TWI525874B - 化學反應裝置 - Google Patents

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TWI525874B
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Ryota Kitagawa
Jun Tamura
Chingchun Huang
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Description

化學反應裝置
本發明之實施形態，係有關於化學反應裝置。
從能源問題和環境問題的觀點來看，再生能源係急速地增加。特別是，在歐盟(EU)中，係存在有如同瑞典一般之再生能源(自然能源)為佔據總能源之50%的國家。
但是，由於消耗電力(電力能源)係會依存於人類的生活行動而經常改變，因此在需要和供給間的平衡係會變差。當為了補足消耗電力而將在輸出調整上為困難之核能和非規律性之自然能源作組合的情況時，會有無法與消耗電力量相配合而導致剩餘電力之發生有所增加的擔憂。今後，若是再生能源更有所增加，則在藉由火力能源來進行輸出調整一事上係存在有極限。
雖然也能夠考慮將此剩餘電力送電至電力不足的地區，但是，會發生起因於送電所導致的能量損失和成本等的問題。針對此種問題，作為現在所進行的對策，係可列舉出由揚水發電所致之水的上抽或者是由蓄電池所致之蓄 電等。但是，適於設置可進行揚水發電之水壩的土地係有所侷限，而蓄電池係有著成本為高的問題。
如此這般，在電性能源中，係存在有關連於蓄電以及送電的問題。另一方面，作為能夠進行儲存以及輸送的再生能源，係提案有人工光合系統。
人工光合，係為如同植物一般地藉由光能源來產生化學燃料(化學能源)的技術。植物，係使用稱作Z方案(Z-scheme)之將光能源以2個階段來進行激勵之系統。 藉由此，植物，係藉由利用太陽能源，來將水氧化並得到電子，且將二氧化碳還原而合成纖維素或糖類。在人工光合中，係藉由人工性之光化學反應，而成為能夠進行此植物之光合反應。
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。
在專利文獻2中，為了得到反應的電位，係考慮有使用矽太陽電池並於其之兩面上設置觸媒而引發反應之構 成。在非專利文獻1中，為了得到反應的電位，係使用將矽太陽電池作重疊的構成，並藉由於其之兩面上設置觸媒而進行水(H2O)之電解反應。於此些構成中之從太陽光能量而轉換為化學能量之轉換效率，係為4.7%而為非常高。
但是，就算是此種人工光合系統，亦仍無法超過太陽電池之太陽光能量轉換效率。換言之，由於係藉由由太陽電池所致之電荷分離來得到起電力，因此係不可能超過太陽電池之太陽光能量轉換效率。
因此，此些之人工光合系統，在存在有剩餘電力的情況時，雖然能夠有效地起作用，但是，在電力不足的情況時，係並不會有效地起作用。亦即是，在電力不足的情況時，相較於藉由此些之人工光合系統來將太陽光能量轉換為化學能量並將此化學能量轉換為電性能量，係以使用太陽電池來直接將太陽光能量轉換為電性能量的效率為更佳。因此，在電力不足時，相較於使用人工光合系統來產生化學能量，係以使用太陽電池來產生電性能量的情況為更有效率。
為了解決當存在有剩餘電力的情況時以及電力不足的情況時之雙方的問題，係可考慮設置人工光合系統以及太陽電池之雙方。但是，起因於設置人工光合系統以及太陽電池，設置面積係成為需要至少2倍以上。
又，當身為存在有剩餘電力的情況且太陽光能量為小的情況時，除了人工光合系統以外，亦存在有藉由使用有 電源之通常的電解系統來將電性能量轉換為化學能量的方法。然而，在太陽電池和電解系統之間的連接、以及必須要追隨於不安定之自然能量來對於裝置進行運用的觀點上，係仍存在有問題。
如此這般，係並不存在有因應於剩餘電力之有無以及太陽光能量之有無等的條件來以提高能量轉換效率的方式而使人工光合系統和太陽電池以及電解系統適宜地動作之一體型的裝置。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-094194號公報
[專利文獻2]日本特開平10-290017號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]S. Y. Reece, et al., Science. vol. 334. pp.645 (2011)
提供一種以因應於各種條件而使能量轉換效率提高的方式來作為人工光合系統、太陽電池或者是電解系統而適宜地動作之一體型的化學反應裝置。
由本實施形態所致之化學反應裝置，其特徵為，具備 有：電解槽，係收容電解液；和層積體，係被收容於前述電解槽內，並具備有被配置在光照射側之第1電極、和被配置在與光照射側相反側處之第2電極、以及被形成於前述第1電極和前述第2電極之間，並藉由光能量而進行電荷分離之光起電力層；和外部電極，係在前述第1電極和前述第2電極之間，經由第1切換元件而被作電性連接；和電力需要部，係在前述第1電極和前述第2電極之間，經由第2切換元件而被作電性連接，並被與前述外部電源作並聯連接；和切換元件控制部，係對於前述第1切換元件以及前述第2切換元件之ON/OFF作控制。
10‧‧‧層積體
11‧‧‧第2電極
15‧‧‧光起電力層
16‧‧‧第1電極
21‧‧‧電解槽
23‧‧‧電解液
31‧‧‧第1切換元件
32‧‧‧外部電源
33‧‧‧第2切換元件
34‧‧‧電力需要部
41‧‧‧切換元件控制部
51‧‧‧第3電極
61‧‧‧電解液控制部
[圖1]係為對於第1實施形態之化學反應裝置的構成例作展示之概略構成圖。
[圖2]係為對於第1實施形態之化學反應裝置的人工光合系統動作作展示之圖。
[圖3]係為對於第1實施形態之化學反應裝置的電解系統動作作展示之圖。
[圖4]係為對於第1實施形態之化學反應裝置的太陽電池動作作展示之圖。
[圖5]係為對於第1實施形態之化學反應裝置的太陽電池動作之變形例作展示之圖。
[圖6]係為對於第1實施形態之化學反應裝置中的動作作展示之流程圖。
[圖7]係為對於第1實施形態之化學反應裝置的第1變形例之構成作展示之概略構成圖。
[圖8]係為對於第1實施形態之化學反應裝置的第2變形例之構成作展示之概略構成圖。
[圖9]係為對於第2實施形態之化學反應裝置的構成例作展示之概略構成圖。
[圖10]係為對於第2實施形態之化學反應裝置的人工光合系統動作作展示之圖。
[圖11]係為對於第2實施形態之化學反應裝置的電解系統動作作展示之圖。
[圖12]係為對於第2實施形態之化學反應裝置的太陽電池動作作展示之圖。
[圖13]係為對於第2實施形態之化學反應裝置的太陽電池動作之變形例作展示之圖。
[圖14]係為對於第2實施形態之化學反應裝置的第1變形例之構成作展示之概略構成圖。
[圖15]係為對於第2實施形態之化學反應裝置的第2變形例之構成作展示之概略構成圖。
[圖16]係為對於第3實施形態之化學反應裝置的構成例作展示之概略構成圖。
[圖17]係為對於第3實施形態之化學反應裝置的人工光合系統動作作展示之圖。
[圖18]係為對於第3實施形態之化學反應裝置的電解系統動作作展示之圖。
[圖19]係為對於第3實施形態之化學反應裝置的太陽電池動作作展示之圖。
[圖20]係為對於第3實施形態之化學反應裝置的太陽電池動作之變形例作展示之圖。
[圖21]係為對於第3實施形態之化學反應裝置的第1變形例之構成作展示之概略構成圖。
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8，針對第1實施形態之化學反應裝置作說明。
在第1實施形態之化學反應裝置中，係藉由包含有第1電極16、光起電力層15以及第2電極11之層積體10，和收容層積體10之電解槽21，和能夠與層積體10作電性連接或者是遮斷的外部電源32以及電力需要部34，而構成之。藉由此，化學反應裝置，係能夠藉由將層積體10和外部電源32作電性連接，而作為電解系統來起作用，並能夠藉由將層積體10和電力需要部34作電性連接，而作為電解系統來起作用，且能夠藉由將層積體10和外部電源32以及電力需要部34作電性遮斷，而作為人 工光合系統來起作用。故而，係能夠提供一種因應於各種條件而適宜動作的一體型之化學反應裝置。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實施形態之化學反應裝置的構成例作展示之概略構成圖。另外，在圖1中，層積體10以及電解槽21，係對於其剖面構成作展示。
如圖1中所示一般，第1實施形態之化學反應裝置，係具備有層積體10，和電解槽21，和外部電源32、和電力需要部34、和切換元件控制部41、以及電解液控制部61。
電解槽21，係於其內部收容層積體10。又，電解槽21，係以將層積體10作浸漬的方式，而於其內部收容有電解液23。電解液23，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。又，電解液23，例如係為包含有CO2之溶液。電解槽21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，係從電解槽21之上方而被照射。藉由此照射光，層積體10係進行氧化還原反應。
又，在電解槽21處，係連接有配管22。配管22，係將電解液23注入至電解槽21內，或者是將電解液23從電解槽21排出。
電解液控制部61，係對於電解槽21內之電解液23作控制。更具體而言，電解液控制部61，係測定電解槽21內之電解液23之量，並對於由配管22所進行之電解液23之注入以及排出作控制。藉由此，電解液控制部61，當作為人工光合系統以及電解系統來使用的情況時，係以能夠產生充分之電解反應的方式，而將電解槽21內以電解液23來作填充。又，電解液控制部61，當作為太陽電池來使用的情況時，係以不會在電解液23中流動電的方式，而從電解槽21內將電解液23排出，並將電解槽21內以空氣來作填充。又，係並不被限定於空氣，只要是導電率為低之物質，則亦可為氣體、液體。
層積體10，係具備有第1電極16、光起電力層15、第2電極11、第1觸媒層17以及第2觸媒層18。層積體10，係為以平面而擴張之平板狀，並將第2電極11作為基材(基板)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11，係具備有導電性。又，第2電極11，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11，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11，係亦可藉由導電性之樹脂等來構成。又，第2電極11，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15，係被形成在第2電極11上(表面上(上面上))。光起電力層15，係藉由第1光起電力層12、第2光起電力層13以及第3光起電力層14所構成。
第1光起電力層12和第2光起電力層13以及第3光起電力層14，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15，係能夠吸收太陽光之廣範圍的波長之光，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12，係被形成於第2電極11上，並例如藉由從下部側起所依序形成之n型之非晶質矽(a-Si)層、本質(intrinsic)之非晶質矽鍺(a-SiGe)層以及p型之微結晶矽(μc-Si)層所構成。於此，a-SiGe層，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12，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13，係被形成於第1光起電力層12上，並例如藉由從下部側起所依序形成之n型之a-Si層、本質(intrinsic)之a-SiGe層以及p型之μc-Si層所構成。於此，a-SiGe層，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13，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14，係被形成於第2光起電力 層13上，並例如藉由從下部側起所依序形成之n型之a-Si層、本質(intrinsic)之a-Si層以及p型之μc-Si層所構成。於此，a-Si層，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14，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15，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15係產生起電力。
