气体制造装置制造方法及图纸

本气体制造装置具有：元件层叠体，其串联地层叠有多个元件，所述多个元件形成有具备pn结的半导体薄膜，该元件层叠体在一方具有受光部，在另一方具有导电性基板；氢气生成部，其形成于处于受光部侧的第1元件的正面；包含氢气生成部的第1电解室；形成于导电性基板的背面的氧气生成部；包含氧气生成部的第2电解室；以及设置于第1电解室与第2电解室之间的具有离子透过性和非透气性的隔膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体制造装置
本专利技术涉及气体制造装置，详细地说，涉及一种接收到光而对水进行分解来制造氢和氧的气体制造装置。
技术介绍
以往，作为利用太阳光能作为可再生能量的方式之一，提出了如下的氢制造装置：利用太阳能电池所使用的光电转换材料，将光电转换得到的电子和空穴用于水的分解反应，从而制造出燃料电池等所使用的氢(例如参照专利文献1和2)。对于专利文献1和2所公开的氢制造装置，均公开了如下技术：设置有在被入射太阳光时产生电动势的串联了两个以上的pn结的光电转换部或太阳能电池，在与其上侧的接收太阳光的受光面相反的、光电转换部或太阳能电池的下侧设置电解液室，通过离子传导性隔板或隔膜将电解室内隔开，利用通过太阳光的接收而在光电转换部或太阳能电池中产生的电力，对水进行电解而生成氢。专利文献1所公开的氢制造装置还能够调整受光面相对于太阳光的朝向，因此能够增多进行光电转换的入射光的量，且不会使氢生成效率下降。此外，专利文献2所公开的氢制造装置将太阳能电池的与p型和n型半导体连接的电极板分别作为阳极和阴极，对水进行了电解，因此能够提高从太阳能向氢的转换效率。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012-177160号公报专利文献2：日本特开2004-197167号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题但是，在专利文献1和2所公开的氢制造装置中，均存在以下问题：在光电转换部或太阳能电池的受光面的相反侧、即背面侧的电解液室中，对水进行电解而生成了氢和氧，因此如果所生成的氢和氧等气体附着到光电转换部的气体生成电极或太阳能电池的电极板等气体产生面，并滞留于气体产生面与电解液等水溶液之间，则气体产生面与水溶液的接触面积减小，因此导致氢和氧等的气体生成效率下降。专利文献1和2所公开的氢制造装置特别存在以下问题：即使在气体生成的初期发挥了较高的气体生成效率，但随着时间经过，滞留在气体产生面与电解液等水溶液之间的气体的量增加，从而气体产生面与水溶液的接触面积进一步减小，因此导致氢和氧等的气体生成效率大幅度下降，无法进行稳定的气体生成。本专利技术的目的在于消除上述现有技术的问题点，提供一种气体制造装置，不论是在气体生成的初期、还是随着时间经过的情况下，都能够维持较高的气体生成效率，能够稳定地制造氢和氧的气体作为被完全分离的高纯度的气体。用于解决课题的手段为了达到上述目的，本专利技术的气体制造装置的特征在于，具有：元件层叠体，其是将多个元件以串联连接的方式层叠而得到的，所述多个元件各自具有受光部，并形成有具备pn结的半导体薄膜；氢气生成部，其形成于多个元件中的、处于元件层叠体的一个端部的第1元件的正面，生成氢气；第1电解室，其包含氢气生成部，收纳与氢气生成部接触的电解水溶液、和所生成的氢气；氧气生成部，其形成于多个元件中的、处于元件层叠体的另一个端部的第2元件的形成有半导体薄膜的导电性基板的背面，生成氧气；第2电解室，其包含氧气生成部，收纳与氧气生成部接触的电解水溶液、和所生成的氧气；以及具有离子透过性和非透气性的隔膜，其设置于第1电解室与第2电解室之间。这里，优选的是，氢气生成部具有氢生成面，该氢生成面形成于第1元件的半导体薄膜的正面。此外，优选的是，第1元件由多个副元件构成，这多个副元件相对于第2元件离散地配置在该第2元件上。此外，优选的是，多个副元件的元件面积比第2元件小。此外，优选的是，氧气生成部具有氧生成面，该氧生成面形成于导电性基板的背面，氧生成面沿着第2电解室内的电解水溶液的流动方向朝上侧倾斜。此外，优选的是，半导体薄膜包含CIGS系化合物半导体。此外，优选的是，半导体薄膜包含CZTS系化合物半导体。此外，优选的是，半导体薄膜的吸收波长端在800nm以上。此外，优选的是，还具有氢生成助催化剂，所述氢生成助催化剂被设置于氢气生成部所具备的氢生成面。此外，氢生成助催化剂优选是铂。专利技术的效果根据本专利技术，不论是在气体生成的初期、还是随着时间经过的情况下，都能够维持较高的气体生成效率，能够稳定地制造氢和氧的气体作为被完全分离的高纯度的气体。附图说明图1是示意性示出本专利技术一个实施方式的气体制造装置的一例的剖视图。图2是图1所示的气体制造装置的俯视图。图3是示出制造图1所示的气体制造装置的工艺的一例的流程图。具体实施方式下面，根据附图所示的优选实施方式，对本专利技术的气体制造装置进行详细说明。