JP5427653B2 - 気体製造装置および気体製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電解液から発生させた気体の反応面における滞留を抑制することができ、気体生成効率の高い気体製造装置を提供する。
本発明によれば、第1気体流路を設けることにより気体の滞留を抑制することができるため、電解液を対流させるための付加装置や装置全体を振動させるための付加装置を取り付ける必要がなく、気体製造装置を小型化することができる。
光電変換部とは、光を受光し起電力が生じる部分である。
受光面とは、光が入射する光電変換部の面である。
裏面とは、受光面の裏の面である。
このような構成によれば、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。また、受光面に入射する光が、第1気体発生部、第2気体発生部、第1気体および第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。
本発明の気体製造装置において、絶縁部をさらに備え、第2気体発生部は、絶縁部を介して前記光電変換部の裏面上に設けられることが好ましい。
このような構成によれば、このような構成によれば、第2気体発生部と光電変換部の裏面との間にリーク電流が流れることを防止することができる。
このような構成によれば、光電変換部の受光面と第2気体発生部を電気的に接続させることができ、より効率的に第2気体を発生させることができる。
本発明の気体製造装置において、光電変換部は、裏面から受光面へ貫通する第1コンタクトホールを有し、第2導電部は、前記光電変換部を貫通する第1コンタクトホールに設けられることが好ましい。
このような構成によれば、第1電極と第2気体発生部を電気的に接続させることができ、第2導電部を設けたことによる光電変換部の受光面の面積の減少を少なくすることができる。
このような構成によれば、基板上に形成する必要がある光電変換部を本発明の気体製造装置に適用することができる。また、本発明の気体製造装置を取り扱いやすくすることができる。
本発明の気体製造装置において、気体支流路をさらに備えることが好ましく、気体支流路は、第1気体発生部および第2気体発生部のうちどちら一方により形成され、かつ、気体流路に繋がり、気体支流路は、第1気体または第2気体を気体流路へ導通させることが好ましい。
このような構成によれば、第1気体発生部で発生させた第1気体または第2気体発生部で発生させた第2気体を気体支流路を導通させ、気体流路に流入させることができる。その結果、第1気体の第1気体発生部の表面での滞留または第2気体の第2気体発生部の表面での滞留を抑制することができ、電解液を効率よく分解し第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気体発生部または第2気体発生部が金属板などの気体を透過させない材料により構成された場合でも第1気体または第2気体を気体流路に流入させることができ、第1気体または第2気体の滞留を抑制することができる。
このような構成によれば、隣接する2つの第1気体発生部を形成することまたは隣接する2つの第2気体発生部を形成することでその間に気体支流路を容易に形成することができる。または、1つの第1気体発生部または1つの第2気体発生部を形成し、分割溝を形成することにより、容易に気体支流路を形成することができる。
本発明の気体製造装置において、気体支流路は、両端に第1開口と第2開口とを有し、第1開口は、第1気体発生部および第2気体発生部のうちどちらか一方の気体流路側の面に設けられ、第2開口は、第1開口が設けられた面と反対側の面に設けられ、第2開口は、高さの異なる第1縁部および第2縁部を有し、第1縁部は、第2縁部より高い第2開口の縁であり、かつ、第1気体または第2気体を気体支流路に流入させることが好ましい。
このような構成によれば、気体支流路が第1開口と第2開口を有するため、第1気体発生部または第2気体発生部の気体流路側の面と反対側の面付近で発生させた第1気体または第2気体も気体支流路を導通させ、気体流路に流入させることができる。また、第2開口は、高さの異なる第1縁部および第2縁部を有し、第1縁部は第2縁部より高い第2開口の縁であるため、第1気体発生部または第2気体発生部の気体流路側の面と反対側の面付近で発生させた第1気体または第2気体が気体支流路により流入しやすくなる。このことにより第1気体または第2気体の滞留を抑制することができ、電解液の分解効率を高くすることができる。
このような構成によれば、電解液に含まれる水を分解し、燃料となるH2を製造することができる。
本発明の気体製造装置において、前記気体流路は、前記光電変換部の裏面に沿うように設けられることが好ましい。
このような構成によれば、気体流路に第1気体または第2気体を流入しやすくすることができ、第1気体または第2気体を気体排出口から回収しやすくすることができる。
このような構成によれば、第1気体発生部または第2気体発生部を電解液に浸漬することができ、第1気体発生部または第2気体発生部において、電解液から第1気体または第2気体を発生させることができる。
このような構成によれば、第1気体または第2気体を気体流路に流入させることができ、第1気体の第1気体発生部の表面での滞留または第2気体の第2気体発生部の表面での滞留を抑制することができる。
このような構成によれば、気体流路を容易に設けることができる。
本発明の気体製造装置において、前記気体導通部は、多孔性材料から形成されることが好ましい。
このような構成によれば、多孔性材料が有する孔を気体流路とすることができる。
本発明の気体製造装置において、前記気体導通部は、疎水性の表面を有することが好ましい。
このような構成によれば、第1気体または第2気体の滞留を抑制することができ、電解液の分解効率を高くすることができる。
このような構成によれば、疎水性多孔質膜が有する電解液が流入しない孔を気体流路とすることができる。この電解液が満たされていない孔を気体流路とすることにより、第1気体または第2気体を気泡ではない状態で気体流路を迅速に導通させることができる。その結果、第1気体または第2気体の滞留を抑制することができ、電解液の分解効率を高くすることができる。また、このことにより、光電変換部への光の照射から第1気体および第2気体を回収するための時間を短縮することができ応答性をよくすることができ、第1気体および第2気体の回収効率を向上させることができる。