第1電極16，係被形成於光起電力層15之p型半導體層(p型之μc-Si層)上。因此，第1電極16，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16，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16，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16並到達光起電力層15。因此，被配置在光照射側(圖面中之上部側)處之第1電極16，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16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16，係具備有能夠使光透過之開口部分。亦即是，第1電極16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。開口率，至少係為10%以上，更理想係為30%以上。
另外，於上述說明中，雖係以藉由3個的光起電力層(第1光起電力層12、第2光起電力層13以及第3光起電力層14)之層積構造所構成的光起電力層15為例來作了說明，但是係並不被限定於此。光起電力層15，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16以及第2電極11，係可被設置在光起電力層15之全面上，亦可被作部分性之設置。
第1觸媒17，係被形成於第1電極16之上面上。第1觸媒17，係為了提高在第1電極16的表面附近之化學反應性(氧化反應性)而被設置。當作為電解液23而使用水溶液，亦即是使用含有H2O之溶液的情況時，第1 電極16係將H2O氧化並產生O2和H+。因此，第1觸媒17，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17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。又，係亦可在位於第1電極16之將金屬和透明導電性氧化物作了層積的構造中之金屬部、或者是在使金屬和其他導電性材料相互複合之構造中的金屬部處，而設置觸媒性能。又，電極金屬自身係亦可具備有觸媒性能。藉由此，係能夠將構造簡單化。
第2觸媒18，係被形成於第2電極11之下面上。第2觸媒18，係為了提高在第2電極11的背面附近之化學反應性(還原反應性)而被設置。當作為電解液23而使用含有CO2之溶液的情況時，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18，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，當作為電解液23而使用並不包含CO2之水溶液，亦即是使用並不包含CO2之H2O的情況時，係將H2O還原並產生H2。因此，第2觸媒18，係藉由會使用以將H2O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18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。
另外，係亦可將光起電力層15之層積構造設為相反，並使由第1觸媒17以及第2觸媒18所致之第1電極16以及第2電極11之過電壓的降低作用逆轉。
外部電源32，係於第1電極16和第2電極11之間，經由第1切換元件31而被作電性連接。換言之，在外部電源32和第1電極16或第2電極11之間，係被形成有第1切換元件31。之後，藉由將第1切換元件31設為ON，第1電極16和第2電極11係經由外部電源32而被作電性連接。另一方面，藉由將第1切換元件31設為 OFF，第1電極16和第2電極11係隔著外部電源32而被作電性遮斷。又，在外部電源32之陽極側，係被連接有第1電極16，在陰極側，係被連接有第2電極11。詳細雖係於後再述，但是，當存在有剩餘電力的情況時，外部電源32，係對於第1電極16以及第2電極11供給電力。
電力需要部34，係於第1電極16和第2電極11之間，經由第2切換元件33而被作電性連接。又，電力需要部34，係被與外部電源32作並聯連接。換言之，在電力需要部34和第1電極16或第2電極11之間，係被形成有第2切換元件33。之後，藉由將第2切換元件33設為ON，第1電極16和第2電極11係經由電力需要部34而被作電性連接。另一方面，藉由將第1切換元件31設為OFF，第1電極16和第2電極11係隔著電力需要部34而被作電性遮斷。詳細雖係於後再述，但是，當並不存在有剩餘電力的情況時，係從光起電力層15而對於電力需要部34供給電力。電力需要部34，例如係為儲存電力之蓄電池，或者是消耗電力之區域。
切換元件控制部41，係因應於超過了電力需要部34的需求之剩餘電力的有無以及太陽光能量之有無等的條件，來對於第1切換元件31以及第2切換元件33之ON/OFF作控制。
更具體而言，切換元件控制部41，當身為存在有剩餘電力的情況並且存在有太陽光能量的情況時，係將第1 切換元件31以及第2切換元件33設為OFF。藉由此，第1電極16和第2電極11係僅經由光起電力層15而被作電性連接。其結果，係藉由以光起電力層15所得到的起電力，來在第1電極16以及第2電極11處進行電解並產生化學能量。亦即是，化學反應裝置，係作為人工光合系統而起作用。
另一方面，切換元件控制部41，當身為存在有剩餘電力的情況但是並不存在有太陽光能量的情況時，係將第2切換元件33設為OFF，並將第1切換元件31設為ON。藉由此，第1電極16和第2電極11係經由外部電源32而被作電性連接。其結果，係藉由以外部電源32所得到的起電力，來在第1電極16以及第2電極11處進行電解並產生化學能量。亦即是，化學反應裝置，係作為電解系統而起作用。
又，切換元件控制部41，當並不存在有剩餘電力的情況時，係將第1切換元件31設為OFF，並將第2切換元件33設為ON。藉由此，光起電力層15和電力需要部34係被作電性連接。其結果，係藉由以光起電力層15所得到的起電力來對於電力需要部34供給電力。亦即是，化學反應裝置，係作為太陽電池而起作用。
又，當太陽光不足時，人工光合系統，係經由被從外部而進行調整之電性裝置來補充電流，藉由此，係能夠進行複合性(hybrid)之動作。又，人工光合系統，係亦可因應於生成物之需要等，而經由被從外部而進行調整之電 性裝置來對於電壓以及電流作調整，並藉由此而使生成物改變。
1-2.第1實施形態之動作
圖2，係為對於第1實施形態之化學反應裝置的人工光合系統動作作展示之圖。人工光合系統，主要係當身為存在有剩餘電力的情況並且亦存在有太陽光能量的情況時，會被使用。
如圖2中所示一般，當作為人工光合系統來使用的情況時，切換元件控制部41，係將第1切換元件31以及第2切換元件33設為OFF。藉由此，第1電極16和第2電極11係隔著外部電源32而被作電性遮斷。又，第1電極16和第2電極11係隔著電力需要部34而被作電性遮斷。
又，電解液控制部61，係以使第1電極16以及第2電極11會被浸漬在電解液23中的方式，來對於電解槽21內之電解液23之量作控制。藉由此，係經由配管22而將電解液23注入至電解槽21內，電解槽21內係被電解液23所填充。另外，係亦可並不將電解槽21內以電解液23來作填充，只要是至少會使第1電極16以及第2電極11之一部分會被浸漬在電解液23中即可。
若是在此狀態下而從上方照射光，則照射光係通過第1電極16並到達光起電力層15。光起電力層15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12、第2光起電力層13以及第3光起電力層14)中，電子係移動至n型之半導體層側(第2電極11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16側)處，而產生電荷分離。藉由此，光起電力層15係產生起電力。
在光起電力層15內而產生並移動至身為陰極側之電極之第2電極11處的電子，係被使用在第2電極11之背面附近(第2觸媒18附近)的還原反應中。另一方面，在光起電力層15內而產生並移動至身為陽極側之電極之第1電極16處的電洞，係被使用在第1電極16之表面附近(第1觸媒17附近)的氧化反應中。更具體而言，在與電解液23相接之第1電極16的表面附近，係產生(1)式之反應，在與第2電極11的背面附近，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16之表面附近，H2O係被氧化(失去電子)並產生氧(O2)和氫離子(H+)。之後，在第1電極16側所產生的H+，係移動至第2電極11側。
如同(2)式中所示一般，在第2電極11之背面附近，CO2和移動而來之H+係產生反應，並產生一氧化碳(CO)和H2O。亦即是，CO2係被還原(得到電子)。
此時，光起電力層15，係有必要具備有在第1電極16處所產生的氧化反應之標準氧化還原電位和在第2電極11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15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、CH4、C2H4、CH3OH、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，在人工光合系統中，係藉由太陽光能量而在光起電力層15處產生起電力，並藉由此起電力來引起氧化還原反應(電解反應)，而產生化學能量。亦即是，係能夠將太陽光能量轉換為化學能量。
圖3，係為對於第1實施形態之化學反應裝置的電解系統動作作展示之圖。電解系統，主要係當身為存在有剩 餘電力的情況但是並不存在有太陽光能量的情況時，會被使用。例如，電解系統，係能夠在夜晚中使用。
如圖3中所示一般，當作為電解系統來使用的情況時，切換元件控制部41，係將第1切換元件31設為ON。藉由此，第1電極16和第2電極11係經由外部電源32而被作電性連接。另一方面，切換元件控制部41，係將第2切換元件33設為OFF。藉由此，第1電極16和第2電極11係隔著電力需要部34而被作電性遮斷。
又，電解液控制部61，係以使第1電極16以及第2電極11會被浸漬在電解液23中的方式，來對於電解槽21內之電解液23之量作控制。藉由此，係經由配管22而將電解液23注入至電解槽21內，電解槽21內係被電解液23所填充。另外，係亦可並不將電解槽21內以電解液23來作填充，只要是至少會使第1電極16以及第2電極11之一部分會被浸漬在電解液23中即可。
若是在此狀態下而於外部電源32處發生起電力，則電洞係移動至被與外部電源32之陽極側作了連接的第1電極16側。另一方面，電子係移動至被與外部電源32之陰極側作了連接的第2電極11側。移動至身為陰極側之電極之第2電極11處的電子，係被使用在第2電極11之背面附近的還原反應中。另一方面，在光起電力層15內而產生並移動至身為陽極側之電極之第1電極16處的電洞，係被使用在第1電極16之表面附近的氧化反應中。更具體而言，在與電解液23相接之第1電極16的表面附 近，係產生(1)式之反應，在與第2電極11的背面附近，係產生(2)式之反應。
如同(1)式中所示一般，在第1電極16之表面附近，H2O係被氧化(失去電子)並產生O2和氫離子(H+)。之後，在第1電極16側所產生的H+，係移動至第2電極11側。
如同(2)式中所示一般，在第2電極11之背面附近，CO2和移動而來之H+係產生反應，並產生CO和H2O。亦即是，CO2係被還原(得到電子)。
此時，光起電力層15，係有必要具備有在第1電極16處所產生的氧化反應之標準氧化還原電位和在第2電極11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15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、CH4、C2H4、CH3OH、C2H5OH等之還原反應。又，亦能夠產生在電解液23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。
