電力而在其內側產生還原反應。此時，透過細孔66而作了移動的H+，係被使用在基材62之內側附近的還原反應中。當作為第2溶液82而使用吸收有CO2之吸收液的情況時，係藉由還原反應而產生CO。
在第1實施形態中，被設置有細孔66之配管61，係在第1電極11之上方被作對向設置。因此，藉由在第1電極11附近處之氧化反應而產生並且被使用在基材62之內側附近處的還原反應中之H+的移動距離係變短，而能夠將起因於離子輸送所導致的電位之損失降低。故而，係 能夠將從太陽光而轉換為化學能量之轉換效率提高。
又，藉由設置配管61，在配管61之外側係進行氧化反應，在內側係進行還原反應。其結果，係能夠在配管61之外側而回收由氧化反應所得到的生成物(例如O2)，並在配管61之內側回收由還原反應所得到的生成物(例如CO)。亦即是，係能夠將由氧化反應所得到之生成物和由還原反應所得到之生成物分離並回收。
2.第2實施形態
以下，使用圖6，針對第2實施形態之光電化學反應裝置作說明。
第2實施形態，係為第1實施形態之變形例，並為在層積體41之第1電極11上被形成有第1觸媒層12且在配管61之基材62的內面上被形成有第2觸媒層64之例。以下，針對第2實施形態作詳細說明。
另外，在第2實施形態中，針對與上述各實施形態相同之處，係省略其說明，並主要針對相異之點來作說明。
2-1.第2實施形態之構成
圖6，係為對於第2實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖。
如圖6中所示一般，在第2實施形態中，與第1實施形態相異之處，係在於在第1電極11上被形成有第1觸媒層12且在基材62的內面上被形成有第2觸媒層64。
層積體41，係藉由第1電極11、光起電力層31、第2電極21、第1絕緣層22以及第1觸媒層12所構成。第1觸媒層12，係被形成於第1電極11上。第1觸媒層12，係為了提高在第1電極11附近之化學反應性而被設置。又，配管61，係藉由基材62和第2絕緣層63以及第2觸媒層64所構成。第2觸媒層64，係被形成於基材62之內面上。第2觸媒層64，係為了提高在基材62之內側附近之化學反應性而被設置。
如圖3中所示一般，當使用有由非晶質矽系之材料所成之光起電力層31的情況時，第1觸媒層12係被形成於陽極側，並促進氧化反應。當作為第1溶液81而使用水溶液，亦即是使用H2O的情況時，第1電極11係將H2O氧化並產生O2和H+。因此，第1觸媒層12，係藉由會使用以氧化H2O之活性化能量減少的材料所構成。換言之，係藉由會使在氧化H2O並產生O2和H+時的過電壓降低之材料所構成。作為此種材料，係可列舉出氧化錳(Mn-O)、氧化銥(Ir-O)、氧化鎳(Ni-O)、氧化鈷(Co-O)、氧化鐵(Fe-O)、氧化錫(Sn-O)、氧化銦(In-O)或者是氧化釕(Ru-O)等之二元系金屬氧化物，Ni-Co-O、Ni-Fe-O、La-Co-O、Ni-La-O、Sr-Fe-O等之三元系金屬氧化物，Pb-Ru-Ir-O、La-Sr-Co-O等之四元系金屬氧化物，或者是Ru錯合物或Fe錯合物等之金屬錯合物。又，作為第1觸媒層12之形狀，係並不被限定於薄膜狀，而亦可為格子狀、粒子狀或細線狀。
同樣的，如圖3中所示一般，當使用有由非晶質矽系之材料所成之光起電力層31的情況時，第2觸媒層64係被形成於陰極側，並促進還原反應。當作為第2溶液82而使用吸收有CO2之吸收液的情況時，係將CO2還原並產生碳化合物(例如，CO、HCOOH、CH4、CH3OH、C2H5OH、C2H4)等。因此，第2觸媒層64，係藉由會使用以將CO2還原之活性化能量減少的材料所構成。換言之，係藉由會使在還原CO2並產生碳化合物時的過電壓降低之材料所構成。作為此種材料，係可列舉出Au、Ag、Cu、Pt、C、Ni、Zn、C、石墨烯、CNT(carbon nanotube)、富勒烯、科琴黑、或是Pd等之金屬、或者是包含有該些中之至少1者之合金、或者是Ru錯合物或Re錯合物等之金屬錯合物。又，當在第2溶液82中使用有水溶液，亦即是使用有H2O的情況時，係將H2O還原並產生H2。因此，第2觸媒層64，係藉由會使用以還原H2O之活性化能量減少的材料所構成。換言之，係藉由會使在還原H2O並產生H2時的過電壓降低之材料所構成。作為此種材料，係可列舉出Ni、Fe、Pt、Ti、Au、Ag、Zn、Pd、Ga、Mn、Cd、C、石墨烯之類的金屬、或者是包含有該些中之至少1者之合金。又，作為第2觸媒層64之形狀，係並不被限定於薄膜狀，而亦可為格子狀、粒子狀或細線狀。
另一方面，在使用有圖4中所示之由GaAs系所成之光起電力層31的情況時，起電力之極性以及氧化還原反 應係成為與上述圖3的情況相反。因此，第1觸媒層12係藉由會促進還原反應之材料所構成，第2觸媒層64係藉由會促進氧化反應之材料所構成。亦即是，相對於上述圖3之情況，第1觸媒層12之材料和第2觸媒層64之材料係相互交換。如此這般，光起電力層31之極性、和第1觸媒層12以及第2觸媒層64之材料，係為任意。因應於光起電力層31之極性，第1觸媒層12以及第2觸媒層64之氧化還原反應係被決定，依據該氧化還原反應，而對於各材料作選擇。
又，在本例中，照射光，係與第1電極11相同的，通過第1觸媒層12並到達光起電力層31。因此，相對於光起電力層31而被配置在光照射側處之第1觸媒層12，係相對於照射光而具有光透過性。更具體而言，照射面側之第1觸媒層12之光透過性，係為照射光之照射量的至少10%以上、更理想係為30%以上。