本発明の気体製造装置において、第1気体発生部および第2気体発生部は、前記裏面上に設けられ、前記気体導通部は、前記裏面と第1気体発生部および第2気体発生部との間に設けられ、かつ、前記電解液に対する耐食性および遮液性を有することが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部と電解液とを気体導通部により分離することができ、光電変換部が電解液と接触することを防止することができる。このことにより、例えば、光電変換部が電解液により腐食されることを防止することができ、また、光電変換部への電解液の流入などによる光電変換効率の低下を防止することができる。
このような構成によれば、光電変換部と電解液とを気体導通部により分離することができる。
本発明の気体製造装置において、前記気体導通部は、導電性を有することが好ましい。
このような構成によれば、第1気体発生部と光電変換部の裏面とをほぼ同じ電位とすることができ、または、第2気体発生部と光電変換部の受光面とをほぼ同じ電位にすることができる。このことにより、電解液の分解効率を高くすることができる。
このような構成によれば、気体導通部に絶縁体や半導体をもちいた場合でも、光電変換部の裏面と第1気体発生部とをほぼ同じ電位にすることができ、電解液の分解効率を高くすることができる。
本発明の気体製造装置において、前記光電変換部は、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pin構造を有することができ、効率よく光電変換をすることができる。また、光電変換部で生じる起電力をより大きくすることができ、電解液をより効率的に電気分解することができる。
このような構成によれば、第1気体発生部および第2気体発生部のうちの一方である水素発生部における電解液からH2が発生する反応の反応速度を増大させることができ、第1気体発生部および第2気体発生部のうちの他方である酸素発生部における電解液からO2が発生する反応の反応速度を増大させることができる。このことにより、光電変換部で生じた起電力により、より効率的にH2を製造することができ、光の利用効率を向上させることができる。
本発明の気体製造装置において、前記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、このような構成によれば、第1気体発生部および第2気体発生部のうち少なくとも一方の触媒表面積を大きくすることができ、より効率的に酸素または水素を発生させることができる。また、多孔質の導電体を用いることにより、光電変換部と触媒との間の電流が流れることによる電位の変化を抑制することができ、より効率的に水素または酸素を発生させることができる。また、触媒表面で発生させた水素または酸素を水素発生部または酸素発生部が有する孔を導通させて気体流路に流入させることができる。このことにより、水素発生部における水素の滞留または酸素発生部での酸素の滞留を抑制することができる。
このような構成によれば、水素発生部および酸素発生部と電解液との接触面積を広くすることができ、電解液をより効率的に分解することができる。また、このような構成によれば、水素発生部および酸素発生部でそれぞれ発生させた水素および酸素を気泡の状態で長時間滞留することを抑制することができ、気体流路への水素及び酸素の送達効率を向上させることができる。
本発明の気体製造装置において、第1気体発生部および第2気体発生部は、前記光電変換部の裏面上に設けられ、前記光電変換部は、透光性基板の上に設けられ、第1気体発生部および第2気体発生部の上に前記透光性基板に対向する天板をさらに備え、第1気体発生部と前記天板との間および第2気体発生部と前記天板との間にそれぞれ電解液チェンバーが設けられることが好ましい。
このような構成によれば、第1気体発生部および第2気体発生部と前記天板との間の電解液チェンバーに電解液を導入することができ、第1気体発生部および第2気体発生部において電解液からより効率的に第1気体および第2気体を発生させることができる。
このような構成によれば、第1気体発生部および第2気体発生部でそれぞれ発生した第1気体および第2気体を分離することができ、第1気体および第2気体をより効率的に回収することができる。
本発明の気体製造装置において、前記隔壁は、イオン交換体を含むことが好ましい。
このような構成によれば、第1気体発生部の上部の空間に導入された電解液と第2気体発生部の上部の空間に導入された電解液との間のプロトン濃度の不均衡を解消することができ、安定して第1気体および第2気体を発生させることができる。
本発明の気体製造方法によれば、太陽光を利用して、低コストで第1気体および第2気体を製造することができる。また、気体製造装置を前記受光面が水平面に対し傾斜するように設置することにより、高効率で太陽光を利用し電解液を分解をさせることができ、また、気体製造装置を建造物の傾斜の付いた屋根等に設置することができる。
図1は、本発明の一実施形態の気体製造装置の概略平面図である。なお、透光性基板は省略している。図2は、本発明の一実施形態の気体製造装置の概略裏面図である。なお、外箱の底板は省略している。図3〜6は、それぞれ本発明の一実施形態の気体製造装置の概略断面図であり、図1に示した気体製造装置の点線A−Aの断面図に対応している。図7は、本発明の一実施形態の気体製造装置の概略断面図であり、図1に示した気体製造装置の点線C−Cの断面図に対応している。図8は、図7の点線で囲んだ範囲Dの拡大図である。図9は、本発明の一実施形態の気体製造装置の概略断面図である。
第1導電部9は、第1電極4および第2導電部10を有してもよい。また、外箱16は天板14を有してもよい。
以下、本実施形態の気体製造装置23について説明する。
透光性基板1は、本実施形態の気体製造装置23が備えてもよい。また、例えば、図3のように光電変換部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。また、例えば、図9のように第1気体発生部8および第2気体発生部7がそれぞれ光電変換部2の裏面上および受光面上に設けられている場合、透光性基板1は、光電変換部2などとの間に電解液チェンバー15を挟んで設けられてもよい。
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)等のホウケイ酸ガラス、合成石英板等の透明なリジッド材、あるいはポリブチレンテレフタラート(PBT)製の板などの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および耐熱性を備える点より、石英ガラス、パイレックス(登録商標)等のガラス基板を用いることが好ましい。また、集光度を高めるためにフレネルレンズ等、集光用に加工されたものを用いても良い。
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。