又，藉由構成光起電力層15之半導體層所具有的二極體特性，因應於半導體層之構成的方向而流動的電流係亦可為少。
如此這般，在電解系統中，係藉由剩餘電力之電性能量而在外部電源32處產生起電力，並藉由此起電力來引起氧化還原反應(電解反應)，而產生化學能量。亦即是，係能夠將電性能量轉換為化學能量。
圖4，係為對於第1實施形態之化學反應裝置的太陽電池動作作展示之圖。圖5，係為對於第1實施形態之化學反應裝置的太陽電池動作之變形例作展示之圖。太陽電池，主要係當並不存在有剩餘電力的情況時會被使用。
如圖4中所示一般，當作為太陽電池來使用的情況時，切換元件控制部41，係將第1切換元件31設為OFF。藉由此，第1電極16和第2電極11係隔著外部電源32而被作電性遮斷。另一方面，切換元件控制部41，係將第2切換元件33設為ON。藉由此，第1電極16和第2電極11係經由電力需要部34而被作電性連接。
此時，在第1電極16和第2電極11之間，係以不會經由電解液23而發生離子之移動為理想。亦即是，係以不會經由電解液23而流動電流為理想。此係因為，係與由光起電力層15所致之發電同時地而對於電力需要部34 放電之故。因此，電解液控制部61，係以使第1電極16以及第2電極11並不會被浸漬在電解液23中的方式，來對於電解槽21內之電解液23之量作控制。藉由此，係經由配管22而使電解液23從電解槽21內排出，電解槽21內係被空氣所填充。
另外，係亦可並不將電解槽21內以空氣來作填充，只要是至少會使第1電極16之一部分或者是第2電極11之一部分不會被浸漬在電解液23中即可。此時，如同圖5中所示一般，係亦可藉由以上述之人工光合系統或電解系統所產生的氣體(例如O2等)，來將電解槽21內之一部分作填充。於此情況，係並不需要經由配管22而將電解液23從電解槽21內排出。亦即是，係並不需要使用在配管22處所具備之幫浦等，而能夠減少能量損失。又，於此情況，係以將第1電極16配置在與重力為相反側處為理想。又，亦可藉由不會使離子移動進行之隔壁，來將氧化電極(第1電極16)和還原電極(第2電極11)隔開。
又，係亦可經由配管22，而將被排出的電解液23儲存在被與配管22作連接之電解液儲存槽中。又，電解槽21內，係亦可並非藉由氣體，而是藉由非導電性之液體來作填充。
若是在此狀態下而從上方照射光，則照射光係通過第1電極16並到達光起電力層15。光起電力層15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12、第2光起電力層13以及第3光起電力層14)中，電子係移動至n型之半導體層側(第2電極11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16側)處，而產生電荷分離。藉由此，光起電力層15係產生起電力。藉由以此光起電力層15所產生的起電力，係能夠對於電力需要部34供給電力。
如此這般，在太陽電池中，係藉由太陽光能量而在光起電力層15處產生起電力，並藉由此起電力來產生電性能量。亦即是，係能夠將太陽光能量轉換為電性能量。
圖6，係為對於第1實施形態之化學反應裝置中的動作作展示之流程圖。
如圖6中所示一般，首先，在步驟S1中，化學反應裝置，係確認是否存在有超過電力需要部34之需要的剩餘電力。
在步驟S1中，當並不存在有剩餘電力的情況時，於步驟S2中，化學反應裝置係作為太陽電池而起作用。更具體而言，當並不存在有剩餘電力的情況時，切換元件控制部41，係將第1切換元件31設為OFF，並將第2切換元件32設為ON。藉由此，光起電力層15和電力需要部34係被作電性連接，並藉由以光起電力層15所得到的起電力來對於電力需要部34供給電力。
在步驟S1中，當存在有剩餘電力的情況時，於步驟S3中，化學反應裝置係確認是否存在有太陽光能量。
在步驟S3中，當並不存在有太陽光能量的情況時，於步驟S4中，化學反應裝置係作為電解系統而起作用。更具體而言，當並不存在有太陽光能量的情況時，切換元件控制部41，係將第2切換元件33設為OFF，並將第1切換元件31設為ON。藉由此，第1電極16和第2電極11係經由外部電源32而被作電性連接，藉由以外部電源32所得到的起電力，在第1電極16以及第2電極11處係進行電解並產生化學能量。
在步驟S3中，當存在有太陽光能量的情況時，於步驟S5中，化學反應裝置係作為人工光合系統而起作用。更具體而言，當存在有太陽光能量的情況時，切換元件控制部41，係將第1切換元件31以及第2切換元件33設為OFF。藉由此，第1電極16和第2電極11係僅經由光起電力層15而被作電性連接，藉由以光起電力層15所得到的起電力，在第1電極16以及第2電極11處係進行電解並產生化學能量。
如此這般，化學反應裝置，係因應於各種條件來作為人工光合系統、太陽電池以及電解系統而適宜地動作。
另外，化學反應裝置之動作，係並不被限定於上述記載。例如，當所製造之化學物質的需求為高時，就算是並不存在有剩餘電力，亦能夠進行電解運轉，而製造並非身為電力之化學物質。進而，係亦可因應於外部之電池等的充電程度或者是揚水發電之儲存水等的狀況，來以適宜的平衡性而進行各種反應。
1-3.第1實施形態之效果
若依據上述之第1實施形態，則化學反應裝置，係藉由包含有第1電極16、光起電力層15以及第2電極11之層積體10，和收容層積體10之電解槽21，和能夠與層積體10作電性連接或者是遮斷的外部電源32以及電力需要部34，而構成之。亦即是，層積體10和外部電源32間之連接、以及層積體10和電力需要部34間之連接，係能夠進行切換。又，亦可設為使外部電源32以及電力需要部34之雙方並不與層積體10作電性連接(電性遮斷)。
藉由此，藉由將層積體10和外部電源32作電性連接，係能夠使化學反應裝置作為電解系統而起作用。又，藉由將層積體10和電力需要部34作電性連接，係能夠使化學反應裝置作為太陽電池而起作用。進而，藉由將層積體10和外部電源32以及電力需要部34之雙方作電性遮斷，係能夠使化學反應裝置作為人工光合系統而起作用。此些之連接，係依據剩餘電力之有無以及太陽光能量之有無來作決定。
亦即是，若依據第1實施形態，則係能夠提供一種因應於剩餘電力之有無以及太陽光能量之有無等的各種條件而以使能量轉換效率提高的方式來作為人工光合系統、太陽電池或者是電解系統而適宜地動作之一體型的化學反應裝置。
1-4.第1實施形態之變形例
圖7，係為對於第1實施形態之化學反應裝置的第1變形例之構成作展示之概略構成圖。
如圖7中所示一般，在第1實施形態之化學反應裝置的第1變形例中，係使第2電極11將電解槽21物理性分離成第1電解槽25和第2電解槽26。
第1電解槽25，係以將第1電極16之表面(第1觸媒17)作浸漬的方式，而於其內部收容有第1電解液23a。第1電解液23a，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電解槽25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電解槽25之上方而被照射。
又，在第1電解槽25處，係連接有配管22a。配管22a，係將第1電解液23a注入至第1電解槽25內，或者是將第1電解液23a從第1電解槽25內排出。另外，係亦可存在有2個的配管22a。於此情況，係亦可將其中一方之配管22a作為注入用，並將另外一方作為排出用。
第2電解槽26，係以將第2電極11之背面(第2觸媒18)作浸漬的方式，而於其內部收容有第2電解液23b。第2電解液23b，例如係為包含有CO2之溶液。第2電解液23b，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電解液23a和第2電解液23b，雖係可為相同之溶液，但是，由於第2電解液23b係以CO2之吸收量為高為理想，因此，第1電解液23a和第2電解液23b係亦可使用相異之溶液。又，第2電解液23b，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電解槽26處，係連接有配管22b。配管22b，係將第2電解液23b注入至第2電解槽26內，或者是將第2電解液23b從第2電解槽26內排出。另外，係亦可存在有2個的配管22b。於此情況，係亦可將其中一方之配管22b作為注入用，並將另外一方作為排出用。
電解液控制部61，係對於第1電解槽25內之第1電 解液23a以及第2電解槽26內之第2電解液23b作控制。更具體而言，電解液控制部61，係測定第1電解槽25內之第1電解液23a以及第2電解槽26內之第2電解液23b之量，並對於由配管22a所進行之第1電解液23a以及由配管22b所致之第2電解液23b的注入以及排出作控制。藉由此，電解液控制部61，當作為人工光合系統以及電解系統來使用的情況時，係以能夠產生充分之電解反應的方式，而將第1電解槽25內以第1電解液23a來作填充，並將第2電解槽26內以第2電解液23b來作填充。又，電解液控制部61，當作為太陽電池來使用的情況時，係以不會在第1電解液23a或第2電解液23b中流動電的方式，而從第1電解槽25內將第1電解液23a排出或是從第2電解槽26內將第2電解液23b排出，並將第1電解槽25內或第2電解槽26內以空氣來作填充。
第2電極11，係將電解槽21物理性分離成第1電解槽25和第2電解槽26。第2電極11之背面，係被配置在第2電解槽26側，並被收容於第2電解槽26中。此時，第2電極11之表面係被配置在第1電解槽25側，但是，藉由在第2電極11之表面形成未圖示之絕緣層，係能夠使第2電極11和第1電解液23a作電性絕緣並對於此些之反應作抑制。又，係亦可將第1電解液23a置換為非導電性之液體或氣體，來對於反應作抑制。又，就算是並不將第2電極11和第1電解液23a相互絕緣，亦可藉由對於觸媒之反應電位作調整，來對於反應作抑制。亦即 是，係只要將觸媒之反應電位設為不會在第2電極11和第1電解液23a處而引發反應的電位即可。特別是，當在後述之設置複數之氧化電極以及還原電極等的情況時，係能夠藉由對於觸媒之反應電位個別作調整，來實現上述內容。
又，第2電極11，係於其之露出部分處具備有離子移動路徑。離子移動路徑，例如係身為從其之表面起一直貫通至背面之複數的細孔。細孔，係選擇性地僅使藉由在第1電解槽25中之第1電極16之氧化反應所產生了的離子(例如H離子(H+))通過至第2電解槽26。通過了細孔之離子，係在第2電解槽26之第2電極11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19。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，第2電極11，係亦可代替細孔，而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19之複數的細縫。細縫，係選擇性地僅使藉由在第1電解槽25中之第1電極16之氧化反應所產生了的離子(例如H離子(H+))通過至第2電解槽26。
又，係亦可藉由在離子移動路徑中設置幫浦，來促進離子的移動。
又，藉由在離子移動路徑中設置閥，係能夠在每一電解槽(第1電解槽25以及第2電解槽26)的各者中，而構成填充有電解液的狀態和並未被電解液所填充(被空氣所填充)的狀態。
在第1變形例中，藉由將電解槽21分離成第1電解槽25和第2電解槽26，係能夠於各電解槽中而填充容易反應之相異之電解液(第1電解液23a以及第2電解液23b)。又，藉由將電解槽21分離成第1電解槽25和第2電解槽26，在第1電解槽25側係進行氧化反應，在第2電解槽26側係進行還原反應。其結果，係能夠在第1電解槽25處而回收由氧化反應所得到的生成物(例如O2)，並在第2電解槽26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。
進而，在作為電解系統而使用時和作為人工光合系統而使用時，係能夠改變第1電解槽25以及第2電解槽26 內之電解液並引發相異之反應。藉由此，係能夠針對依存於光強度或剩餘電力量而會有所相異的反應電流密度，而引發最適當之反應。
圖8，係為對於第1實施形態之化學反應裝置的第2變形例之構成作展示之概略構成圖。