又，係亦可在光起電力層31之表面上、或者是在第1電極層11和第1觸媒層12之間，配置未圖示之保護層。保護層，係具備有導電性，並且在氧化還原反應中防止光起電力層31之腐蝕。其結果，係能夠將光起電力層31之壽命延長。又，保護層，係因應於需要而具備有光透過性。作為保護層，例如係可列舉出TiO2、ZrO2、Al2O3、SiO2或者是HfO2等之介電質薄膜。又，其之膜厚，係為了藉由穿隧效果來得到導電性，而以10nm以下為理想，又以5nm以下為更理想。
作為第1觸媒層12以及第2觸媒層64之製作方法，係可使用濺鍍法或蒸鍍法等之薄膜製作手法，或者是使用利用有使觸媒材料作了分散的溶液之塗布法或者是電沈積法等。
另外，第1觸媒層12以及第2觸媒層64，係亦可僅形成有其中之一者。
2-2.第2實施形態之效果
若依據上述之第2實施形態，則係在層積體41之第1電極11上被形成有第1觸媒層12，且在配管61之基材62的內面上被形成有第2觸媒層64。藉由此，相較於第1實施形態，係能夠藉由觸媒之氧化還原反應的促進效果，來降低氧化還原反應之過電壓，而能夠更有效地對於在光起電力層31所產生的起電力作利用。故而，相較於第1實施形態，係能夠將從太陽光而轉換為化學能量之轉換效率更加提高。
3.第3實施形態
以下，使用圖7乃至圖9，針對第3實施形態之光電化學反應裝置作說明。
第3實施形態，係為第1實施形態之變形例，並為在配管61上設置有反射構件91之例。以下，針對第3實施形態作詳細說明。
另外，在第3實施形態中，針對與上述各實施形態相 同之處，係省略其說明，並主要針對相異之點來作說明。
3-1.第3實施形態之構成
圖7~圖9，係為對於第3實施形態之光電化學反應裝置的構成1~3作展示之剖面圖。
如同圖7~圖9中所示一般，在第3實施形態中，與第1實施形態相異之處，係在於在配管61上設置有反射構件91。
反射構件91，係被形成在配管61上。亦即是，反射構件91，係相對於配管61而被形成於光照射側。反射構件91，係以沿著配管61之全面來形成為理想，但是係亦可作部分性的形成。反射構件91，係由具有光透過性之材料所成。又，反射構件91，係身為中空之構造、亦即是身為能夠將空氣導入至內部一般之構造。又，為了將全反射之角度範圍擴廣，反射構件91之材料係以與空氣間之折射率差為大者為理想。更具體而言，係以會使反射構件91之折射率成為1.2以上、更理想為1.3以上之材料為佳。作為此種材料，例如係可列舉出壓克力或聚碳酸酯等之樹脂，或者是玻璃等。又，為了亦使從並未滿足全反射條件之角度所照射而來的光反射，係亦可在中空構造之內部鍍敷Al或Ag等之反射率為高之金屬。
如同圖7之構造1中所示一般，反射構件91之剖面形狀，係為會使反射或折射產生之形狀，例如係為三角形狀。在構造1中，從上方所照射而來之光，係會在反射構 件91和反射構件91之內側的空氣之間的界面處進行全反射，並能夠經由第1電極11而射入至光起電力層31中。
另外，如同圖8之構造2中所示一般，反射構件91之剖面形狀係亦可為圓形狀。在構造2中，與構造1相同的，從上方所照射而來之光，係會在反射構件91和反射構件91之內側的空氣之間的界面處進行全反射，並能夠經由第1電極11而射入至光起電力層31中。
另外，如同圖9之構造3中所示一般，反射構件91之剖面形狀係亦可為倒三角形狀。在構造3中，從上方所照射而來之光，係射入至反射構件91之內部(內側之空氣)。射入至內部之光，係會在反射構件91之內側的空氣和反射構件91之間的界面、以及反射構件91和反射構件91之外側的空氣之間的界面處，而進行折射，並能夠經由第1電極11而射入至光起電力層31中。
又，在構造1以及構造3的情況(反射構件91之剖面形狀為三角形狀或倒三角形狀的情況)時，為了使射入至光起電力層31中之光增加，底邊w和高度h之比例h/w係以較大者為較理想。更具體而言，h/w係為0.5以上，更理想，h/w係為1以上。
3-2.第2實施形態之效果
若依據上述第3實施形態，則係在配管61上、亦即是相對於配管61而在光照射側，設置有反射構件91。藉由此，射入至配管61中之光、亦即是被配管61所遮蔽而 無法射入至光起電力層31之光，係在反射構件91處而反射(或者是折射)。之後，在反射構件91處而作了反射(或者是折射)的光，係能夠射入至光起電力層31。藉由此，相較於第1實施形態，係能夠提昇光的利用效率，而能夠提昇在光起電力層31所產生的光起電力。故而，相較於第1實施形態，係能夠將從太陽光而轉換為化學能量之轉換效率更加提高。
4.第4實施形態
以下，使用圖10，針對第4實施形態之光電化學反應裝置作說明。
第4實施形態，係為第1實施形態之變形例，並為在配管61處而於第2絕緣層63之外面上形成有反射層65之例。以下，針對第4實施形態作詳細說明。
另外，在第4實施形態中，針對與上述各實施形態相同之處，係省略其說明，並主要針對相異之點來作說明。
4-1.第4實施形態之構成
圖10，係為對於第4實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖。
如同圖10中所示一般，在第4實施形態中，與第1實施形態相異之處，係在於在第2絕緣層63之外面上被形成有反射層65。