第1導電部9は、第2気体発生部7と光電変換部2の受光面とを電気的に接続させることができる。また、第1導電部9は、1つの部材からなってもよく、第1電極4と第2導電部10からなってもよい。第1導電部9を設けることにより、光電変換部2の受光面の電位と第2気体発生部7の電位をほぼ同じにすることができ、第2気体発生部7で第2気体を発生させることができる。
第1導電部9が1つの部材からなる場合としては、例えば、光電変換部2の受光面と第2気体発生部7を電気的に接続させる金属配線などである。また、例えば、Agからなる金属配線である。また、この金属配線は、光電変換部2に入射する光を減少させいないように、フィンガー電極のような形状を有してもよい。第1導電部9は、透光性基板1の光電変換部2側に設けられてもよく、光電変換部2の受光面に設けられてもよい。
また、本実施形態の気体製造装置23が図9のような断面を有する場合、第1導電部9は省略することもできる。
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を設けることにより、光電変換部2の受光面と第2気体発生部7との間に流れる電流を大きくすることができる。
また、本実施形態の気体製造装置23が図9のような断面を有する場合、第1電極4を第2気体発生部7と光電変換部2との間に設けることもできる。
透明導電膜は、光電変換部2の受光面と第2気体発生部7とのコンタクトを取りやすくするために用いている。
一般に透明電極として使用されているものを用いることが可能である。具体的にはIn−Zn−O(IZO)、In−Sn−O(ITO)、ZnO−Al、Zn−Sn−O、SnO2等を挙げることができる。なお本透明導電膜は、太陽光の光線透過率が85%以上、中でも90%以上、特に92%以上であることが好ましい。このことにより光電変換部2が光を効率的に吸収することができるためである。
透明導電膜の作成方法としては公知の方法を用いることができ、スパッタリング、真空蒸着、ゾルゲル法、クラスタービーム蒸着法、PLD(Pulse Laser Deposition)法などが挙げられる。
光電変換部2は、受光面および裏面を有し、光電変換部2の裏面の上に第1気体発生部8と第2気体発生部7を設けることができる。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。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、入射光により電荷分離することができ、受光面と裏面との間に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。また、光電変換部2は、第1気体発生部と第2気体発生部に電解液の分解のために必要な正孔および電子を供給する。光電変換部2が受光することにより生じる受光面と裏面との間の電位差は、第1気体発生部から第1気体を発生させることができ、第2気体発生部から第2気体を発生させることができれば特に限定されないが、電解液を分解するための理論電圧よりも十分に大きくすることができる。
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。
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、多結晶のものも含む。
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。
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,SixO1-x等の化合物を用いることも可能である。
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、II−VI族の変
形であるカルコパイライト系化合物(I―III―VI2等)の化合物半導体などを用いたものが挙げられる。化合物半導体はシリコンに比べて光吸収係数が1〜2桁大きい。このため薄膜セルとして利用するのに適しており、軽量化、低コスト化につなげることが可能である。
III―V族化合物については例えば、p型ドープしたGaAsウェハ表面にn型層をエピタキシャル成長させることで太陽電池セルが作製される。また、GaAsとの格子整合がよく、GaAsを汚染しないGaInP2を用いてGaAs―GaInP2ヘテロ構造とし、さらに変換効率を高めることも可能である。
II―VI族化合物については例えば、CdTe−CdSヘテロ構造が、低価格で工業化されている。作製法としては、ガラス基板上にペースト塗布した後、焼成をするという工程を繰り返すスクリーン方式により作製される。ガラス基板上にCdS膜を形成した後、櫛形にCdTeを堆積させて作製する。CdTeはバンドギャップが1.44eVの理想的な太陽電池材料であり、CdSはバンドギャップが2.42eVで太陽光の大部分を透過する窓材である。ワイドギャップ層を窓材とするヘテロ接合は光が窓材を透過して接合界面で光の吸収が起こるため、発生したキャリアが接合界面付近で効率よく分離・吸収される。
カルコパイライト系化合物については例えば、Cu(In, Ga)Se2(CIGS)(Copper Indium Gallium DiSelenide)やCuIn(S,Se)2(CISS)がある。CIGSについてはバンドギャップが1.55eV〜1.6eVであり、作製法としては3元または4元蒸着法によりMo膜を被覆したガラス板上に製膜させる方法もしくはCu−In膜を製膜した後でSeを含む雰囲気中で熱処理を行うセレン化法が用いられている。
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。
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。
有機薄膜を用いた光電変換部は、電子供与性および電子受容性を持つ有機半導体材料で構成される電子正孔輸送層、または電子受容性を有する電子輸送層と電子供与性を有する正孔輸送層とが積層されたものであってもよい。
電子供与性の有機半導体材料としては、電子供与体としての機能を有するものであれば特に限定されないが、塗布法により製膜できることが好ましく、中でも電子供与性の導電性高分子が好適に使用される。
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。