如圖8中所示一般，在第1實施形態之化學反應裝置的第2變形例中，係在第1電極16和第2電極11之間，電性連接有感測部42、43。
感測部42，係於第1電極16和第2電極11之間，經由第1切換元件31以及外部電源32而被作電性連接。 換言之，在感測部42和第1電極16或第2電極11之間，係被形成有第1切換元件31。之後，藉由將第1切換元件31設為ON，第1電極16和第2電極11係經由外部電源32以及感測部42而被作電性連接。另一方面，藉由將第1切換元件31設為OFF，第1電極16和第2電極11係隔著外部電源32以及感測部42而被作電性遮斷。 亦即是，當化學反應裝置主要是作為電解系統來使用的情況時，感測部42係起作用。
感測部43，係於第1電極16和第2電極11之間，經由第3切換元件35而被作電性連接。換言之，在感測部43和第1電極16或第2電極11之間，係被形成有第3切換元件35。之後，藉由將第3切換元件35設為ON，第1電極16和第2電極11係經由感測部43而被作電性連接。另一方面，藉由將第3切換元件35設為OFF，第 1電極16和第2電極11係隔著感測部43而被作電性遮斷。亦即是，當化學反應裝置主要是作為人工光合系統來使用的情況時，感測部43係起作用。
感測部42，例如在電解系統的情況時，係利用外部電源32之起電力，並對於藉由電解液23和第1電極16以及第2電極11間之反應所得到的電性訊號作掌握。藉由此，感測部42，在電解系統的情況中，係對於電解液23之pH、電解液23之濃度、電解液23之組成、電解槽21內之壓力、電解槽21內之溫度以及光之強度等作測定。
感測部43，例如在人工光合系統的情況時，係利用光起電力層15之起電力，並對於藉由電解液23和第1電極16以及第2電極11間之反應所得到的電性訊號作掌握。藉由此，感測部43，在人工光合系統的情況中，係對於電解液23之pH、電解液23之濃度、電解液23之組成、電解槽21內之壓力、電解槽21內之溫度以及光之強度等作測定。感測部43，由於係身為對於光起電力層15之起電力作利用者，因此係能夠以無電源的狀態來動作。 進而，當如同圖7中所示一般而以2種的電解液來進行反應的情況時，感測部43係亦可對於該些之液間電位作利用。又，感測部43，係可根據液間電位來得到pH以及電解液之濃度等的資訊。又，感測部43，係可將液間電位作為電源來使用。
另外，當作為人工光合系統來使用的情況時，可以推 測到會有光強度為弱而感測部43無法僅藉由光起電力層15之起電力來起作用的情況。於此情況，係亦能夠暫時性地藉由外部電源32來使感測部42起作用，並對於各種要件進行測定。另一方面，當作為電解系統來使用的情況時，亦為相同。亦即是，在作為電解系統來使用的情況時，係亦能夠暫時性地藉由光起電力層15之起電力來使感測部43起作用，並對於各種要件進行測定。
特別是，感測部42、43，係以像是會藉由反應而產生光者、會藉由光而產生反應者、以及會藉由光而使反應改變者，為更合適。另外，光係並不被限定於可視光，亦可為作用於光起電力層15之電磁波或者是輻射線。感測部42、43，係亦能夠藉由對於電性訊號作掌握，而檢測出與由反應所導致之光之吸收的變化或者是起因於反應所產生之光以及輻射線等相對應的電解液23之狀況(pH、濃度、以及組成)以及反應之進行程度。
在第2變形例中，係藉由感測部42、43，來對於電解液23之pH、電解液23之濃度、電解液23之組成、電解槽21內之壓力、電解槽21內之溫度以及光之強度等作測定。藉由此，係能夠對於用以促進電解反應之電解液23以及電解槽21的狀況作適當之調整。
另外，作為其他變形例，係亦可適用以下之構成。
係亦可藉由在人工光合系統中之由光起電力層15所產生的起電力，來將光能量作為物質之還原體而作積蓄。換言之，係亦可藉由光能量來將物質還原，並將該被還原 了的物質作為還原能量而作積蓄。於此，所謂還原體，係指具備有還原力者。換言之，所謂還原體，係指自身會被氧化並失去電子，而將該電子賦予至其他之物質並將其他物質還原者。作為將光能量轉換為還原能量之例子，例如係可列舉出由光能量所致之將鐵之3價離子(Fe3+)轉換為2價離子(Fe2+)、由光能量所致之將碘之1價離子(I-)轉換為3價離子(I3-)等。又，係亦可作為還原體而積蓄H+。
如此這般，係亦可將藉由人工光合系統所得到的還原體，藉由在電解系統中之由外部電源32所產生的起電力來更進一步作還原。藉由此，係能夠轉換為能量密度為更高之還原體。
又，係亦可藉由進行將在人工光合系統中所得到的還原體氧化並回復成原本狀態之反應，來從還原能量而得到電性能量。亦即是，係成為具備有蓄電功能之人工光合系統。又，係亦可如同通常的電池一般，於電解質中使用例如鋰一般之化合物，並藉由其與電極間之相互作用來具備有蓄電功能。
又，係亦可作為燃料電池來使用。更具體而言，係藉由光能量來分解水並產生氫和氧。藉由使此所得到的氫和氧來至少將1個電極作共有，而藉由氫和氧來產生水。藉由此，係能夠得到電力。亦即是，係能夠將人工光合系統和燃料電池一體化。另外，藉由如同通常之燃料電池一般地而在電解槽21內設置流路，係能夠使反應的效率提 升。又，係亦可在第1電極16和第2電極11之間，形成在固體高分子型燃料電池中所使用的固體高分子膜。進而，亦可將伴隨此時之發電所產生的熱或者是被太陽光所加熱的電解質之熱，作為利用媒體。作為熱的利用媒體，係並不被限定於電解質，亦可藉由將其他之熱媒體設置在第2電極11上或者是電解液23中之未圖示的銅配管上，來使用之。
2.第2實施形態
以下，使用圖9乃至圖15，針對第2實施形態之化學反應裝置作說明。
在第2實施形態之化學反應裝置中，於電解槽21內，不僅是配置包含有第1電極16、光起電力層15以及第2電極11之層積體10，而亦配置有與第2電極11相分離且相對向的第3電極51。之後，在第2電極11和第3電極51之間，將外部電源32作電性連接，而能夠藉由第2電極11、第3電極51以及外部電源32來作為電解系統而起作用。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，針對與上述第1實施形態相同之處，係適當省略其說明，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9，係為對於第2實施形態之化學反應裝置的構成 例作展示之概略構成圖。另外，在圖9中，層積體10和第3電極51以及電解槽21，係對於其剖面構成作展示。
如同圖9中所示一般，在第2實施形態之化學反應裝置中，與第1實施形態相異之處，係在於不僅是第1電極16以及第2電極11而更設置有第3電極51。
第3電極51，係被收容在電解槽21內，並相對於第2電極11而朝向與光照射側相反側分離，且被作對向配置。第3電極51，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3電極51，係亦可藉由導電性之樹脂等來構成。又，第3電極51，係亦可藉由Si或Ge等之半導體基板來構成。
第3電極51，由於係被配置在與光照射側相反側，因此針對光透過性以及形狀等係並不特別作限制。
又，係亦可於第3電極51之表面上，形成未圖示之第3觸媒。第3觸媒，係為了提高在第3電極51的表面附近之化學反應性(氧化反應性)而被設置。當作為電解液23而使用水溶液，亦即是使用含有H2O之溶液的情況時，第3電極51係將H2O氧化並產生O2和H+。因此，第3觸媒，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Mn-O、Ir-O、Ni-O、Co-O、Fe-O、Sn-O、In-O或者是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3觸媒之形狀，係並不被限定於薄膜狀，而亦可為格子狀、粒子狀或細線狀。
外部電源32，係於第2電極11和第3電極51之間，經由第1切換元件31而被作電性連接。換言之，在外部電源32和第2電極11或第3電極51之間，係被形成有第1切換元件31。之後，藉由將第1切換元件31設為ON，第2電極11和第3電極51係經由外部電源32而被作電性連接。另一方面，藉由將第1切換元件31設為OFF，第2電極11和第3電極51係隔著外部電源32而被作電性遮斷。又，在外部電源32之陽極側，係被連接有第3電極51，在陰極側，係被連接有第2電極11。詳細雖係於後再述，但是，當存在有剩餘電力的情況時，外部電源32，係對於第2電極11以及第3電極51供給電力。
切換元件控制部41，係因應於超過了電力需要部34的需求之剩餘電力的有無以及太陽光能量之有無等的條件，來對於第1切換元件31以及第2切換元件33之ON/OFF作控制。
更具體而言，切換元件控制部41，當身為存在有剩餘電力的情況並且存在有太陽光能量的情況時，係將第1切換元件31以及第2切換元件33設為OFF。藉由此，第 1電極16和第2電極11係僅經由光起電力層15而被作電性連接。其結果，係藉由以光起電力層15所得到的起電力，來在第1電極16以及第2電極11處進行電解並產生化學能量。亦即是，化學反應裝置，係作為人工光合系統而起作用。
另一方面，切換元件控制部41，當身為存在有剩餘電力的情況但是並不存在有太陽光能量的情況時，係將第2切換元件33設為OFF，並將第1切換元件31設為ON。藉由此，第2電極11和第3電極51係經由外部電源32而被作電性連接。其結果，係藉由以外部電源32所得到的起電力，來在第2電極11以及第3電極51處進行電解並產生化學能量。亦即是，化學反應裝置，係作為電解系統而起作用。
又，切換元件控制部41，當並不存在有剩餘電力的情況時，係將第1切換元件31設為OFF，並將第2切換元件33設為ON。藉由此，光起電力層15和電力需要部34係被作電性連接。其結果，係藉由以光起電力層15所得到的起電力來對於電力需要部34供給電力。亦即是，化學反應裝置，係作為太陽電池而起作用。
另外，人工光合系統、電解系統以及太陽電池之各者，係並不被限定於僅以單獨來動作。人工光合系統、電解系統以及太陽電池之各者，係亦能夠具有良好平衡性地來同時動作(複合動作)。此些，例如，係可一面進行人工光合反應一面得到電，或者是藉由外部電源以及太陽光 來使人工光合系統和電解系統進行複合動作等，來以任意之組合而動作。此時，係有必要設置一面對於該些之電壓以及電流作電性調整一面使該些動作之裝置。又，該些，當存在有複數之氧化電極以及複數之還原電極的情況時，係能夠進行更進一步的組合。又，係亦能夠同時地使2個反應進行。例如，係可藉由人工光合系統來產生甲酸，並在同一電解質和其他電極間，藉由從外部電源而來之供給，而將藉由人工光合系統所產生的甲酸轉換為甲醇，此種生成反應之組合，亦為任意。
2-2.第2實施形態之動作
圖10，係為對於第2實施形態之化學反應裝置的人工光合系統動作作展示之圖。人工光合系統，主要係當身為存在有剩餘電力的情況並且亦存在有太陽光能量的情況時，會被使用。
如圖10中所示一般，當作為人工光合系統來使用的情況時，切換元件控制部41，係將第1切換元件31以及第2切換元件33設為OFF。藉由此，第2電極11和第3電極51係隔著外部電源32而被作電性遮斷。又，第1電極16和第2電極11係隔著電力需要部34而被作電性遮斷。
又，電解液控制部61，係以使第1電極16以及第2電極11會被浸漬在電解液23中的方式，來對於電解槽21內之電解液23之量作控制。藉由此，係經由配管22 而將電解液23注入至電解槽21內，電解槽21內係被電解液23所填充。另外，係亦可並不將電解槽21內以電解液23來作填充，只要是至少會使第1電極16以及第2電極11之一部分會被浸漬在電解液23中即可。
若是在此狀態下而從上方照射光，則係產生與上述第1實施形態相同的反應。亦即是，在與電解液23相接之第1電極16的表面附近，係產生(1)式之反應，在第2電極11的背面附近，係產生(2)式之反應。
如同(1)式中所示一般，在第1電極16之表面附近，H2O係被氧化(失去電子)並產生O2和H+。之後，在第1電極16側所產生的H+，係移動至第2電極11側。
如同(2)式中所示一般，在第2電極11之背面附近，CO2和移動而來之H+係產生反應，並產生CO和H2O。亦即是，CO2係被還原(得到電子)。
如此這般，在人工光合系統中，係藉由太陽光能量而在光起電力層15處產生起電力，並藉由此起電力來在第1電極16之表面以及第2電極11之背面引起氧化還原反應(電解反應)，而產生化學能量。亦即是，係能夠將太陽光能量轉換為化學能量。
圖11，係為對於第2實施形態之化學反應裝置的電解系統動作作展示之圖。電解系統，主要係當身為存在有剩餘電力的情況但是並不存在有太陽光能量的情況時，會被使用。例如，電解系統，係能夠在夜晚中使用。