配管61，係藉由基材62和第2絕緣層63以及反射 層65所構成。反射層65，係被形成於第2絕緣層63之外面上。反射層65，係為了防止所照射之光被配管61遮蔽一事而設置者。反射層65之光反射率，至少係為10%以上，較理想係為30%以上，更理想係為50%以上。作為此種材料，係可列舉出Al、Ag、Fe、Ni或Co等之金屬，或者是包含有1個以上的該些元素之例如SUS等的合金。又，反射層65，係亦可為將鈦氧化物、鋁氧化物或者是鎂氧化物等之複數之氧化物層作了層積的構造。
從上方所照射而來之光，係在反射層65和液體之間的界面處進行反射，並能夠經由第1電極11而射入至光起電力層31中。
4-2.第2實施形態之效果
若依據上述第4實施形態，則係在配管61處而於第2絕緣層63之外面上形成有反射層65。藉由此，射入至配管61中之光、亦即是被配管61所遮蔽而無法射入至光起電力層31之光，係在反射層65處而反射。之後，在反射層65處而作了反射的光，係能夠射入至光起電力層31。藉由此，相較於第1實施形態，係能夠提昇光的利用效率，而能夠提昇在光起電力層31所產生的光起電力。故而，相較於第1實施形態，係能夠將從太陽光而轉換為化學能量之轉換效率更加提高。
5.第5實施形態
以下，使用圖11乃至圖15，針對第5實施形態之光電化學反應裝置作說明。
在第5實施形態之光電化學反應裝置中，係藉由包含有第1電極11、光起電力層31以及第2電極21之層積體41，和鄰接於層積體41而被形成之離子透過構件21a，來構成光電化學反應胞。此光電化學反應胞，係將填充有包含H2O之第1溶液81的第1溶液槽72和填充有包含CO2之第2溶液82的第2溶液槽73作分離。又，在相對於離子透過構件21a之光射入側處，係被配置有反射構件101。藉由此，係能夠將由氧化還原反應所得到的生成物分離，並且能夠將從太陽光而轉換為化學能量之轉換效率提高。以下，針對第5實施形態作詳細說明。
另外，在第5實施形態中，針對與上述各實施形態相同之處，係省略其說明，並主要針對相異之點來作說明。
5-1.第5實施形態之構成
圖11，係為對於第5實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之立體圖。圖12，係為對於第5實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖，並為沿著圖11中之B-B’線的剖面圖。圖13，係為對於第5實施形態之光電化學反應裝置之構成的其中一例作展示之平面圖，圖14，係為對於第5實施形態之光電化學反應裝置之構成的另外一例作展示之平面圖。
如同圖11以及圖12中所示一般，第5實施形態之光 電化學反應裝置，係具備有藉由層積體41以及離子透過構件21a所構成之光電化學反應胞、和反射構件101、和收容光電化學反應胞以及反射構件101之溶液槽71。
溶液槽71，係將光電化學反應胞以及反射構件101收容於其內部。溶液槽71，係具備有藉由光電化學反應胞而被相互分離之第1溶液槽72和第2溶液槽73。
第1溶液槽72，係以將光電化學反應胞之第1電極11以及反射構件101作浸漬的方式，而於其內部收容有第1溶液81。第1溶液81，例如係為包含有H2O之溶液。作為此種溶液，係可列舉出包含有任意之電解質者，但是，係以身為會促進H2O之氧化反應者為理想。第1溶液槽72之上面，係設置有光透過率為高之例如由玻璃或壓克力所成之窗部。照射光，係從第1溶液槽72之上方而被照射。藉由此照射光，後述之光電化學反應胞係進行氧化還原反應。
又，在第1溶液槽72處，係被連接有未圖示之注入口以及回收口。注入口，係將在氧化反應中所被使用之液體(第1溶液81)注入至第1溶液槽72內。回收口，係將在第1溶液槽72內而藉由氧化反應所產生的氣體(例如O2)回收。
第2溶液槽73，係以將光電化學反應胞之第2電極21作浸漬的方式，而於其內部收容有第2溶液82。第2溶液82，例如係為包含有CO2之溶液。第2溶液82，係以CO2之吸收率為高為理想，作為包含有H2O之溶液， 係可列舉出NaHCO3、KHCO3之水溶液。又，第1溶液81和第2溶液82，雖係可為相同之溶液，但是，由於第2溶液82係以CO2之吸收量為高為理想，因此，第1溶液81和第2溶液82係亦可使用相異之溶液。又，第2溶液，較理想，係具備有使CO2之還原電位降低且離子傳導性為高並且會吸收CO2之CO2吸收劑。作為此種電解液，係可列舉出由咪唑離子或吡啶離子等之陽離子和BF4-或PF6-等之陰離子之鹽所成，並且會在廣範圍之溫度範圍內而身為液體狀態之離子液體或者是其之水溶液。或者是，作為電解液，係可列舉出乙醇胺、咪唑或吡啶等之胺溶液或者是其之水溶液。胺，係可為一級胺、二級胺或者是三級胺之任一者。作為一級胺，係可列舉出甲基胺、乙基胺、丙基胺、丁基胺、戊基胺或己基胺等。胺之烴，係亦可置換為醇或鹵素等。作為使胺之烴被作了置換者，例如係可列舉出甲醇胺、乙醇胺或氯甲基胺等。又，亦可存在有不飽和鍵。此些之烴，針對二級胺、三級胺亦為相同。作為二級胺，係可列舉出二甲基胺、二乙基胺、二丙基胺、二丁基胺、二戊基胺、二己基胺、二甲醇胺、二乙醇胺或二丙醇胺等。作了置換的烴，係亦可為相異。此事，針對三級胺而言亦為相同。例如，作為烴為相異者，係可列舉出甲基乙基胺或甲基丙基胺等。作為三級胺，係可列舉出三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、三己基胺、三甲醇胺、三乙醇胺、三丙醇胺、三丁醇胺、三丙醇胺、三己醇胺、甲基二乙基胺或甲基二丙基胺等。作為離 子液體之陽離子，係可列舉出1-乙基-3-甲基咪唑啉離子、1-甲基-3-丙基咪唑啉離子、1-丁基-3-甲基咪唑離子、1-甲基-3-戊基咪唑啉離子或1-己基-3-甲基咪唑啉離子等。