第2電極5は、光電変換部2と第1気体発生部8との間に設けることができる。第2電極5を設けることにより、光電変換部2の裏面の電位と第1気体発生部8の電位をほぼ同じにすることができる。また、光電変換部2の裏面と第1気体発生部8との間に流れる電流を大きくすることができる。このことにより、光電変換部2で生じた起電力により第1気体をより効率的に発生させることができる。また、例えば、図9のように第1気体発生部8と光電変換部2との間に導電性の気体導通部21を設ける場合、第2電極5は省略することができ、気体導通部21を設けることにより第2電極5を設けることと同様の効果を得ることができる。
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。
絶縁部11は、光電変換部2の裏面と第2気体発生部7との間に設けることができる。また、絶縁部11は、第1気体発生部8と第2気体発生部7との間に設けることもできる。さらに、絶縁部11は、第1導電部9と光電変換部2との間、第2導電部10と光電変換部2との間、および第2導電部10と第2電極5との間に設けることができる。また、本実施形態の気体製造装置23が図9のような断面を有する場合、絶縁部11は省略することができる。
絶縁部11を設けることにより、光電変換部2で生じた起電力により、光電変換部2の受光面と第2気体発生部7との間に電流を流し、光電変換部2の裏面と第1気体発生部8との間に電流を流すことができる。また、リーク電流をより小さくすることができる。このことにより、光電変換部2の受光面の電位と第2気体発生部7の電位をほぼ同じにすることができ、また、光電変換部2の裏面の電位と第1気体発生部8の電位をほぼ同じにすることができ、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、例えば、図6のように第2気体発生部7と光電変換部2との間に絶縁性の気体導通部21を設ける場合、第2気体発生部7と光電変換部2との間の絶縁部11は省略することができる。
第2導電部10は、第1電極4と第2気体発生部7とにそれぞれ接触するように設けることができる。第2導電部10を設けることにより、容易に光電変換部2の受光面に接触した第1電極4と第2気体発生部7とを電気的に接続することができる。また、本実施形態の気体製造装置23が図9のような断面を有する場合、第2導電部10は省略することができる。
第2導電部10は光電変換部2の受光面と接触した第1電極4と光電変換部2の裏面上に設けられた第2気体発生部7とに接触するため、光電変換部2の受光面と平行な第2導電部の断面積を大きくしすぎると、光電変換部2の受光面の面積を小さくすることにつながる。また、光電変換部2の受光面に平行な第2導電部10の断面積を小さくしすぎると光電変換部2の受光面の電位と第2気体発生部7の電位との間に差が生じ、電解液を分解する電位差が得られなくなる場合もあり、第1気体または第2気体の発生効率の減少につながる場合もある。従って、光電変換部2の受光面と平行な第2導電部の断面積は、一定の範囲である必要がある。例えば、光電変換部2の受光面と平行な第2導電部の断面積(第2導電部が複数の場合、その断面積の総計)は、光電変換部2の受光面の面積を100%としたとき、0.1%以上10%以下とすることができ、好ましくは、0.5%以上8%以下、さらに好ましくは、1%以上6%以下とすることができる。
また、第2導電部10が設けられたコンタクトホールは、1つまたは複数でもよく、円形の断面を有してもよい。また、光電変換部2の受光面と平行なコンタクトホールの断面積(コンタクトホールが複数の場合、その断面積の総計)は、光電変換部2の受光面の面積を100%としたとき、0.1%以上10%以下とすることができ、好ましくは、0.5%以上8%以下、さらに好ましくは、1%以上6%以下とすることができる。
気体流路17は、第1気体発生部8および第2気体発生部7のうち少なくとも一方と光電変換部2との間に設けられる。また、気体流路17は、第1気体発生部8で発生させた第1気体または第2気体発生部7で発生させた第2気体を気体排出口へと導通させる。また、気体流路17は、気体が導通することができる空洞であり、電解液で満たされてもよく、電解液で満たされなくてもよい。
気体流路17は、発生させた第1気体または第2気体を導通させることができれば、特に限定されないが、例えば、第1気体発生部8または第2気体発生部7と光電変換部2との間に形成された空洞部や気体導通部21が有する空洞部であってもよい。なお、気体導通部21についての説明は後述する。
気体流路17を設けることにより、第1気体の第1気体発生部8における滞留または第2気体の第2気体発生部7における滞留を抑制することができる。このことを図面を使って説明する。
図14は、図5のような断面を有する気体製造装置を斜めに設置し、電解液チェンバー15に電解液25を満たし、受光面側から光を照射したときの概略断面図である。なお、図14は、図1に示した気体製造装置23の一点鎖線B−Bの概略断面図に対応している。また、図15は、図14の点線で囲んだ範囲Gの拡大図である。
図14のような気体製造装置23の場合、第1気体発生部8で発生した発生気体27は、図15のようにその浮力により上昇し、第1気体発生部8の隙間を導通し、気体流路17に流入させることができる。気体流路17に流入した発生気体27は、気体流路を導通し、第1気体排出口20から気体製造装置23の外部に取り出すことができ、回収することができる。
また、溝状の気体流路17は、図5、14のように気体導通部21の端部から第1気体排出口20に向かうように設けることができる。又、同様に気体導通部21の端部から第2気体排出口19に向かうように設けることができる。このことにより、気体回収効率をより高めることができる。溝状の気体流路17の断面形状は、層の強度の点から円形もしくは円弧形とするのが望ましいが、第1気体発生部8または第2気体発生部7から回収された気体を第1気体排出口20または第2気体排出口19まで円滑に送達することが可能であれば特に限定はしない。
図16は、図9のような断面を有する気体製造装置を斜めに設置し、電解液チェンバー15に電解液25を満たし、受光面側から光を照射したときの概略断面図である。また、図17は、図16の点線で囲んだ範囲Jの拡大図である。
図16のような気体製造装置23の場合、第1気体発生部8で発生した発生気体27は、図17のようにその浮力により上昇し、第1気体発生部8の隙間を導通し、気体流路17に流入させることができる。気体流路17に流入した発生気体27は、気体流路17を導通し、第1気体排出口20から気体製造装置23の外部に取り出すことができ、回収することができる。なお、第2気体発生部7で発生した発生気体27は、その浮力により第2気体発生部7から気泡として脱離することができ、第2気体排出口19から回収することができる。
気体導通部21は、第1気体発生部8および第2気体発生部7のうち少なくとも一方と光電変換部2との間に設けることができる。また、気体導通部21は、気体流路17を有する。