本专利技术是如下装置：在使用了太阳能电池等所使用的pn结的半导体薄膜作为对水进行分解的电极，并且例如由pn结-半导体薄膜、导电膜和支撑基板构成的1个元件中，对水进行光分解的能力不足，不会达到水的电解开始电压以上的电动势，因此通过将多个元件串联连接来增大电动势，使得多个元件的电动势之和达到水的电解开始电压以上，由此通过水的光分解反应，从元件的受光面侧产生氢，从受光面的相反面侧产生氧，从而对利用水分解而产生的氢和氧进行分离回收，以高纯度制造出氢和氧。另外，作为元件的连接方式，可以在元件面积大的元件上，由元件面积小的多个副元件来构成进行层叠的元件，并离散地层叠这多个副元件。首先，说明本专利技术的气体制造装置相对于现有技术的装置的特征。如上所述，在现有技术中，生成气体的电解用电极的正面(气体生成面)全部被设置于与接收太阳光的受光面相反侧的光电转换部的背面侧，与此相对，本专利技术的特征点在于，氢生成面被设置于与接收太阳光的受光面相同的一侧。这样，通过将氢生成面配置于受光面侧，能够得到如下的期望效果：不论经过多少时间，都能够维持较高的气体生成效率，能够稳定地制造氢和氧的气体。图1是示意性示出本专利技术一个实施方式的气体制造装置的一例的剖视图，图2是图1所示的气体制造装置的俯视图。首先，如这些图所示，气体制造装置10具有：元件层叠体12，其上下串联地层叠了多个元件，这多个元件形成有具备pn结的半导体薄膜；氢的气体生成部14a和氧的气体生成部14b，它们分别设置于元件层叠体12的上下两端的元件的开放端；构成电解室16的容器18，该电解室16收纳与这两个气体生成部14a和14b接触的电解水溶液AQ、以及分别由气体生成部14a和14b生成的氢和氧的气体；以及隔膜20，其将该电解室16分隔为分别包含气体生成部14a和14b中的一者的两个电解室16a和16b。元件层叠体12用于从受光面接收太阳光等光，并通过光分解反应使水分解而生成氢和氧，具有在图中上下层叠的多个(图示例中为两个)pn结元件22和24。另外，关于串联连接的pn结元件的数量，下面以两个为代表例进行说明，但只要多个pn结元件的电动势之和为水的电解开始电压以上，则不限于图示例的两个，当然是几个都行。pn结元件22和24是具有层叠构造的光电转换元件，该层叠构造具有与被用作太阳能电池的太阳能电池单元相同的结构，pn结元件22和24用于从受光面接收太阳光等光，进行光电转换而生成电子和空穴，并将所生成的电子和空穴分别送到气体生成部14a和14b。元件层叠体12的基板侧、即图中下侧的pn结元件22是生成氧的氧生成元件，具有从图中下侧朝向上侧依次层叠的导电板26、光电转换层28和缓冲层30，在缓冲层30上，具有作为上侧电极的透明导电膜32。另一方面，元件层叠体12的受光面侧、即图中上侧的pn结元件24是生成氢的氢生成元件，是由多个(图示例中为9个)小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体制造装置，其特征在于，该气体制造装置具有：元件层叠体，其是将多个元件以串联连接的方式层叠而得到的，所述多个元件各自具有受光部，并形成有具备pn结的半导体薄膜；氢气生成部，其形成于所述多个元件中的、处于所述元件层叠体的一个端部的第1元件的正面，生成氢气；第1电解室，其包含所述氢气生成部，收纳与所述氢气生成部接触的电解水溶液、和所生成的氢气；氧气生成部，其形成于所述多个元件中的、处于所述元件层叠体的另一个端部的第2元件的形成有所述半导体薄膜的导电性基板的背面，生成氧气；第2电解室，其包含所述氧气生成部，收纳与所述氧气生成部接触的电解水溶液、和所生成的氧气；以及具有离子透过性和非透气性的隔膜，其设置于所述第1电解室与所述第2电解室之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.28 JP JP2013-0689931.一种气体制造装置，其特征在于，该气体制造装置具有：元件层叠体，其是将多个元件以串联连接的方式层叠而得到的，所述多个元件各自具有受光部，并形成有具备pn结的半导体薄膜；氢气生成部，其形成于所述多个元件中的、处于所述元件层叠体的一个端部的第1元件的正面，生成氢气；第1电解室，其包含所述氢气生成部，收纳与所述氢气生成部接触的电解水溶液、和所生成的氢气；氧气生成部，其形成于所述多个元件中的、处于所述元件层叠体的另一个端部的第2元件的形成有所述半导体薄膜的导电性基板的背面，生成氧气；第2电解室，其包含所述氧气生成部，收纳与所述氧气生成部接触的电解水溶液、和所生成的氧气；以及具有离子透过性和非透气性的隔膜，其设置于所述第1电解室与所述第2电解室之间，所述第1元件由多个副元件构成，这多个副元件相对于所述第2元件离散地配置在该第2元件上。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤尚俊，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，人工光合成化学工艺技术研究组合，
类型：发明
国别省市：日本;JP