又，亦可使咪唑啉離子之2位被作置換。作為使咪唑啉離子之2位被作了置換者，例如，係可列舉出1-乙基-2,3-二甲基咪唑啉離子、1,2-二甲基-3-丙基咪唑啉離子、1-丁基2,3-二甲基咪唑啉離子、1,2-二甲基-3-戊基咪唑啉離子或1-己基-2,3-二甲基咪唑啉離子等。作為吡啶離子，係可列舉出甲基吡啶、乙基吡啶、丙基吡啶、丁基吡啶、戊基吡啶或己基吡啶等。咪唑啉離子、吡啶離子，係均可使烷基被作置換，亦可存在有不飽和鍵。作為陰離子，係可列舉出氟化物離子、氯化物離子、溴化物離子、碘化物離子、BF4-、PF6-、CF3COO-、CF3SO3-、NO3-、SCN-、(CF3SO2)3C-、雙(三氟甲氧基磺醯基)醯亞胺、雙(三氟甲氧基磺醯基)醯亞胺或雙(全氟乙基磺醯基)醯亞胺等。又，亦可為將離子液體之陽離子和陰離子藉由烴來作了連結的兩性離子。
又，在第2溶液槽73處，係被連接有未圖示之注入口以及回收口。注入口，係將在還原反應中所被使用之液體(第2溶液82)注入至第2溶液槽73內。回收口，係將在第2溶液槽73內而藉由還原反應所產生的氣體(例如CO)回收。
光電化學反應胞，係藉由層積體41以及離子透過構件21a所構成，並從光能量而產生化學能量。針對光電化 學反應胞之各要素，於下詳細作說明。
層積體41，係藉由第1電極11、光起電力層31以及第2電極21所構成。複數之層積體41，係在第2方向上並行地延伸存在。層積體41，係將第2電極21作為基材而依序被形成。
第2電極21，係被配置在第2溶液槽73側，並被收容於第2溶液槽73中。第2電極21，係具備有導電性。又，第2電極21，係為了支持層積體41並增加其機械性強度而被設置。第2電極21，例如係藉由Cu、Al、Ti、Ni、Fe或Ag等之金屬板、包含有該些中之至少一者的例如SUS一般之合金板所構成。又，第2電極21，係亦可藉由導電性之樹脂等來構成。又，第2電極21，係亦可藉由Si或Ge等之半導體基板、離子交換膜來構成。第2電極21，係在第1方向上與後述之離子透過構件21a相鄰接，並與離子透過構件21a一體化。
光起電力層31，係被形成在第2電極21上。光起電力層31，係藉由各波長區域之光而產生電荷分離。亦即是，電洞係被分離至陽極側(表面側)處，電子係被分離至陰極側(背面側)處。藉由此，光起電力層31係產生起電力。
第1電極11，係被配置在第1溶液槽72側，並被收容於第1溶液槽72中。第1電極11，係被形成於光起電力層31上。第1電極11，例如係藉由Ag、Au、Al或Cu等之金屬，或者是藉由包含有該些中之至少一者的合金， 而構成之。又，第1電極11，係亦可藉由ITO、ZnO、FTO、AZO或ATO等之透明導電性氧化物來構成。又，第1電極11，例如係亦可藉由將金屬和透明導電性氧化物作了層積的構造、使金屬和其他導電性材料相互複合之構造、或者是使透明導電性氧化物和其他導電性材料相互複合之構造，來構成之。
又，在本例中，照射光，係通過第1電極11並到達光起電力層31。因此，被配置在光照射側(圖面中之上部側)處之第1電極11，係相對於照射光而具有光透過性。更具體而言，光照射側之第1電極11之光透過性，係以身為照射光之照射量的至少10%以上、更理想為身為30%以上為理想。又，第1電極11，係具備有能夠使光透過之開口部分。開口率，至少係為10%以上，更理想係為30%以上。
離子透過構件21a，係在第1方向上與層積體41之第2電極21相鄰接，並與第2電極21一體化。換言之，離子透過構件21a，係與第2電極21相連續地而被形成。亦即是，離子透過構件21a，係為藉由在層積體41處而對於第1電極11以及光起電力層31進行圖案化一事而使第2電極21作了露出者。離子透過構件21a，係被形成於在第1方向上而相鄰接之2個的層積體41之間。亦即是，離子透過構件21a和層積體41，係沿著第1方向而被交互地形成。藉由此些之離子透過構件21a以及層積體41(第2電極21)，第1溶液槽72和第2溶液槽73 係被作物理性分離。又，離子透過構件21a，係經由後述之細孔22或者是細縫23，而從第1溶液81朝向第2溶液82地來選擇性地使離子透過。
在離子透過構件21a之第1溶液槽72側的表面上，係被形成有第3絕緣層111。第3絕緣層111，係為了將第1溶液81和離子透過構件21a電性絕緣而被設置。第3絕緣層111，係藉由與第1溶液81間之反應性為低的TiOx或Al2O3等之金屬氧化物、或者是有機化合物之樹脂，而構成之。
如圖13中所示一般，離子透過構件21a以及第3絕緣層111，係具備有從其之表面起而一直貫通至背面之複數的細孔22。細孔22，係選擇性地僅使藉由在第1溶液槽72中之第1電極11之氧化反應所產生了的離子(例如H離子(H+))通過至第2溶液槽73。通過了細孔22之離子，係在第2溶液槽73之第2電極21處，藉由還原反應而被轉換為O2、H2或者是有機化合物等。
又，細孔22，只要是身為會使離子通過之大小即可。例如，細孔22之直徑(圓相當直徑)的下限，係以身為0.3nm以上為理想。又，複數之細孔22的總面積S1和離子透過構件21a之面積S2之間的面積比S1/S2，係為了不會損及機械性之強度，而設為0.9以下，較理想係為0.6以下。又，細孔22之形狀，係並不被限定於圓形狀，而亦可為橢圓形狀、三角形狀或者是四角形狀。細孔22之配置構成，係並不被限定於四角格子狀，而亦可為三角 格子狀、隨機形狀。又，係亦可在細孔22中填充離子交換膜。作為離子交換膜。例如係可列舉出像是NAFION或者是FLEMION一般之陽離子交換膜，NEOSEPTA或者是SELEMION一般之陰離子交換膜。又，係亦可在細孔22中填充玻璃濾紙或者是寒天。