気体導通部21は、気体流路17を有すれば特に限定されないが、例えば、多孔質材料により構成することができる。この場合、多孔質材料の孔が気体流路17となる。また、気体導通部21は、格子状構造、微小な粒子を充填させた構造とすることもできる。この場合これらの構造の隙間が気体流路17となる。また、気体導通部21は、図5、図14、図15のように溝状の気体流路17を形成したものであってもよい。
第1気体発生部8は、光電変換部2の裏面の上に設けられてもよい。このことにより、第1気体発生部8は光電変換部2に入射する光を遮ることはない。また、第1気体発生部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る。このことにより、光電変換部2の裏面の電位と第1気体発生部8の電位をほぼ同じとすることができ、光電変換部2で生じた起電力により電解液を分解し、第1気体を発生させることができる。また、第1気体発生部8は、第2気体発生部7と接触しないように設けることができる。このことにより、第1気体発生部8と第2気体発生部7との間にリーク電流が流れるのを防止することとができる。さらに、第1気体発生部8は、電解液チェンバー15に露出してもよい。このことにより、第1気体発生部8の表面で電解液から第1気体を発生させることができる。また、第1気体発生部8は複数設けられてもよい。
また、第1気体発生部8は、水素発生部および酸素発生部のいずれか一方とすることができる。このことにより、第1気体発生部において電解液に含まれる水を分解し、水素または酸素を発生させることができる。
第2気体発生部7は、光電変換部2の裏面の上に設けられてもよい。このことにより、第2気体発生部7は光電変換部2に入射する光を遮ることはない。また、第2気体発生部7は、光電変換部2の受光面と第1導電部9を介して電気的に接続する。このことにより、光電変換部2の受光面の電位と第2気体発生部7の電位をほぼ同じにすることができ、光電変換部2で生じた起電力により電解液を分解し第2気体を発生させることができる。また、第2気体発生部7は、絶縁部11を介して光電変換部2の裏面の上に設けられてもよい。また、第2気体発生部7は、第1気体発生部8と接触しないように設けることができる。このことによりリーク電流が流れることを防止することができる。また、第2気体発生部7は、電解液チェンバー15に露出してもよい。このことにより、第2気体発生部7の表面で電解液から第2気体を発生させることができる。また、第2気体発生部8は複数設けられてもよい。
また、第2気体発生部8は、水素発生部および酸素発生部のいずれか一方とすることができる。このことにより、第2気体発生部において電解液に含まれる水を分解し、水素または酸素を発生させることができる。
気体透過性を持たせる方法は、特に限定されないが、多孔質材料を用いて第1気体発生部8および第2気体発生部7を形成してもよいし、第1気体発生部8および第2気体発生部7がそれぞれ隙間を有するようにまばらに設けてもよい。
また、第1気体発生部8および第2気体発生部7が気体透過性を有さない場合、後述する気体支流路29を形成することにより、気体透過性を持たせてもよい。
このことにより、イオンが第1気体発生部8付近の電解液と第2気体発生部9付近の電解液において移動しやすくなり、イオン濃度の不均衡を小さくすることができる。その結果、気体発生速度の低下を防止することができる。
図16のような断面を有する気体製造装置は、受光面と裏面を有する光電変換部2を有し、前記裏面上に気体導通部21が積層され、さらにその上に第1気体発生部8が積層されている。例えば、図16に示すように受光面側から順に第2気体発生部7、光電変換部2、気体導通部21、第1気体発生部8の順に積層され、受光面を水平面に対して傾けて設置される際、第1気体発生部8が光電変換部2の下側となる構造を取る。なお、図16に示すような気体製造装置は、光電変換部2、第2気体発生部7、第1気体発生部8、および気体導通部21、隔壁13、透光性基板1、外箱16、第1気体排出口20、第2気体排出口19、給水口18により構成され、構成要素は他の実施形態と同様のものを使用することが可能である。ただし、第2気体発生部7については、受光面側に配置するため光電変換部2にまで光を透過させる必要がある。そのため触媒を半導電体太陽電池からなる光電変換部2に直接、またはSnO2、ZnO、TiO2、In2O3またはITO(In2O3―SnO2)、IZO(InSnO2―ZnO)等の透明導電性を有する第1電極4に、イオンスパッタリング法、スプレー法、CVD法、ゾル―ゲル法、電解析出等の方法を用いて担持させることが好ましい。
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気体発生部8および第2気体発生部7のうちどちらか一方とすることができる。また、水素発生部は、電解液からH2が発生する反応の触媒(水素発生触媒)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、この触媒が担体に担持されたものであってもよい。また、水素発生部は、光電変換部2の受光面の面積より大きい触媒表面積を有してもよい。このことにより、電解液からH2が発生する反応をより速い反応速度とすることができる。また、水素発生部は、触媒が担持された多孔質の導電体であってもよい。このことにより、触媒表面積を大きくすることができる。また、光電変換部2の受光面または裏面と水素発生部に含まれる触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を抑制することができる。また、この水素発生部を第1気体発生部8としたとき、第2電極を省略しても光電変換部2の裏面と触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を抑制することができる。
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気体発生部8および第2気体発生部7のうちどちらか一方とすることができる。また、酸素発生部は、電解液からO2が発生する反応の触媒(酸素発生触媒)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、この触媒が担体に担持されたものであってもよい。また、酸素発生部は、光電変換部2の受光面の面積より大きい触媒表面積を有してもよい。このことにより、電解液からO2が発生する反応をより速い反応速度とすることができる。また、酸素発生部は、触媒が担持された多孔質の導電体であってもよい。このことにより、触媒表面積を大きくすることができる。また、光電変換部2の受光面または裏面と酸素発生部に含まれる触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を抑制することができる。また、この水素発生部を第1気体発生部8としたとき、第2電極を省略しても光電変換部2の裏面と触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を小さくすることができる。さらに、酸素発生部は、酸素発生触媒としてMn、Ca、Zn、CoおよびIrのうち少なくとも1つを含んでもよい。