如圖11中所示一般，當作為電解系統來使用的情況時，切換元件控制部41，係將第1切換元件31設為ON。藉由此，第2電極11和第3電極51係經由外部電源32而被作電性連接。另一方面，切換元件控制部41，係將第2切換元件33設為OFF。藉由此，第1電極16和第2電極11係隔著電力需要部34而被作電性遮斷。
又，電解液控制部61，係以使第2電極11以及第3電極51會被浸漬在電解液23中的方式，來對於電解槽21內之電解液23之量作控制。藉由此，係經由配管22而將電解液23注入至電解槽21內，電解槽21內係被電解液23所填充。另外，係亦可並不將電解槽21內以電解液23來作填充，只要是至少會使第2電極11以及第3電極51之一部分會被浸漬在電解液23中即可。
若是在此狀態下而於外部電源32處發生起電力，則電洞係移動至被與外部電源32之陽極側作了連接的第3電極51側。另一方面，電子係移動至被與外部電源32之陰極側作了連接的第2電極11側。移動至身為陰極側之電極之第2電極11處的電子，係被使用在第2電極11之背面附近的還原反應中。另一方面，在光起電力層15內而產生並移動至身為陽極側之電極之第3電極51處的電洞，係被使用在第3電極51之表面附近的氧化反應中。 更具體而言，在與電解液23相接之第3電極51的表面附近，係產生(1)式之反應，在與第2電極11的背面附近，係產生(2)式之反應。
如同(1)式中所示一般，在第3電極51之表面附近，H2O係被氧化(失去電子)並產生O2和H+。之後，在第3電極51側所產生的H+，係移動至第2電極11側。
此時，第3電極51和第2電極11，由於主要係相互對向地而被形成，因此其距離係為較小。因此，H+之從第3電極51而朝向第2電極11所移動的距離係為小。故而，係能夠有效率地使H+從第3電極51而朝向第2電極11擴散。
如同(2)式中所示一般，在第2電極11之背面附近，CO2和移動而來之H+係產生反應，並產生CO和H2O。亦即是，CO2係被還原(得到電子)。
此時，光起電力層15，係有必要具備有在第3電極51處所產生的氧化反應之標準氧化還原電位和在第2電極11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15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。
如此這般，在電解系統中，係藉由剩餘電力之電性能 量而在外部電源32處產生起電力，並藉由此起電力來引起氧化還原反應(電解反應)，而產生化學能量。亦即是，係能夠將電性能量轉換為化學能量。
圖12，係為對於第2實施形態之化學反應裝置的太陽電池動作作展示之圖。圖13，係為對於第2實施形態之化學反應裝置的太陽電池動作之變形例作展示之圖。太陽電池，主要係當並不存在有剩餘電力的情況時會被使用。
如圖12中所示一般，當作為太陽電池來使用的情況時，切換元件控制部41，係將第1切換元件31設為OFF。藉由此，第2電極11和第3電極51係隔著外部電源32而被作電性遮斷。另一方面，切換元件控制部41，係將第2切換元件33設為ON。藉由此，第1電極16和第2電極11係經由電力需要部34而被作電性連接。
此時，在第1電極16和第2電極11之間，係以不會經由電解液23而發生離子之移動為理想。亦即是，係以不會經由電解液23而流動電流為理想。此係因為，係與由光起電力層15所致之發電同時地而對於電力需要部34放電之故。因此，電解液控制部61，係以使第1電極16以及第2電極11並不會被浸漬在電解液23中的方式，來對於電解槽21內之電解液23之量作控制。藉由此，係經由配管22而使電解液23從電解槽21內排出，電解槽21內係被空氣所填充。
另外，係亦可並不將電解槽21內以空氣來作填充， 只要是至少會使第1電極16以及第2電極11之一部分不會被浸漬在電解液23中即可。此時，如同圖13中所示一般，係亦可藉由以上述之人工光合系統或電解系統所產生的氣體(例如O2等)，來將電解槽21內之一部分作填充。於此情況，係並不需要經由配管22而將電解液23從電解槽21內排出。亦即是，係並不需要使用在配管22處所具備之幫浦等，而能夠減少能量損失。又，於此情況，係有必要將第1電極16配置在與重力為相反側處。又，在第1電極16和第2電極11之間，係亦能夠以不會經由電解液23而發生離子之移動的方式，來藉由隔壁而作隔離。另一方面，亦可在第1電極16和第2電極11之間，設置離子可移動之配管並將電極自身作隔離，且在配管中設置閥狀之物。
若是在此狀態下而從上方照射光，則照射光係通過第1電極16並到達光起電力層15。光起電力層15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12、第2光起電力層13以及第3光起電力層14)中，電子係移動至n型之半導體層側(第2電極11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16側)處，而產生電荷分離。藉由此，光起電力層15係產生起電力。藉由以此光起電力層15所產生的起電力，係能夠對於電力需要部34供給電力。
如此這般，在太陽電池中，係藉由太陽光能量而在光 起電力層15處產生起電力，並藉由此起電力來產生電性能量。亦即是，係能夠將太陽光能量轉換為電性能量。
2-3.第2實施形態之效果
若依據上述第2實施形態，則係能夠得到與第1實施形態相同的效果。
進而，若依據第2實施形態，則於電解槽21內，不僅是配置包含有第1電極16、光起電力層15以及第2電極11之層積體10，而亦收容有與第2電極11相分離且相對向的第3電極51。又，藉由在第2電極11和第3電極51之間將外部電源32作電性連接，係能夠作為電解系統而起作用。
此時，第3電極51和第2電極11，由於係相互對向地而被形成，因此其距離係為較小。因此，在第3電極51處所產生的H+之朝向第2電極11所移動的距離係為小。故而，係能夠將在第2電極11之反應中所被使用的H+有效率地從第3電極51而朝向第2電極11擴散。
又，第3電極51，係相對於光起電力層15而被配置在與光照射側相反側。因此，係並不需要作為第3電極51之材料而對於透過性作考慮，又，對於其之形狀亦並不特別作限定。亦即是，第3電極51之材料以及形狀，係能夠僅對於反應效率作考慮地來設定之。
又，因應於在作為人工光合系統而起作用的情況和作為電解系統而起作用的情況中會有所相異之反應電流密度 等，係能夠使用與第2觸媒18以及第1觸媒17相異之第3電極51表面的未圖示之第3觸媒。
另外，第3電極51，係並不被限定於與第2電極11相分離並相互對向。第3電極51，係亦可因應於構造上之問題等，而相對於第2電極11來垂直地作配置。
又，因應於外部電源32之剩餘電力，係亦可並不僅是將外部電源連接在第2電極11和第3電極51之間，而亦連接於第2電極11和第1電極16之間。亦即是，外部電源32和各種之切換元件之間的連接之組合，係並不被限定於本例。
2-4.第2實施形態之變形例
圖14，係為對於第2實施形態之化學反應裝置的第1變形例之構成作展示之概略構成圖。
如圖14中所示一般，在第2實施形態之化學反應裝置的第1變形例中，電解槽21，係藉由第2電極11來物理性分離成第1電解槽25和第2電解槽26，並藉由離子交換膜19a來物理性分離成第2電解槽26和第3電解槽27。
第1電解槽25，係以將第1電極16之表面(第1觸媒17)作浸漬的方式，而於其內部收容有第1電解液23a。第1電解液23a，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電解槽 25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電解槽25之上方而被照射。
又，在第1電解槽25處，係連接有配管22a。配管22a，係將第1電解液23a注入至第1電解槽25內，或者是將第1電解液23a從第1電解槽25內排出。
第2電解槽26，係以將第2電極11之背面(第2觸媒18)作浸漬的方式，而於其內部收容有第2電解液23b。第2電解液23b，例如係為包含有CO2之溶液。第2電解液23b，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電解液23a和第2電解液23b，雖係可為相同之溶液，但是，由於第2電解液23b係以CO2之吸收量為高為理想，因此，第1電解液23a和第2電解液23b係亦可使用相異之溶液。又，第2電解液23b，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電解槽26處，係連接有配管22b。配管22b，係將第2電解液23b注入至第2電解槽26內，或者是將第2電解液23b從第2電解槽26內排出。
第3電解槽27，係以將第3電極51作浸漬的方式，而於其內部收容有第3電解液23c。第3電解液23c，係為與第1電解液23a相同的液體，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。
又，在第3電解槽27處，係連接有配管22c。配管22c，係將第3電解液23c注入至第3電解槽27內，或者是將第3電解液23c從第3電解槽27內排出。
電解液控制部61，係對於第1電解槽25內之第1電解液23a、第2電解槽26內之第2電解液23b以及第3電解槽27內之第3電解液23c作控制。更具體而言，電解液控制部61，係測定第1電解槽25內之第1電解液23a、第2電解槽26內之第2電解液23b以及第3電解槽27內之第3電解液23c之量，並對於由配管22a所進行之第1電解液23a、由配管22b所致之第2電解液23b以及由配管22c所致之第3電解液23c的注入以及排出作控制。
藉由此，電解液控制部61，當作為人工光合系統來使用的情況時，係以能夠產生充分之電解反應的方式，而將第1電解槽25內以第1電解液23a來作填充，並將第2電解槽26內以第2電解液23b來作填充。又，電解液控制部61，當作為電解系統來使用的情況時，係以能夠產生充分之電解反應的方式，而將第2電解槽26內以第2電解液23b來作填充，並將第3電解槽27內以第3電解液23c來作填充。又，電解液控制部61，當作為太陽電池來使用的情況時，係以不會在第1電解液23a或第2電解液23b中流動電的方式，而從第1電解槽25內或第2電解槽26內將第1電解液23a排出或將第2電解液23b排出，並將第1電解槽25內或第2電解槽26內以空氣來作填充。
第2電極11，係將電解槽21物理性分離成第1電解槽25和第2電解槽26。第2電極11之背面，係被配置在第2電解槽26側，並被收容於第2電解槽26中。此時，第2電極11之表面係被配置在第1電解槽25側，但是，藉由在第2電極11之表面形成未圖示之絕緣層，係能夠使第2電極11和第1電解液23a作電性絕緣並對於此些之反應作抑制。又，係亦可將第1電解液23a置換為非導電性之液體或氣體，來對於反應作抑制。又，就算是並不將第2電極11和第1電解液23a相互絕緣，亦可藉由對於觸媒之反應電位作調整，來對於反應作抑制。亦即室，係只要將觸媒之反應電位設為不會在第2電極11和 第1電解液23a處而引發反應的電位即可。特別是，當在後述之設置複數之氧化電極以及還原電極等的情況時，係能夠藉由對於觸媒之反應電位個別作調整，來實現上述內容。
又，第2電極11，係於其之露出部分處具備有離子移動路徑。離子移動路徑，例如係身為從其之表面起一直貫通至背面之複數的細孔。細孔，係選擇性地僅使藉由在第1電解槽25中之第1電極16之氧化反應所產生了的離子(例如H離子(H+))通過至第2電解槽26。通過了細孔之離子，係在第2電解槽26之第2電極11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19。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，第2電極11，係亦可代替細孔，而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19之複數的細縫。細縫，係選擇性地僅使藉由在第1電解槽25中之第1電極16之氧化反應所產生了的離子(例如H離子(H+))通過至第2電解槽26。
又，係亦可藉由在離子移動路徑中設置幫浦，來促進離子的移動。