另外，如圖14中所示一般，離子透過構件21a以及第3絕緣層111，係亦可具備有從其之表面起而一直貫通至背面並且被填充有離子交換膜之複數的細縫23。細縫23，係選擇性地僅使藉由在第1溶液槽72中之第1電極11之氧化反應所產生了的離子(例如H離子(H+))通過至第2溶液槽73。
反射構件101，係在離子透過構件21a之上方並對應於正上方地而被形成。亦即是，反射構件101，係在離子透過構件21a之光照射側處並重疊於離子透過構件21a地而被形成。因此，在第1方向上之反射構件101的尺寸，係為與離子透過構件21a之尺寸同等程度。反射構件101，係以沿著離子透過構件21a之全面來形成為理想，但是係亦可作部分性的形成。
反射構件101，係由具有光透過性之材料所成。又，反射構件101，係身為中空之構造、亦即是身為能夠將空氣導入至內部一般之構造。又，為了將全反射之角度範圍擴廣，反射構件101之材料係以與空氣間之折射率差為大者為理想。更具體而言，係以會使反射構件101之折射率成為1.2以上、更理想為1.3以上之材料為佳。作為此種 材料，例如係可列舉出壓克力或聚碳酸酯等之樹脂，或者是玻璃等。又，為了亦使從並未滿足全反射條件之角度所照射而來的光反射，係亦可在中空構造之內部鍍敷Al或Ag等之反射率為高之金屬。
反射構件101之剖面形狀，係為會使反射或折射產生之形狀，例如係為三角形狀。但是，係並不被限定於此，反射構件101之剖面形狀，係亦可為圓形狀或者是倒三角形狀。藉由反射構件101，係能夠使從上方所照射而來之光進行反射或折射，並能夠經由第1電極11而射入至光起電力層31中。
又，當反射構件101之剖面形狀為三角形狀或倒三角形狀的情況時，為了使射入至光起電力層31中之光增加，底邊w和高度h之比例h/w係以較大者為較理想。更具體而言，h/w係為0.5以上，更理想，h/w係為1以上。
5-2.第5實施形態之動作原理
圖15，係為對於第5實施形態之光電化學反應裝置的動作原理作展示之剖面圖。於此，針對使用有圖3中所示之藉由非晶質矽系材料所構成之光起電力層31的情況時之極性為例，來對於動作進行說明。又，針對作為第2溶液82而使用吸收有CO2之吸收液的情況來作說明。
如同圖15中所示一般，若是從上方而照射光，則照射光係通過第1電極11並到達光起電力層31。光起電力 層31若是吸收光，則係產生電子以及與其成對之電洞，並將該些分離。亦即是，在光起電力層31中，藉由內藏電位，電子係移動至第2電極21側處，作為電子之對而產生的電洞係移動至第1電極11側處，而產生電荷分離。藉由此，光起電力層31係產生起電力。
在光起電力層31內而產生並移動至身為陰極電極之第2電極21處的電子，係被使用在第2電極21附近之還原反應中。另一方面，在光起電力層31內而產生並移動至身為陽極電極之第1電極11處的電洞，係被使用在第1電極11附近之氧化反應中。更具體而言，在與第1溶液81相接之第1電極11附近，係產生(1)式之反應，在與第2溶液82相接之第2電極21附近，係產生(2)式之反應。
如同(1)式中所示一般，在第1電極11附近，在第1溶液81中所包含之H2O係被氧化(失去電子)並產生O2和H+。之後，在第1電極11側所產生的H+，係在第1溶液81內移動，並經由離子透過構件21a以及第3絕緣層111之細孔22(或者是細縫23)而移動至第2溶液槽73。
如同(2)式中所示一般，在第2電極21附近，在第2溶液82中所包含之CO2係被還原(得到電子)。更具體而言，在第2溶液82中所包含之CO2、經由細孔22(或者是細縫23)而作了移動的H+、以及移動至第2電極21處之電子，係相互反應，並產生CO和H2O。
另外，在使用有圖4中所示之藉由GaAs系所成之光 起電力層31的情況時，由於係與上述內容之極性相異，因此反應係成為相反。亦即是，在第1電極11附近係產生還原反應，在配管61之基材62之內側附近係產生氧化反應。
5-3.第5實施形態之效果
若依據上述第5實施形態，則在光電化學反應裝置中，係藉由包含有第1電極11、光起電力層31以及第2電極21之層積體41，和鄰接於層積體41而被形成之離子透過構件21a，來構成光電化學反應胞。此光電化學反應胞，係將填充有包含H2O之第1溶液81的第1溶液槽72和填充有包含CO2之第2溶液82的第2溶液槽73作分離。又，在相對於離子透過構件21a之光射入側處，係被配置有反射構件101。
在此種光電化學反應裝置中，藉由照射光，在光起電力層31處係產生起電力，在與第1溶液81相接之第1電極11附近係產生氧化反應。當作為第1溶液81而使用H2O的情況時，係藉由氧化反應而產生O2和H+。藉由氧化反應所產生了的H+，係擴散至離子透過構件21a處並通過細孔22(或者是細縫23)而到達第2溶液槽73之第2電極21處。與第2溶液82相接之第2電極21，係藉由在光起電力層31處所產生的起電力而在其附近產生還原反應。此時，透過細孔22(或者是細縫23)而作了移動的H+，係被使用在第2電極21附近的還原反應中。當作為 第2溶液82而使用吸收有CO2之吸收液的情況時，係藉由還原反應而產生CO。
在第5實施形態中，係能夠透過離子透過構件21a之細孔22(或者是細縫23)而使在第2電極21處所被使用於還原反應中之H+移動。藉由此，係能夠將從太陽光而轉換為化學能量之轉換效率提高。