気体支流路29は、第1気体発生部8および第2気体発生部7のうちどちらか一方により形成され、かつ、気体流路17に繋がる。また、気体支流路29は、第1気体発生部で発生させた第1気体または第2気体発生部で発生させた第2気体を気体流路17へ導通させることができる。このことにより、第1気体または第2気体を迅速に気体流路17に流入させることができ、第1気体発生部8における第1気体の滞留および第2気体発生部7における第2気体の滞留を抑制することができる。
また、気体支流路29は、2つの第1気体発生部8の間に形成された隙間であってもよく、また、2つの第2気体発生部7の間に形成された隙間であってもよい。また、気体支流路29は、2つの帯状の第1気体発生部8の間に形成された隙間であってもよく、また、2つの帯状の第2気体発生部7の間に形成された隙間であってもよい。また、気体支流路29は、発生させた気泡が浮上する方向に対して垂直な方向に伸びるように形成されてもよい。
このことにより、第1気体発生部8または第2気体発生部7の気体流路17側と反対側の表面付近で発生した第1気体または第2気体を気体支流路29を導通させて気体流路17に流入させることができる。また、気体支流路29を備えることにより、第1気体発生部8または第2気体発生部7に金属板などの気体透過性を有さない材料を用いることができる。
このことを図面を用いて説明する。
第1気体発生部8または第2気体発生部7の気体流路17側と反対側の表面付近で発生した第1気体または第2気体の気泡は、図21のように気体支流路29に流入することができ、この気泡は、気体流路17に流入することができる。このことにより、発生した第1気体が第1気体発生部8に滞留することまたは第2気体が第2気体発生部7に滞留することを抑制することができる。
また、第1気体発生部8および第2気体発生部7に設ける傾斜角度は特に限定さらないが反応面における気体滞留を少量に抑えるためには、光電変換部2の裏面に対して30度以上とすることが望ましい。
2つの第1気体発生部8および2つの第2気体発生部7は、それぞれ数百μm〜2mm程度の隙間を設けて積層される。この構造を取ることにより、第1気体発生部8または第2気体発生部7に金属板やSnO2、ITO等の透明導電性酸化被膜のような、電解液が透過しない非多孔質の導電性材料を用いることができる。また、第1気体発生部8または第2気体発生部7を多孔質材料を用いて形成する場合でも、多孔質材料が有する孔を介して発生気体27を気体流路17に流入させるだけではなく、電解液25と第1気体発生部8または第2気体発生部7の界面付近にわずかに滞留する発生気体27を気体支流路29を介して気体流路17に流入させ回収することも可能となる。
また、第1気体発生部8または第2気体発生部7のサイズに関して、1つの第1気体発生部8または第2気体発生部7の電解液との反応面がより小さくなるほど発生気体27の滞留を少なくすることが可能となるため、1つの第1気体発生部8または第2気体発生部7の縦方向の幅は2〜5cm程度とすることが好ましい。
外箱16は、光電変換部2、第1気体発生部8、第2気体発生部7などを収容することができ、電解液チェンバー15を形成することができるものであれば特に限定されない。また、外箱16は天板14を有することができる。
外箱16は耐熱性、および耐食性を備えていることが望ましい。外箱16は例えばステンレス鋼等の鋼材または、ジルコニア、アルミナ等のセラミック、フェノール樹脂、メラミン樹脂(MF)、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂等の合成樹脂を用いることが好ましい。
天板14は、第1気体発生部8および第2気体発生部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、天板14は、第1気体発生部8および第2気体発生部7と天板14との間に電解液チェンバーが設けられるように設けることができる。また、天板14は、外箱16の一部であってもよい。
隔壁13は、第1気体発生部8と天板14との間の電解液チェンバーおよび第2気体発生部7と天板14との間の電解液チェンバーとを仕切るように設けることができる。また、隔壁13は、光電変換部2の裏面と第1気体発生部8との間に設けられた気体導通部21および光電変換部2の裏面と第2気体発生部7との間に設けられた気体導通部21を仕切るように設けることができる。
このことにより、第1気体発生部8で発生させた第1気体および第2気体発生部7で発生させた第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気体発生部8と天板14との間の電解液チェンバーの電解液と第2気体発生部7と天板14との間の電解液チェンバーの電解液でアンバランスとなったイオン濃度を一定に保つことができる。つまり、イオンが隔壁9を介してイオン移動が起こることによりイオン濃度のアンバランスを解消することができる。イオンは、例えば、プロトンである。
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。
水素発生、酸素発生がそれぞれ水素発生触媒、酸素発生触媒にて選択的に行われ、これに伴うイオンの移動が起こる場合、必ずしもイオン交換のための特殊な膜等の部材を配置する必要はない。ガスを物理的に隔離することのみの目的であれば、後述のシール材に記載の紫外線硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を用いることが可能である。
シール材は、透光性基板1と天板14または外箱16を接着し、気体製造装置23内を流れる電解液および気体製造装置23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。シール材は、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。
電解液チェンバー15は、第1気体発生部8と天板14との間の空間および第2気体発生部7と天板14との間の空間とすることができる。また、電解液チェンバー15は、隔壁13により仕切ることができる。