離子交換膜19a，係將電解槽21物理性分離成第2電解槽26和第3電解槽27。離子交換膜19a之表面係被配置在第2電解槽26側，離子交換膜19a之背面係被配置在第3電解槽27側。離子交換膜19a，係選擇性地僅使藉由在第3電解槽27中之第3電極51之氧化反應所產生了的離子(例如H離子(H+))通過至第2電解槽26。通過了離子交換膜19a之離子，係在第2電解槽26之第2電極11處，藉由還原反應而被轉換為O2、H2或者是有機化合物等。作為離子交換膜19a，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。
在第1變形例中，藉由將電解槽21分離成第1電解槽25和第2電解槽26以及第3電解槽27，係能夠於各電解槽中而填充容易反應之相異之電解液(第1電解液23a、第2電解液23b以及第3電解槽23c)。又，藉由將電解槽21分離成第1電解槽25和第2電解槽26以及第3電解槽27，在第1電解槽25以及第3電解槽27處係進 行氧化反應，在第2電解槽26處係進行還原反應。其結果，係能夠在第1電解槽25以及第3電解槽27處而回收由氧化反應所得到的生成物(例如O2)，並在第2電解槽26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，例如係能夠藉由反應電流密度、電極或反應，來使電解液改變。例如，第1電解液23a以及第3電解液23c雖係進行H2O之氧化反應，但是第3電解液23c係為由外部電源32所致之反應。因此，在第3電解液23c處之反應電流密度，係能夠任意使其改變。故而，係能夠因應於該反應電流密度而選擇最適當的電解液。例如，第1電解液23a由於係使半導體層(光起電力層15)作浸漬，因此係以不會侵蝕半導體層者為理想。另一方面，對於第3電解液23c，由於係並不存在此種限制，因此，作為第3電解液23c，係亦可使用相異的電解液。
圖15，係為對於第2實施形態之化學反應裝置的第2變形例之構成作展示之概略構成圖。
如圖15中所示一般，在第2實施形態之化學反應裝置的第2變形例中，係在第1電極16和第2電極11之間，電性連接有感測部42，並在第2電極11和第3電極51之間，電性連接有感測部43。
感測部42，係於第2電極11和第3電極51之間，經由第1切換元件31以及外部電源32而被作電性連接。 換言之，在感測部42和第2電極11或第3電極51之間，係被形成有第1切換元件31。之後，藉由將第1切換元件31設為ON，第2電極11和第3電極51係經由外部電源32以及感測部42而被作電性連接。另一方面，藉由將第1切換元件31設為OFF，第2電極11和第3電極51係隔著外部電源32以及感測部42而被作電性遮斷。 亦即是，當化學反應裝置主要是作為電解系統來使用的情況時，感測部42係起作用。
感測部43，係於第1電極16和第2電極11之間，經由第3切換元件35而被作電性連接。換言之，在感測部43和第1電極16或第2電極11之間，係被形成有第3切換元件35。之後，藉由將第3切換元件35設為ON，第1電極16和第2電極11係經由感測部43而被作電性連接。另一方面，藉由將第3切換元件35設為OFF，第1電極16和第2電極11係隔著感測部43而被作電性遮斷。亦即是，當化學反應裝置主要是作為人工光合系統來使用的情況時，感測部43係起作用。
感測部42，例如在電解系統的情況時，係利用外部電源32之起電力，並對於藉由電解液23和第2電極11以及第3電極51間之反應所得到的電性訊號作掌握。藉由此，感測部42，在電解系統的情況中，係對於電解液23之pH、電解液23之濃度、電解液23之組成、電解槽21內之壓力、電解槽21內之溫度以及光之強度等作測定。
感測部43，例如在人工光合系統的情況時，係利用光起電力層15之起電力，並對於藉由電解液23和第1電極16以及第2電極11間之反應所得到的電性訊號作掌握。藉由此，感測部43，在人工光合系統的情況中，係對於電解液23之pH、電解液23之濃度、電解液23之組成、電解槽21內之壓力、電解槽21內之溫度以及光之強度等作測定。感測部43，由於係身為對於光起電力層15之起電力作利用者，因此係能夠以無電源的狀態來動作。
另外，當作為人工光合系統來使用的情況時，可以推測到會有光強度為弱而感測部43無法僅藉由光起電力層15之起電力來起作用的情況。於此情況，係亦能夠暫時性地藉由外部電源32來使感測部42起作用，並對於各種要件進行測定。另一方面，當作為電解系統來使用的情況時，亦為相同。亦即是，在作為電解系統來使用的情況時，係亦能夠暫時性地藉由光起電力層15之起電力來使感測部43起作用，並對於各種要件進行測定。
在第2變形例中，係藉由感測部42、43，來對於電解液23之pH、電解液23之濃度、電解液23之組成、電解槽21內之壓力、電解槽21內之溫度以及光之強度等作測定。藉由此，係能夠對於用以促進電解反應之電解液23以及電解槽21的狀況作適當之調整。
3.第3實施形態
以下，使用圖16乃至圖21，針對第3實施形態之化 學反應裝置作說明。
第3實施形態，係為上述第2實施形態之變形例。在第3實施形態之化學反應裝置中，係於層積體10(第2觸媒18)之背面上，隔著離子交換膜19b而被形成有第3觸媒52以及第3電極51。又，在第2電極11之內部係被形成有第2電解槽流路26a，在第3電極51之內部係被形成有第3電解槽流路27a。藉由此，係能夠在第2電解槽流路26a而進行還原反應，並在第3電解槽流路27a而進行氧化反應。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，係適宜省略其說明，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16，係為對於第3實施形態之化學反應裝置的構成例作展示之概略構成圖。另外，在圖16中，層積體10和第3電極51和第3觸媒52和離子交換膜19b以及容器90，係對於其剖面構成作展示。
如同圖16中所示一般，在第3實施形態之化學反應裝置中，與第1實施形態相異之處係在於：在層積體10之背面上(第2觸媒18之背面上)係被形成有離子交換膜19b、第3觸媒52以及第3電極51，在第2電極11內係被形成有第2電解槽流路26a，在第3電極51內係被形成有第3電解槽流路27a。
第2電極11，係將容器90物理性分離成第1電解槽25和槽28。
第1電解槽25，係為容器90之第2電極11的表面側，並以將第1電極16之表面(第1觸媒17)作浸漬的方式，而於其內部收容第1電解液23a。第1電解液23a，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電解槽25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電解槽25之上方而被照射。
又，在第1電解槽25處，係連接有配管22a。配管22a，係將第1電解液23a注入至第1電解槽25內，或者是將第1電解液23a從第1電解槽25內排出。
槽28，係為第2電極11之背面側，並收容第2觸媒18、離子交換膜19b、第3觸媒52以及第3電極51。槽28，於其內部係並不收容電解液，而例如以空氣來作填充。
第2電極11，係將容器90物理性分離成第1電解槽25和槽28。第2電極11之背面，係被配置在槽28側，並被收容於槽28中。此時，第2電極11之表面係被配置在第1電解槽25側，但是，藉由在第2電極11之表面形成未圖示之絕緣層，係能夠使第2電極11和第1電解液22a作電性絕緣並對於此些之反應作抑制。
又，第2電極11，係於其之露出部分處具備有離子 移動路徑。離子移動路徑，例如係身為從其之表面起一直貫通至背面之複數的細孔。細孔，係選擇性地僅使藉由在第1電解槽25中之第1電極16之氧化反應所產生了的離子(例如H+)通過至第2電解槽流路26a。通過了細孔之離子，係在第2電解槽流路26a之第2電極11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19。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，第2電極11，係亦可代替細孔，而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19之複數的細縫。細縫，係選擇性地僅使藉由在第1電解槽25中之第1電極16之氧化反應所產生了的離子(例如H+)通過至第2電解槽流路26a。又，代替細孔，係亦 可在容器90之外部連接配管，並在配管之一部分中填充離子交換膜。又，藉由在配管中設置閥等，當作為太陽電池來利用時，係亦可藉由閥來進行使離子移動停止之動作。
在第2電極11之背面上，係被形成有第2觸媒18。 第2觸媒18，係以與離子移動路徑相接的方式而被形成。第2觸媒18，係為多孔質，並使電解液之原料、水(H2O)、CO2以及離子(例如H+)通過。又，係亦可於第2電極11和第2電解槽流路26a之間，形成未圖示之氣體擴散層。氣體擴散層，係為多孔質，並具有撥水性。 藉由此，係能夠提高物質擴散速度，並將水(H2O)以及CO2作為蒸氣(氣體)來供給至第2觸媒18處。藉由此，係能夠使在第2觸媒18處之反應效率上升。
離子交換膜19b，係被形成在第2觸媒18之背面上。離子交換膜19b，係選擇性地僅使在第3電解槽流路27a中之藉由第3電極51之氧化反應所產生了的離子(例如H+)經由第2觸媒18來通過至第2電解槽流路26a。通過了離子交換膜19a之離子，係在第2電解槽26之第2電極11處，藉由還原反應而被轉換為O2、H2或者是有機化合物等。作為離子交換膜19b，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。
第3觸媒52，係被形成在離子交換膜19b之背面上。第3觸媒52，係為多孔質，並使電解液之原料、水 (H2O)、CO2以及離子(例如H+)通過。又，係亦可於第3電極51和第3電解槽流路27a之間，形成未圖示之氣體擴散層。氣體擴散層，係為多孔質，並具有撥水性。藉由此，係能夠提高物質擴散速度，並將水(H2O)以及CO2作為蒸氣(氣體)來供給至第3觸媒52處。藉由此，係能夠使在第3觸媒52處之反應效率上升。
第3觸媒52，係為了提高在第3電極51的表面附近之化學反應性(氧化反應性)而被設置。當作為第3電解液23c而使用水溶液，亦即是使用含有H2O之溶液的情況時，第3電極51係將H2O氧化並產生O2和H+。因此，第3觸媒52，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Mn-O、Ir-O、Ni-O、Co-O、Fe-O、Sn-O、In-O或者是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3觸媒之形狀，係並不被限定於薄膜狀，而亦可為格子狀、粒子狀或細線狀。又，亦可在未圖示之氣體擴散層處設置第3觸媒，並藉由使氣體擴散層具備有導電性，來在氣體擴散層處引發化學反應。
第3電極51，係被形成在第3觸媒52之背面上。第3電極51，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3電極51，係亦可藉由導電性之樹脂等來構成。又，第3電極51，係亦可藉由Si或Ge等之半導體基板來構成。又，第3電極51，係亦可藉由碳或多孔體碳來構成。
第2電解槽流路26a，係被形成於第2電極11內。 更具體而言，第2電解槽流路26a，係作為被形成於第2電極11之背面處的溝部，而形成之。換言之，第2電解槽流路26a，係被形成於第2電極11和第2觸媒18之間的介面處之空洞部分。因此，第2電解槽流路26a，係相接於第2電極11以及第2觸媒18地而被形成。亦即是，藉由在第2電解槽流路26a內填充第2電解液23b，第2電解液23b係與第2電極11以及第2觸媒18相接。
第3電解槽流路27a，係被形成於第3電極51內。 更具體而言，第3電解槽流路27a，係作為被形成於第3電極51之表面處的溝部，而形成之。換言之，第3電解槽流路27a，係被形成於第3電極51和第3觸媒52之間的介面處之空洞部分。因此，第3電解槽流路27a，係相接於第3電極51以及第3觸媒52地而被形成。亦即是，藉由在第3電解槽流路27a內填充第3電解液23c，第3電解液23c係與第3電極51以及第3觸媒52相接。