又，藉由以層積體41來將溶液槽71作分離，在第1溶液槽72處係進行氧化反應，在第2溶液槽73處係進行還原反應。其結果，係能夠在第1溶液槽72處而回收由氧化反應所得到的生成物(例如O2)，並在第2溶液槽73處回收由還原反應所得到的生成物(例如CO)。亦即是，係能夠將由氧化反應所得到之生成物和由還原反應所得到之生成物分離並回收。
又，係在離子透過構件21a之上方、亦即是相對於離子透過構件21a而與光照射側相對向地，來設置有反射構件101。藉由此，射入至離子透過構件21a中之光、亦即是無法射入至光起電力層31之光，係在反射構件101處而反射(或者是折射)。之後，在反射構件101處而作了反射(或者是折射)的光，係能夠射入至光起電力層31。藉由此，係能夠提昇光的利用效率，而能夠提昇在光起電力層31所產生的光起電力。故而，係能夠將從太陽光而轉換為化學能量之轉換效率提高。
6.第6實施形態
以下，使用圖16，針對第6實施形態之光電化學反應裝置作說明。
第6實施形態，係為第5實施形態之變形例，並為在第1電極11之表面上(上面上)被形成有第1觸媒層12且在第2電極21之背面上(下面上)被形成有第2觸媒層64之例。以下，針對第6實施形態作詳細說明。
另外，在第6實施形態中，針對與上述各實施形態相同之處，係省略其說明，並主要針對相異之點來作說明。
6-1.第6實施形態之構成
圖16，係為對於第6實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖。
如圖16中所示一般，在第6實施形態中，與第5實施形態相異之處，係在於在第1電極11上被形成有第1觸媒層12且在基材62的內面上被形成有第2觸媒層64。
層積體41，係藉由第1電極11、光起電力層31、第2電極21、第1觸媒層12以及第2觸媒層64所構成。第1觸媒層12，係被形成於第1電極11之表面上。第1觸媒層12，係為了提高在第1電極11附近之化學反應性而被設置。第2觸媒層64，係被形成於第2電極21之背面上。第2觸媒層64，係為了提高在第2電極21附近之化學反應性而被設置。
如圖3中所示一般，當使用有由非晶質矽系之材料所 成之光起電力層31的情況時，第1觸媒層12係被形成於陽極側，並促進氧化反應。當作為第1溶液81而使用水溶液，亦即是使用H2O的情況時，第1電極11係將H2O氧化並產生O2和H+。因此，第1觸媒層12，係藉由會使用以氧化H2O之活性化能量減少的材料所構成。換言之，係藉由會使在氧化H2O並產生O2和H+時的過電壓降低之材料所構成。作為此種材料，係可列舉出氧化錳(Mn-O)、氧化銥(Ir-O)、氧化鎳(Ni-O)、氧化鈷(Co-O)、氧化鐵(Fe-O)、氧化錫(Sn-O)、氧化銦(In-O)或者是氧化釕(Ru-O)等之二元系金屬氧化物，Ni-Co-O、Ni-Fe-O、La-Co-O、Ni-La-O、Sr-Fe-O等之三元系金屬氧化物，Pb-Ru-Ir-O、La-Sr-Co-O等之四元系金屬氧化物，或者是Ru錯合物或Fe錯合物等之金屬錯合物。又，作為第1觸媒層12之形狀，係並不被限定於薄膜狀，而亦可為格子狀、粒子狀或細線狀。
同樣的，如圖3中所示一般，當使用有由非晶質矽系之材料所成之光起電力層31的情況時，第2觸媒層64係被形成於陰極側，並促進還原反應。當作為第2溶液82而使用吸收有CO2之吸收液的情況時，係將CO2還原並產生碳化合物(例如，CO、HCOOH、CH4、CH3OH、C2H5OH、C2H4)等。因此，第2觸媒層64，係藉由會使用以將CO2還原之活性化能量減少的材料所構成。換言之，係藉由會使在還原CO2並產生碳化合物時的過電壓降低之材料所構成。作為此種材料，係可列舉出Au、Ag、Cu、 Pt、C、Ni、Zn、C、石墨烯、CNT、富勒烯、科琴黑、或是Pd等之金屬、或者是包含有該些中之至少1者之合金、或者是Ru錯合物或Re錯合物等之金屬錯合物。又，當在第2溶液82中使用有水溶液，亦即是使用有H2O的情況時，係將H2O還原並產生H2。因此，第2觸媒層64，係藉由會使用以還原H2O之活性化能量減少的材料所構成。換言之，係藉由會使在還原H2O並產生H2時的過電壓降低之材料所構成。作為此種材料，係可列舉出Ni、Fe、Pt、Ti、Au、Ag、Zn、Pd、Ga、Mn、Cd、C、石墨烯之類的金屬、或者是包含有該些中之至少1者之合金。又，作為第2觸媒層64之形狀，係並不被限定於薄膜狀，而亦可為格子狀、粒子狀或細線狀。
另一方面，在使用有圖4中所示之由GaAs系之材料所成之光起電力層31的情況時，起電力之極性以及氧化還原反應係成為與上述圖3的情況相反。因此，第1觸媒層12係藉由會促進還原反應之材料所構成，第2觸媒層64係藉由會促進氧化反應之材料所構成。亦即是，相對於上述圖3之情況，第1觸媒層12之材料和第2觸媒層64之材料係相互交換。如此這般，光起電力層31之極性、和第1觸媒層12以及第2觸媒層64之材料，係為任意。因應於光起電力層31之極性，第1觸媒層12以及第2觸媒層64之氧化還原反應係被決定，依據氧化還原反應，而對於各材料作選擇。
又，在本例中，照射光，係與第1電極11相同的， 通過第1觸媒層12並到達光起電力層31。因此，相對於光起電力層31而被配置在光照射側處之第1觸媒層12，係相對於照射光而具有光透過性。更具體而言，照射面側之第1觸媒層12之光透過性，係為照射光之照射量的至少10%以上、更理想係為30%以上。