給水口18は、気体製造装置23に含まれるシール材または外箱16の一部に開口を作ることにより設けることができる。給水口18は、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気体製造装置へ供給されさえすれば、特に限定されるものではないが、流動性および供給の容易性の観点から、気体製造装置下部に設置することが好ましい。
電解液は、電解質を含む水溶液であり、例えば、0.1MのH2SO4電解液、0.1Mリン酸カリウム緩衝液などである。
本発明を以下に示す実施例を用いてより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
図4のような断面を有する気体製造装置を次の条件にて作製した。
光電変換部2にはn型ドープしたGaAsおよびGaInP2と、p型ドープしたGaAsおよびGaInP2と積層させた化合物半導電体太陽電池を使用した。透光性基板1に光透過性および耐熱性、耐腐食性に優れる石英ガラス基板を使用した。作製方法としては、二酸化スズ(SnO2)からなる第1電極4が被膜されたガラス基板の表面にMOCVD法(有機金属気相堆積法)により、p型GaInP2を膜厚0.1μm、更にその上にp型GaAsを膜厚3.0μm、n型GaAsを膜厚0.1μm、n型GaInP2を0.05μmで順に堆積させた。その後、n型GaInP2層の表面に基板温度250℃でスパッタリング法により0.1μmの膜厚でITOを積層させた。以上により透光性基板1上にGaAsのpn接合の両側をGaInP2で挟んだヘテロ構造の半導電体太陽電池が作製できた。
次に、第2導電部10であるコンタクトホールと酸素発生部の間に配置する気体導通部21を光電変換部2から絶縁するための絶縁部11を形成するために、スピンコート法にて原料の塗布、焼成を行うことによりポリイミド膜を作製した。続けて、Agペーストをスクリーン印刷法にて基板上に塗布することにより第2導電部10を形成し、その上に発泡ニッケルおよび二酸化ルテニウムを担持させた多孔質カーボンシートを配置し、加熱処理を行った。このことにより第2導電部10上に気体導通部21および酸素発生部を形成した。同様にガラスフィルタからなる隔膜13で隔てて水素発生部および気体導通部21を光電変換部2の裏面上に積層した。
図20に示すような断面を有する気体製造装置を次の条件にて作製した。
装置の各構成要件の構成材料および規格は基本的に実施例1の気体製造装置と同様である。しかし、以下の点で異なっている。まず、水素発生部および酸素発生部は本実施例においては、縦方向の幅を3cmに加工した厚さ3mmのアルミニウム板を複数作成し、その表面に水素発生触媒であるPtまたは酸素発生触媒であるRuO2を実施例1と同様の方法で担持させ作成した。次に、水素発生部および酸素発生部は、図20ように複数設けた。2つの水素発生部の間および2つの酸素発生部の間には、気体支流路29となる2mmの隙間を置いて設けた。
図7に示すような断面を有する気体製造装置を次の条件にて作製した。
装置の各構成要件の構成材料および規格は基本的に実施例2の気体製造装置と同様である。しかし、図7に示すように水素発生部および酸素発生部の気体導通部側の面と反対側の面(反応面)に気体導通部の面に対して角度が設けられている点で異なっている。水素発生部および酸素発生部は、縦方向の幅を3cmに加工した厚さ2cmのアルミニウム板それぞれの反応面が気体導通部21の表面に対して30度の角度がつくように切削加工した。その後、アルミニウム板の表面に実施例1と同様の方法で水素発生触媒であるPtおよび酸素発生触媒であるRuO2(膜厚1μm)を担持させた。気体導通部21上に水素発生部または酸素発生部を積層する際は、2つの水素発生部の間および2つの酸素発生部の間には、2mmの隙間を設けた。
実施例1において作製した気体製造装置を太陽光が透光性基板1に対して垂直に照射されるように装置を水平面に対して斜めに設置した。給水口18より0.1MのH2SO4電解液を給水して電解液チェンバー15内を満たした後、太陽光を照射した。
また、太陽光の照射開始から2時間後までの第1気体排出口20および第2気体排出口19から回収された気体量を蛍光センサー分析にて定量したところ、それぞれから水素、酸素が回収されていることが確認できた。また、それぞれの気体量は以下に示す表1に示すとおり、水素0.41mol、酸素0.19molであった。
実施例2において作製した気体製造装置を太陽光が透光性基板1に対して垂直に照射されるように装置を水平面に対して斜めに設置した。給水口18より0.1MのH2SO4電解液を給水して電解液チェンバー15を満たした後、太陽光を照射した。
また、太陽光の照射開始から2時間後までに第1気体排出口20および第2気体排出口19から回収された気体量を蛍光センサー分析にて定量したところ、それぞれから水素、酸素が回収されていることが確認できた。また、それぞれの気体量は表1に示すとおり、水素0.47mol、酸素0.23molであった。
実施例3において作製した気体製造装置を太陽光が透光性基板1に対して垂直に照射されるように装置を水平面に対して斜めに設置した。給水口18より0.1MのH2SO4電解液を給水して電解液チェンバーを満たした後、太陽光を照射した。
また、太陽光の照射開始から2時間後までに第1気体排出口20および第2気体排出口19から回収された気体量を蛍光センサー分析にて定量したところ、それぞれから水素、酸素が回収されていることが確認できた。また、それらの気体量は表1に示すとおり、水素0.54mol、酸素0.26molであった。
実施例1の気体製造装置において、気体導通部21を積層せずに水素発生部は水素発生触媒である白金を光電変換部2の裏面に直接担持し、また酸素発生部は絶縁部11上に酸素発生触媒であるRuO2をCVD法により1μmの膜厚で積層し、図24に示すような気体製造装置を作製した。
上記のようにして作製した気体製造装置を太陽光が透光性基板1に対して垂直に照射されるように装置を水平面に対して斜めに設置した。給水口18より0.1MのH2SO4電解液を給水して電解液チェンバー15を満たした後、太陽光を照射したところ、水素発生部の表面から気体が発生していることが確認できた。
また、太陽光の照射開始から2時間後までに第1気体排出口20および第2気体排出口19から回収された気体量を蛍光センサー分析にて定量したところ、それぞれから水素、酸素が回収されていることが確認できた。また、それらの気体量は表1に示すとおり、水素0.31mol、酸素0.14molであった。
Claims (29)