電解液控制部61，係對於第1電解槽25內之第1電解液23a、第2電解槽流路26a內之第2電解液23b以及第3電解槽流路27a內之第3電解液23c作控制。更具體 而言，電解液控制部61，係測定第1電解槽25內之第1電解液23a、第2電解槽流路26a內之第2電解液23b以及第3電解槽流路27a內之第3電解液23c之量，並對於由配管22a所進行之第1電解液23a、由被與第2電解槽流路26a作連接之未圖示之配管所致之第2電解液23b以及由被與第3電解槽流路27a作連接之未圖示之配管所致之第3電解液23c的注入以及排出作控制。
3-2.第3實施形態之動作
圖17，係為對於第3實施形態之化學反應裝置的人工光合系統動作作展示之圖。人工光合系統，主要係當身為存在有剩餘電力的情況並且亦存在有太陽光能量的情況時，會被使用。
如圖17中所示一般，當作為人工光合系統來使用的情況時，切換元件控制部41，係將第1切換元件31以及第2切換元件33設為OFF。藉由此，第2電極11和第3電極51係隔著外部電源32而被作電性遮斷。又，第1電極16和第2電極11係隔著電力需要部34而被作電性遮斷。
又，電解液控制部61，係以使第1電極16會被浸漬在第1電解液23a中的方式，來對於第1電解槽25內之第1電解液23a之量作控制。藉由此，係經由配管22a而將第1電解液23a注入至第1電解槽25內，第1電解槽25內係被第1電解液23a所填充。另外，係亦可並不將 第1電解槽25內以第1電解液23a來作填充，只要是至少會使第1電極16之一部分被浸漬在第1電解液23a中即可。
另一方面，電解液控制部61，係以使第2電極11會被浸漬在第2電解液23b中的方式，來對於第2電解槽流路26a內之第2電解液23b之量作控制。藉由此，係經由未圖示之配管而將第2電解液23b注入至第2電解槽流路26a內，第2電解槽流路26a內係被第2電解液23b所填充。另外，係亦可並不將第2電解槽流路26a內以第2電解液23b來作填充，只要是至少會使第2電極11之一部分被浸漬在第2電解液23b中即可。
另外，在第3電解槽流路27a內，係可藉由第3電解液23c來作填充，亦可並不作填充。
若是於此狀態下而從上方被照射光，則在與第1電解液23a相接之第1電極16的表面附近，係產生(1)式之反應，在與第2電解液23b相接之第2電極11的背面附近，係產生(2)式之反應。
如同(1)式中所示一般，在第1電極16之表面附近，H2O係被氧化(失去電子)並產生O2和H+。之後，在第1電極16側所產生的H+，係移動至第2電極11側。更具體而言，在第1電極16側所產生的H+，係通過離子交換膜19以及多孔質之第2觸媒18，而移動至第2電解槽流路26a內。
如同(2)式中所示一般，在第2電極11之背面附近 (第2電解槽流路26a)，CO2和移動而來之H+係產生反 應，並產生CO和H2O。亦即是，CO2係被還原(得到電子)。
如此這般，在人工光合系統中，係藉由太陽光能量而在光起電力層15處產生起電力，並藉由此起電力來在第1電極16之表面以及第2電極11之背面引起氧化還原反應(電解反應)，而產生化學能量。亦即是，係能夠將太陽光能量轉換為化學能量。
圖18，係為對於第3實施形態之化學反應裝置的電解系統動作作展示之圖。電解系統，主要係當身為存在有剩餘電力的情況但是並不存在有太陽光能量的情況時，會被使用。例如，電解系統，係能夠在夜晚中使用。
如圖18中所示一般，當作為電解系統來使用的情況時，切換元件控制部41，係將第1切換元件31設為ON。藉由此，第2電極11和第3電極51係經由外部電源32而被作電性連接。另一方面，切換元件控制部41，係將第2切換元件33設為OFF。藉由此，第1電極16和第2電極11係隔著電力需要部34而被作電性遮斷。
又，電解液控制部61，係以使第2電極11會被浸漬在第2電解液23b中的方式，來對於第2電解槽流路26a內之第2電解液23b之量作控制。藉由此，係經由未圖示之配管而將第2電解液23b注入至第2電解槽流路26a內，第2電解槽流路26a內係被第2電解液23b所填充。另外，係亦可並不將第2電解槽流路26a內以第2電解液 23b來作填充，只要是至少會使第2電極11之一部分被浸漬在第2電解液23b中即可。
另一方面，電解液控制部61，係以使第3電極51會被浸漬在第3電解液23c中的方式，來對於第3電解槽流路27a內之第3電解液23c之量作控制。藉由此，係經由未圖示之配管而將第3電解液23c注入至第3電解槽流路27a內，第3電解槽流路27a內係被第3電解液23c所填充。另外，係亦可並不將第3電解槽流路27a內以第3電解液23c來作填充，只要是至少會使第2電極11之一部分被浸漬在第2電解液23b中即可。
另外，在第1電解槽25內，係可藉由第1電解液23a來作填充，亦可並不作填充。
若是於此狀態下而在外部電源32處產生起電力，則在與第3電解液23c相接之第3電極51的表面附近，係產生(1)式之反應，在與第2電解液23b相接之第2電極11的背面附近，係產生(2)式之反應。
如同(1)式中所示一般，在第3電極51之表面附近(第3電解槽流路27a)，H2O係被氧化(失去電子)並產生O2和H+。之後，在第3電極51側所產生的H+，係移動至第2電極11側。更具體而言，在第3電極51側所產生的H+，係通過多孔質之第3觸媒52、離子交換膜19以及多孔質之第2觸媒18，而移動至第2電解槽流路26a內。
此時，第3電極51和第2電極11，由於係相互對向 地而被形成，因此其距離係為較小。因此，H+之從第3電極51而朝向第2電極11所移動的距離係為小。故而，係能夠有效率地使H+從第3電極51而朝向第2電極11擴散。
如同(2)式中所示一般，在第2電極11之背面附近(第2電解槽流路26a)，CO2和移動而來之H+係產生反應，並產生CO和H2O。亦即是，CO2係被還原(得到電子)。
如此這般，在電解系統中，係藉由剩餘電力之電性能量而在外部電源32處產生起電力，並藉由此起電力來引起氧化還原反應(電解反應)，而產生化學能量。亦即是，係能夠將電性能量轉換為化學能量。
另外，係亦能夠使人工光合系統和電解系統同時產生反應。亦即是，係在第1電解槽25內填充第1電解液23a、在第2電解槽流路26a內填充第2電解液23b、在第3電解槽流露27a內填充第3電解液23c。之後，使光作照射，並將切換元件31設為ON。藉由此，在將第1電極16和第3電極51對於第2電極11而並聯地作了連接的狀態下，係能夠在第1電解槽25、第2電解槽流路26a以及第3電解槽流路27a之各者處，分別使反應產生。
圖19，係為對於第3實施形態之化學反應裝置的太陽電池動作作展示之圖。圖20，係為對於第2實施形態之化學反應裝置的太陽電池動作之變形例作展示之圖。太陽電池，主要係當並不存在有剩餘電力的情況時會被使 用。
如圖19中所示一般，當作為太陽電池來使用的情況時，切換元件控制部41，係將第1切換元件31設為OFF。藉由此，第2電極11和第3電極51係隔著外部電源32而被作電性遮斷。另一方面，切換元件控制部41，係將第2切換元件33設為ON。藉由此，第1電極16和第2電極11係經由電力需要部34而被作電性連接。
此時，在第1電極16和第2電極11之間，係以不會經由第1電解液23a或第2電解液23b而發生離子之移動為理想。亦即是，係以不會經由第1電解液23a或第2電解液23b而流動電流為理想。此係因為，係與由光起電力層15所致之發電同時地而對於電力需要部34放電之故。 因此，電解液控制部61，係以使第1電極16不會被浸漬在第1電解液23a中的方式，來對於第1電解槽25內之第1電解液23a之量作控制。因此，係以使第2電極11並不會被浸漬在第2電解液23b中的方式，來對於第2電解槽26a內之第2電解液23b之量作控制。藉由此，係經由配管22a而將第1電解液23a從第1電解槽25內排出，第1電解槽25內係被空氣所填充，或者是，係經由未圖示之配管而將第2電解液23b從第2電解槽26a內排出，第2電解槽26a內係被空氣所填充。
另外，係亦可並不將第1電解槽25內以空氣來作填充，只要是至少會使第1電極16不會被浸漬在第1電解液23a中即可。此時，如同圖20中所示一般，係亦可藉 由以上述之人工光合系統或電解系統所產生的氣體(例如O2等)，來將第1電解槽25內之一部分作填充。於此情況，係並不需要經由配管22a而將第1電解液23a從第1電解槽25內排出。亦即是，係並不需要使用在配管22a處所具備之幫浦等，而能夠減少能量損失。又，於此情況，係以將第1電極16配置在與重力為相反側處為理想。又，如同上述一般，係亦可藉由導電性為低之物質來將電解層25內填滿。又，係亦可將電解層25內藉由光起電力層15、第1電極16或者是觸媒層17等來隔離，並將電解層25之外部藉由未圖示之配管等來連接。又，亦可將配管藉由閥等來遮斷。
又，當藉由導電性材料來構成第2電極11的情況時，係亦可於第2電極11和第2觸媒18之間(接觸點)，設置未圖示之絕緣層。之後，係將第2電解槽流路26a內之第2電解液23b排出，並將第2電解槽流路26a內以絕緣性之液體或氣體來填滿。藉由此，係成為並不需要將第1電解槽25內之第1電解液23a排出。故而，係並不會發生伴隨著第1電解液23a之進出所導致的繁雜問題，而能夠使能量效率提昇。
若是在此狀態下而從上方照射光，則照射光係通過第1電極16並到達光起電力層15。光起電力層15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12、第2光起電力層13以及第3光起電力層14)中，電子係移動至 n型之半導體層側(第2電極11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16側)處，而產生電荷分離。藉由此，光起電力層15係產生起電力。藉由以此光起電力層15所產生的起電力，係能夠對於電力需要部34供給電力。
如此這般，在太陽電池中，係藉由太陽光能量而在光起電力層15處產生起電力，並藉由此起電力來產生電性能量。亦即是，係能夠將太陽光能量轉換為電性能量。
3-3.第3實施形態之效果
若依據上述第3實施形態，則係能夠得到與第2實施形態相同的效果。
進而，若依據第3實施形態，則於層積體10(第2觸媒18)之背面上，係隔著離子交換膜19b而被形成有第3觸媒52以及第3電極51。又，在第2電極11之內部係被形成有第2電解槽流路26a，在第3電極51之內部係被形成有第3電解槽流路27a。在第3實施形態中之第2電解槽流路26a以及第3電解槽流路27a，係相較於在第2實施形態中之第2電解槽26以及第3電解槽27而容量被形成為更小。藉由此，相較於第2實施形態，係能夠將在第2電解槽流路26a內以及第3電解槽流路27a所產生的生成物更加容易地回收。
3-4.第3實施形態之變形例
圖21，係為對於第3實施形態之化學反應裝置的第1變形例之構成作展示之概略構成圖。
如圖21中所示一般，在第3實施形態之化學反應裝置的第1變形例中，係在第1電極16和第2電極11之間，電性連接有感測部42，並在第2電極11和第3電極51之間，電性連接有感測部43。
感測部42，係於第2電極11和第3電極51之間，經由第1切換元件31以及外部電源32而被作電性連接。 換言之，在感測部42和第2電極11或第3電極51之間，係被形成有第1切換元件31。之後，藉由將第1切換元件31設為ON，第2電極11和第3電極51係經由外部電源32以及感測部42而被作電性連接。另一方面，藉由將第1切換元件31設為OFF，第2電極11和第3電極51係隔著外部電源32以及感測部42而被作電性遮斷。 亦即是，當化學反應裝置主要是作為電解系統來使用的情況時，感測部42係起作用。
感測部43，係於第1電極16和第2電極11之間，經由第3切換元件35而被作電性連接。換言之，在感測部43和第1電極16或第2電極11之間，係被形成有第3切換元件35。之後，藉由將第3切換元件35設為ON，第1電極16和第2電極11係經由感測部43而被作電性連接。另一方面，藉由將第3切換元件35設為OFF，第1電極16和第2電極11係隔著感測部43而被作電性遮斷。亦即是，當化學反應裝置主要是作為人工光合系統來 使用的情況時，感測部43係起作用。
感測部42，例如在電解系統的情況時，係利用外部電源32之起電力，並對於藉由第2電解液23b和第2電極11間之反應以及第3電解液23c和第3電極51間之反應所得到的電性訊號作掌握。藉由此，感測部42，在電解系統的情況中，係對於第2電解液23b以及第3電解液23c之pH、第2電解液23b以及第3電解液23c之濃度、第2電解液23b以及第3電解液23c之組成、第2電解槽流路26a內以及第3電解槽流路27a內之壓力、第2電解槽流路26a內以及第3電解槽流路27a內之溫度、以及光之強度等作測定。