又，係亦可在光起電力層31之表面上、或者是在第1電極層11和第1觸媒層12之間，配置未圖示之保護層。保護層，係具備有導電性，並且在氧化還原反應中防止光起電力層31之腐蝕。其結果，係能夠將光起電力層31之壽命延長。又，保護層，係因應於需要而具備有光透過性。作為保護層，例如係可列舉出TiO2、ZrO2、Al2O3、SiO2或者是HfO2等之介電質薄膜。又，其之膜厚，係為了藉由穿隧效果來得到導電性，而以10nm以下為理想，又以5nm以下為更理想。
作為第1觸媒層12以及第2觸媒層64之製作方法，係可使用濺鍍法或蒸鍍法等之薄膜製作手法，或者是使用利用有使觸媒材料作了分散的溶液之塗布法或者是電沈積法等。
另外，第1觸媒層12以及第2觸媒層64，係亦可僅形成有其中之一者。
6-2.第2實施形態之效果
若依據上述之第6實施形態，則係在第1電極11之表面上被形成有第1觸媒層12，且在第2電極21之背面 上被形成有第2觸媒層64。藉由此，相較於第5實施形態，係能夠藉由觸媒之氧化還原反應的促進效果，來降低氧化還原反應之過電壓，而能夠更有效地對於在光起電力層31所產生的起電力作利用。故而，相較於第5實施形態，係能夠將從太陽光而轉換為化學能量之轉換效率更加提高。
7.第7實施形態
以下，使用圖17，針對第7實施形態之光電化學反應裝置作說明。
第7實施形態，係為第5實施形態之變形例，並為藉由包含有第1電極11、光起電力層31以及第2電極21之層積體41，和具有細縫122之支持基板121，來構成光電化學反應胞之例。以下，針對第7實施形態作詳細說明。
另外，在第7實施形態中，針對與上述各實施形態相同之處，係省略其說明，並主要針對相異之點來作說明。
7-1.第7實施形態之構成
圖17，係為對於第7實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖。
如圖17中所示一般，在第7實施形態中，與第5實施形態相異之處，係在於藉由包含有第1電極11、光起電力層31以及第2電極21之層積體41，和具有細縫122 之支持基板121，來構成光電化學反應胞，並且以覆蓋細縫122的方式而形成層積體41。
光電化學反應胞，係藉由層積體41以及支持基板121所構成。
支持基板121，係被形成於第1溶液槽72和第2溶液槽73之間。支持基板121，係為了使離子透過，而具備有從其之表面起一直貫通至背面之複數的細縫122。支持基板121，其機械性強度係為強，例如係藉由Cu、Al、Ti、Ni、Fe或Ag等之金屬板，或者是藉由包含有該些中之至少一者的例如SUS一般之合金板所構成。為了成為不會在支持基板121之近旁處而產生化學反應，支持基板121和第2電極係被作電性絕緣。因此，在支持基板121和第2電極之間，係被設置有未圖示之絕緣層。或者是，亦可將支持基板121之表面藉由絕緣層來作被覆。或者是，支持基板121，係亦可藉由樹脂等來構成。又或是，支持基板121，係亦可藉由離子交換膜來構成。
層積體41，係藉由第1電極11、光起電力層31以及第2電極21所構成。層積體41，係被形成在支持基板121之表面上，並以覆蓋細縫122的方式而被形成。藉由此，係能夠藉由層積體41以及支持基板121，來將第1溶液槽72和第2溶液槽73作物理性分離。又，第2電極21，係以被和第1溶液81作電性絕緣為理想。因此，係在第2電極21和第1溶液81所相接觸之區域(例如，第2電極之側面上)，設置有未圖示之絕緣層。
此時，第1電極11係和第1溶液81相接觸，另一方面，第2電極21係經由細縫122而與第2溶液82相接觸。藉由此，在第1電極11附近，係進行在第1溶液81中所包含之例如H2O的氧化反應，在第2電極21附近，係進行在第2溶液82中所包含之例如CO2的還原反應。
又，在支持基板121之露出區域(並未被形成有層積體41之區域)處，係被形成有從其之表面起一直貫通至背面之複數的未圖示之細孔。細孔，係選擇性地僅使藉由在第1溶液槽72中之第1電極11之氧化反應所產生了的離子(例如H離子(H+))通過至第2溶液槽73。通過了細孔之離子，係在第2溶液槽73之第2電極21處，藉由還原反應而被轉換為O2、H2或者是有機化合物等。
又，細孔，只要是身為會使離子通過之大小即可。例如，細孔之直徑(圓相當直徑)的下限，係以身為0.3nm以上為理想。又，複數之細孔22的總面積S1和離子透過構件21a之面積S2之間的面積比S1/S2，係為了不會損及機械性之強度，而設為0.9以下，較理想係為0.6以下。又，細孔之形狀，係並不被限定於圓形狀，而亦可為橢圓形狀、三角形狀或者是四角形狀。細孔之配置構成，係並不被限定於四角格子狀，而亦可為三角格子狀、隨機形狀。又，係亦可在細孔中填充離子交換膜。作為離子交換膜，例如係可列舉出像是NAFION或者是FLEMION一般之陽離子交換膜，NEOSEPTA或者是SELEMION一般之陰離子交換膜。又，係亦可在細孔中填充玻璃濾紙或者是 寒天。
另外，在支持基板121之露出區域處，係亦可被形成有從其之表面起一直貫通至背面並且被填充有離子交換膜之複數的未圖示之細縫。細縫，係選擇性地僅使藉由在第1溶液槽72中之第1電極11之氧化反應所產生了的離子(例如H離子(H+))通過至第2溶液槽73。
又，當支持基板121自身為藉由離子交換膜來構成的情況時，在露出區域處之上述細孔以及細縫係為不必要。
又，代替在支持基板121處形成細縫122，係亦可將複數之支持基板121以線與空間(line and space)形態來作配置。於此情況，係以將複數之支持基板121之空間(space)之區域作覆蓋的方式，而在支持基板121上配置有層積體41。