- 受光面および裏面を有する光電変換部と、前記裏面と電気的に接続しかつ前記光電変換部が受光することにより生じる起電力を用いて電解液から第1気体を発生させる第1気体発生部と、前記受光面と電気的に接続しかつ前記光電変換部が受光することにより生じる起電力を用いて電解液から第2気体を発生させる第2気体発生部と、気体流路と、気体排出口とを備え、
第1気体発生部および第2気体発生部のうち少なくとも一方は、前記光電変換部の裏面上に設けられ、
前記気体流路は、第1気体発生部および第2気体発生部のうち少なくとも一方と前記光電変換部の裏面との間に設けられ、
前記気体流路は、第1気体または第2気体を前記気体排出口へと導通させることを特徴とする気体製造装置。 - 第1導電部をさらに備え、
第1気体発生部および第2気体発生部は、前記光電変換部の裏面上に設けられ、
前記気体流路は、第1気体発生部と前記裏面との間および第2気体発生部と前記裏面との間にそれぞれ設けられ、
第2気体発生部は、第1導電部を介して前記受光面と電気的に接続する請求項1に記載の装置。 - 絶縁部をさらに備え、
第2気体発生部は、前記絶縁部を介して前記光電変換部の裏面上に設けられた請求項2に記載の装置。 - 第1導電部は、前記光電変換部の受光面に接触する第1電極と、第1電極および第2気体発生部にそれぞれ接触する第2導電部とを含む請求項3に記載の装置。
- 前記光電変換部は、裏面から受光面へ貫通する第1コンタクトホールを有し、
第2導電部は、第1コンタクトホールに設けられた請求項4に記載の装置。 - 透光性基板をさらに備え、
前記光電変換部は、前記透光性基板の上に設けられた請求項2〜5のいずれか1つに記載の装置。 - 気体支流路をさらに備え、
前記気体支流路は、第1気体発生部および第2気体発生部のうちどちら一方により形成され、かつ、前記気体流路に繋がり、
前記気体支流路は、第1気体または第2気体を前記気体流路へと導通させる請求項1〜6のいずれか1つに記載の装置。 - 第1気体発生部または第2気体発生部は複数であり、
前記気体支流路は、隣接する2つの第1気体発生部の間または隣接する2つの第2気体発生部の間に設けられた請求項7に記載の装置。 - 前記気体支流路は、両端に第1開口と第2開口とを有し、
第1開口は、第1気体発生部および第2気体発生部のうちどちらか一方の前記気体流路側の面に設けられ、
第2開口は、第1開口が設けられた面と反対側の面に設けられ、
第2開口は、高さの異なる第1縁部および第2縁部を有し、
第1縁部は、第2縁部より高い第2開口の縁であり、かつ、第1気体または第2気体を前記気体支流路に流入させる請求項7または8に記載の装置。 - 第1気体および第2気体のうち一方は、H2であり、他方は、O2である請求項1〜9のいずれか1つに記載の装置。
- 前記気体流路は、前記光電変換部の裏面に沿うように設けられた請求項1〜10のいずれか1つに記載の装置。
- 電解液チェンバーをさらに備え、
第1気体発生部および第2気体発生部のうち少なくとも一方は、前記光電変換部の裏面と前記電解液チェンバーとの間に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能である請求項1〜11のいずれか1つに記載の装置。 - 前記気体流路は、第1気体および第2気体のいずれか1つがその浮力により流入することができるように設けられた請求項1〜12のいずれか1つに記載の装置。
- 第1気体発生部および第2気体発生部のうち少なくとも一方と前記光電変換部との間に気体導通部をさらに備え、
前記気体導通部は、前記気体流路を有する請求項1〜13のいずれか1つに記載の装置。 - 前記気体導通部は、多孔性材料から形成される請求項14に記載の装置。
- 前記気体導通部は、疎水性の表面を有する請求項15に記載の装置。
- 前記気体導通部は、超疎水性多孔質膜から形成される請求項14〜16のいずれか1つに記載の装置。
- 第1気体発生部および第2気体発生部は、前記光電変換部の裏面上に設けられ、
前記気体導通部は、前記光電変換部の裏面と第1気体発生部および第2気体発生部との間に設けられ、かつ、前記電解液に対する耐食性および遮液性を有する請求項14〜17のいずれか1つに記載の装置。 - 前記気体導通部は、前記光電変換部を覆うように設けられた請求項18に記載の装置。
- 前記気体導通部は、導電性を有する請求項14〜19のいずれか1つに記載の装置。
- 第1気体発生部および第2気体発生部は、前記光電変換部の裏面上に設けられ、
前記光電変換部の裏面と第1気体発生部とを電気的に接続する第3導電部をさらに備え、前記気体導通部は、前記光電変換部の裏面と第1気体発生部との間に設けられ、かつ、前記気体導通部を貫通する第2コンタクトホールを有し、
第3導電部は、第2コンタクトホールに設けられた請求項14〜19のいずれか1つに記載の装置。 - 前記光電変換部は、p型半導体層、i型半導体層およびn型半導体層を備える光電変換層を有する請求項1〜21のいずれか1つに記載の装置。
- 第1気体発生部および第2気体発生部のうち、一方は、電解液からH2を発生させる水素発生部であり、他方は、電解液からO2を発生させる酸素発生部であり、
前記水素発生部および前記酸素発生部は、それぞれ電解液からH2が発生する反応の触媒および電解液からO2が発生する反応の触媒を含む請求項1〜22のいずれか1つに記載の装置。 - 前記水素発生部および前記酸素発生部のうち少なくとも一方は、触媒が担持された多孔質の導電体から形成される請求項23に記載の装置。
- 前記水素発生部および前記酸素発生部は、親水性の表面を有する請求項23または24に記載の装置。
- 第1気体発生部および第2気体発生部は、前記光電変換部の裏面上に設けられ、
前記光電変換部は、透光性基板の上に設けられ、
第1気体発生部および第2気体発生部の上に前記透光性基板に対向する天板をさらに備え、
第1気体発生部と前記天板との間および第2気体発生部と前記天板との間にそれぞれ電解液チェンバーが設けられた請求項1〜25のいずれか1つに記載の装置。 - 第1気体発生部と前記天板との間の電解液チェンバーおよび第2気体発生部と天板との間の電解液チェンバーとを仕切る隔壁をさらに備える請求項26に記載の装置。
- 前記隔壁は、イオン交換体を含む請求項27に記載の装置。
- 請求項26〜28のいずれか1つに記載の気体製造装置を前記受光面が水平面に対し傾斜するように設置し、
前記気体製造装置の下部から前記気体製造装置に電解液を導入し、太陽光を前記受光面に入射させることにより第1気体発生部および第2気体発生部からそれぞれ第1気体および第2気体を発生させ、前記気体製造装置の上部から第1気体および第2気体を排出する気体製造方法。
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