感測部43，例如在人工光合系統的情況時，係利用光起電力層15之起電力，並對於藉由第1電解液23a和第1電極16間之反應以及第2電解液23b和第2電極11間之反應所得到的電性訊號作掌握。藉由此，感測部43，在人工光合系統的情況中，係對於第1電解液23a以及第2電解液23b之pH、第1電解液23a以及第2電解液23b之濃度、第1電解液23a以及第2電解液23b之組成、第1電解槽25內以及第2電解槽流路26a內之壓力、第1電解槽25內以及第2電解槽流路26a內之溫度、以及光之強度等作測定。感測部43，由於係身為對於光起電力層15之起電力作利用者，因此係能夠以無電源的狀態來動作。
另外，當作為人工光合系統來使用的情況時，可以推 測到會有光強度為弱而感測部43無法僅藉由光起電力層15之起電力來起作用的情況。於此情況，係亦能夠暫時性地藉由外部電源32來使感測部42起作用，並對於各種要件進行測定。另一方面，當作為電解系統來使用的情況時，亦為相同。亦即是，在作為電解系統來使用的情況時，係亦能夠暫時性地藉由光起電力層15之起電力來使感測部43起作用，並對於各種要件進行測定。
在第1變形例中，係藉由感測部42、43，來對於第1電解液23a、第2電解液23b以及第3電解液23c之pH、第1電解液23a、第2電解液23b以及第3電解液23c之濃度、第1電解液23a、第2電解液23b以及第3電解液23c之組成、第1電解槽25內、第2電解槽流路26a內以及第3電解槽流路27a內之壓力、第1電解槽25內、第2電解槽流路26a內以及第3電解槽流路27a內之溫度、以及光之強度等作測定。藉由此，係能夠對於用以促進電解反應之電解液以及電解槽的狀況作適當之調整。
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。
10‧‧‧層積體
11‧‧‧第2電極
12‧‧‧第1光起電力層
13‧‧‧第2光起電力層
14‧‧‧第3光起電力層
15‧‧‧光起電力層
16‧‧‧第1電極
17‧‧‧第1觸媒層
18‧‧‧第2觸媒層
21‧‧‧電解槽
22‧‧‧配管
31‧‧‧第1切換元件
32‧‧‧外部電源
33‧‧‧第2切換元件
34‧‧‧電力需要部
41‧‧‧切換元件控制部
61‧‧‧電解液控制部

Claims (13)

  1. 一種化學反應裝置，其特徵為，具備有：電解槽，係收容電解液；和層積體，係被收容於前述電解槽內，並具備有被配置在光照射側之第1電極、和被配置在與光照射側相反側處之第2電極、以及被形成於前述第1電極和前述第2電極之間，並藉由光能量而進行電荷分離之光起電力層；和外部電極，係在前述第1電極和前述第2電極之間，經由第1切換元件而被作電性連接；和電力需要部，係在前述第1電極和前述第2電極之間，經由第2切換元件而被電性連接；和切換元件控制部，係對應剩餘電力之有無及前述光能量之有無，控制前述第1切換元件以及前述第2切換元件之ON/OFF。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之化學反應裝置，其中，當並不存在有超過前述電力需要部的需要之剩餘電力的情況時，前述切換元件控制部，係將前述第1切換元件設為OFF，並將前述第2切換元件設為ON，藉由此，來藉由以前述光起電力層所得到的起電力而對於前述電力需要部供給電力。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之化學反應裝置，其中，當身為存在有超過前述電力需要部的需要之剩餘電力的情況，並且並不存在有前述光能量的情況時，前述切換元件控制部，係將前述第2切換元件設為OFF，並將前述 第1切換元件設為ON，藉由此，來在前述第1電極以及前述第2電極附近，藉由由前述外部電源所得到的起電力來進行電解，以產生化學能量。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之化學反應裝置，其中，前述第1電極以及前述第2電極，係被浸漬於前述電解液中。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之化學反應裝置，其中，當身為存在有超過前述電力需要部的需要之剩餘電力的情況，並且存在有前述光能量的情況時，前述切換元件控制部，係將前述第1切換元件以及前述第2切換元件設為OFF，藉由此，來在前述第1電極以及前述第2電極附近，藉由由前述光起電力層所得到的起電力來進行電解，以產生化學能量。
  6. 如申請專利範圍第5項所記載之化學反應裝置，其中，前述第1電極以及前述第2電極，係被浸漬於前述電解液中。
  7. 一種化學反應裝置，其特徵為，具備有：電解槽，係收容電解液；和層積體，係被收容於前述電解槽內，並具備有被配置在光照射側之第1電極、和被配置在與光照射側相反側處之第2電極、以及被形成於前述第1電極和前述第2電極之間，並藉由光能量而進行電荷分離之光起電力層；和第3電極，係被收容於前述電解槽內，並相對於前述第2電極而在與光照射側相反側處被作對向配置；和 外部電極，係在前述第2電極和前述第3電極之間，經由第1切換元件而被作電性連接；和電力需要部，係在前述第1電極和前述第2電極之間，經由第2切換元件而被作電性連接；和切換元件控制部，係對應剩餘電力之有無及前述光能量之有無，控制前述第1切換元件以及前述第2切換元件之ON/OFF。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之化學反應裝置，其中，當並不存在有超過前述電力需要部的需要之剩餘電力的情況時，前述切換元件控制部，係將前述第1切換元件設為OFF，並將前述第2切換元件設為ON，藉由此，來藉由以前述光起電力層所得到的起電力而對於前述電力需要部供給電力。
  9. 如申請專利範圍第8項所記載之化學反應裝置，其中，前述第1電極以及/或者是前述第2電極，係並不被浸漬於前述電解液中。
  10. 如申請專利範圍第7項所記載之化學反應裝置，其中，當身為存在有超過前述電力需要部的需要之剩餘電力的情況，並且並不存在有前述光能量的情況時，前述切換元件控制部，係將前述第2切換元件設為OFF，並將前述第1切換元件設為ON，藉由此，來在前述第2電極以及前述第3電極附近，藉由由前述外部電源所得到的起電力來進行電解，以產生化學能量。
  11. 如申請專利範圍第7項所記載之化學反應裝置， 其中，當身為存在有超過前述電力需要部的需要之剩餘電力的情況，並且存在有前述光能量的情況時，前述切換元件控制部，係將前述第1切換元件以及前述第2切換元件設為OFF，藉由此，來在前述第1電極以及前述第2電極附近，藉由由前述光起電力層所得到的起電力來進行電解，以產生化學能量。
  12. 如申請專利範圍第11項所記載之化學反應裝置，其中，前述第1電極以及前述第2電極，係被浸漬於前述電解液中。
  13. 如申請專利範圍第7項所記載之化學反應裝置，其中，係更進而具備有：對於前述電解槽內之前述電解液的量作控制之電解液控制部。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6230451B2 (ja) 2014-03-11 2017-11-15 株式会社東芝 光化学反応装置および化学反応装置
JP6768269B2 (ja) * 2015-07-31 2020-10-14 株式会社東芝 光電気化学反応装置
JP6768273B2 (ja) * 2015-09-04 2020-10-14 株式会社東芝 光電気化学反応装置
JP6538595B2 (ja) * 2015-09-15 2019-07-03 株式会社東芝 還元物生産システム
KR101782637B1 (ko) * 2016-03-11 2017-09-28 마이클 호 송 전류가 가시화되어 양적 측정이 가능한 쌍극전극 어셈블리
DK3500694T3 (da) * 2016-08-19 2022-03-21 Ecole Polytechnique Fed Lausanne Epfl Integreret foto-elektrokemisk indretning til koncentreret stråling
JP6591376B2 (ja) 2016-09-21 2019-10-16 株式会社東芝 電気化学反応装置
JP6649307B2 (ja) * 2017-03-21 2020-02-19 株式会社東芝 電気化学反応装置
JP6696696B2 (ja) * 2017-03-21 2020-05-20 株式会社東芝 電気化学反応装置
TWI629246B (zh) * 2017-04-26 2018-07-11 昆山納諾新材料科技有限公司 納米離子水及其製造方法
BR112022002285A2 (pt) * 2019-08-08 2022-04-26 Nanoptek Corp Célula e painel de eletrolisador assistido por radiação
JP6818920B2 (ja) * 2020-02-12 2021-01-27 株式会社東芝 電気化学反応装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3108079B2 (ja) 1990-07-05 2000-11-13 電源開発株式会社 燃料電池、炭酸ガス固定複合発電方法
JPH10290017A (ja) 1997-04-14 1998-10-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 光触媒
JP2005133174A (ja) * 2003-10-31 2005-05-26 Toyota Motor Corp 水分解型水素生成セル
JP2006265697A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Sharp Corp 水分解用半導体光電極
JP5194490B2 (ja) 2007-03-07 2013-05-08 株式会社リコー 電力供給システム
JP2009007647A (ja) 2007-06-29 2009-01-15 Hitachi Ltd 有機ハイドライド製造装置、及び、それを用いた分散電源と自動車
WO2010042197A1 (en) 2008-10-08 2010-04-15 Massachusetts Institute Of Technology Catalytic materials, photoanodes, and photoelectrochemical cells for water electrolysis and other electrochemical techniques
JP2010163678A (ja) 2009-01-13 2010-07-29 Takashi Yamaguchi 二酸化炭素と水よりなるメタノール製造装置
JP5724170B2 (ja) 2009-10-30 2015-05-27 株式会社豊田中央研究所 光化学反応デバイス
JP5802374B2 (ja) 2010-05-19 2015-10-28 シャープ株式会社 太陽電池一体型気体製造装置
US20120216759A1 (en) 2011-02-25 2012-08-30 Wallace Taylor Irvin Hydroxy booster system
US20130008775A1 (en) 2011-07-05 2013-01-10 Osman Ahmed Photocatalytic Panel and System for Recovering Output Products Thereof
WO2013073271A1 (ja) * 2011-11-14 2013-05-23 シャープ株式会社 発電装置
JP6067344B2 (ja) 2012-11-20 2017-01-25 株式会社東芝 光化学反応システム
JP6034151B2 (ja) 2012-11-20 2016-11-30 株式会社東芝 光化学反応装置
JP2014175245A (ja) 2013-03-12 2014-09-22 Toshiba Corp 半導体電極、それを用いた光電変換素子および光化学反応素子

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