7-2.第7實施形態之效果
若依據上述第7實施形態，則係藉由包含有第1電極11、光起電力層31以及第2電極21之層積體41，和具有細縫122之支持基板121，來構成光電化學反應胞，並以覆蓋細縫122的方式而形成層積體41。藉由此些之層積體41以及支持基板121，來將第1溶液槽72和第2溶液槽73分離。藉由此，係能夠得到與第5實施形態相同的效果。
8.第8實施形態
以下，使用圖18，針對第8實施形態之光電化學反應裝置作說明。
第8實施形態，係為第5實施形態之變形例，並為代替反射構件101而在第1溶液槽72之上面部分的內側處形成有楔形之凹部之例。以下，針對第8實施形態作詳細說明。
另外，在第8實施形態中，針對與上述各實施形態相同之處，係省略其說明，並主要針對相異之點來作說明。
8-1.第8實施形態之構成
圖18，係為對於第8實施形態之光電化學反應裝置的構成作展示之剖面圖。
如圖18中所示一般，在第8實施形態中，與第5實施形態相異之處，係在於代替反射構件101而在第1溶液槽72之上面部分的內側處形成有楔形之凹部131。
凹部131，係在離子透過構件21a之上方並對應於正上方地而被形成。亦即是，凹部131，係在離子透過構件21a之光照射側處並重疊於離子透過構件21a地而被形成。因此，在第1方向上之凹部131的尺寸，係為與離子透過構件21a之尺寸同等程度。凹部131，係以沿著離子透過構件21a之全面來形成為理想，但是係亦可作部分性的形成。藉由被形成在第1溶液槽72之上面部分的內側之凹部131，係能夠使從上方所照射而來之光進行反射或折射，並能夠經由第1電極11而射入至光起電力層31 中。
8-2.第8實施形態之效果
若依據上述第8實施形態，則係代替反射構件101而在第1溶液槽72之上面部分的內側處形成有楔形之凹部131。藉由此，係能夠並不形成反射構件101地而使光進行反射或折射，並能夠經由第1電極11而射入至光起電力層31中。
又，藉由形成凹部131，係亦能夠將在第1溶液槽72中所產生的氣體收集於凹部131中並回收至外部。
雖係針對本發明之數種實施形態作了說明，但是，此些之實施形態係僅為作為例子所提示者，而並非為對於本發明之範圍作限定者。此些之新穎的實施形態，係能夠藉由其他之各種形態來實施，在不脫離本發明之要旨的範圍內，係可進行各種之省略、置換、變更。此些之實施形態及其變形，係亦被包含於本發明之範圍和要旨中，並且亦係被包含在申請專利範圍中所記載之發明及其均等範圍中。
11‧‧‧第1電極
21‧‧‧第2電極
22‧‧‧第1絕緣層
31‧‧‧光起電力層
41‧‧‧層積體
51‧‧‧配線
61‧‧‧配管
62‧‧‧基材
63‧‧‧第2絕緣層
66‧‧‧細孔
68‧‧‧離子交換膜
71‧‧‧溶液槽
81‧‧‧第1溶液
82‧‧‧第2溶液

Claims (8)

  1. 一種光電化學反應裝置，其特徵為，具備有：溶液槽，係收容第1溶液；和層積體，係被收容於前述溶液槽內，並具備有第1電極、和被形成於前述第1電極之下方的第2電極、和被形成於前述第1電極和前述第2電極之間，並藉由從上方而來之光能量而進行電荷分離之光起電力層、以及被形成於前述第2電極之露出面上的第1絕緣層；和配管，係被收容於前述溶液槽內，並與前述第1電極之上方相對向地被作配置，並收容第2溶液，且具有從外面起一直貫通至內面為止的細孔；和配線，係將前述第2電極和前述配管作電性連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之光電化學反應裝置，其中，前述配管，係具備有：具有導電性之管狀之基材、和被形成於前述基材之外面上的第2絕緣層。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載之光電化學反應裝置，其中，前述配管，係更進而具備有：被形成於前述第2絕緣層之外面上的反射層。
  4. 如申請專利範圍第2項所記載之光電化學反應裝置，其中，前述配管，係更進而具備有：被形成於前述基材之內面上的第2觸媒層。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之光電化學反應裝置，其中，前述層積體，係更進而具備有：被形成於前述第1電極之表面上的第1觸媒層。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之光電化學反應裝置，其中，係更進而具備有：被形成於前述配管上的反射構件。
  7. 如申請專利範圍第1項所記載之光電化學反應裝置，其中，在前述細孔內，係被填充有離子交換膜。
  8. 一種光電化學反應裝置，其特徵為，具備有：溶液槽，係藉由收容第1溶液之第1溶液槽和收容第2溶液之第2溶液槽所構成；和層積體，係具備有被收容於前述第1溶液槽內之第1電極、和被收容於前述第2溶液槽內並且被形成於前述第1電極之下方的第2電極、和被形成於前述第1電極和前述第2電極之間，並藉由從上方而來之光能量而進行電荷分離之光起電力層，並將前述第1溶液槽和前述第2溶液槽分離；和離子透過構件，係鄰接於前述層積體地而被形成，並與前述層積體一同地而將前述第1溶液槽和前述第2溶液槽分離；和反射構件，係被收容於前述第1溶液槽內，並與前述離子透過構件之正上方相對應地被作配置。
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