光化学反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光化学反应装置。根据本发明专利技术的光化学反应装置，其具备层叠体和使离子在下述氧化催化剂层侧和下述还原催化剂层侧之间转移的离子转移路径，该层叠体具有氧化水而生成氧和质子的氧化催化剂层(19)、还原二氧化碳而生成碳化合物的还原催化剂层(20)、及在所述氧化催化剂层和所述还原催化剂层之间形成的、通过光能进行电荷分离的半导体层(17)。

Photochemical reaction unit

The present invention relates to a photochemical reaction device. According to the photochemical reaction device of the invention, the laminate and the ion reduction between the catalyst layer side transfer ion transfer path in the catalyst layer side and the oxidation layer of the laminate with oxidation water generated oxygen and proton (19), reduction of the catalyst layer reduction of carbon dioxide generated carbon compounds (20), and in the catalyst layer and the reduction of the catalyst layer is formed between the semiconductor layer and charge separation by light (17).

【技术实现步骤摘要】
光化学反应装置本申请是同名专利技术名称的中国专利申请第201380060239.1号的分案申请，原案国际申请号为PCT/JP2013/080198，国际申请日为2013年11月8日。
本专利技术涉及一种光化学反应装置。
技术介绍
从能量问题和环境问题的观点考虑，要求如植物那样通过光能有效地还原CO2。植物使用以2阶段激发被称为Z路线的光能的系统。植物通过这样的系统的光化学反应，从水(H2O)中得到电子，还原二氧化碳(CO2)而合成纤维素和糖类。然而，在不使用牺牲试剂的情况下，人工地通过光化学反应由水得到电子、分解CO2的技术效率非常低。例如，在专利文献1中，作为光化学反应装置，具备氧化H2O生成氧(O2)的氧化反应用电极和还原CO2生成碳化合物的还原反应用电极。氧化反应用电极在光催化剂的表面设置氧化H2O的氧化催化剂，通过光能得到电位。还原反应用电极在光催化剂的表面设置还原CO2的还原催化剂，通过电线与氧化反应用电极连接。还原反应用电极通过由氧化反应用电极得到CO2的还原电位来还原CO2生成甲酸(HCOOH)。这样，为了得到使用可见光通过光催化剂进行CO2的还原所必须的电位，使用模拟植物的Z路线型的人工光合成系统。然而，在专利文献1中，太阳能转化效率非常低，为0.04％左右。这是因为，由可见光激发的光催化剂的能量效率较低。另外，由于还原反应用电极通过电线与氧化反应用电极连接，因此，通过其互联电阻取出电(电流)的效率降低，结果，效率低。在专利文献2中，考虑了使用用于得到反应电位的硅太阳能电池，在其两面设置催化剂而引起反应的方案。在非专利文献1中，为了得到反应的电位，使用重叠硅太阳能电池的结构，通过在其两面设置催化剂来进行H2O的电解反应。这些文献中的太阳能转化效率非常高，为2.5％。另外，该装置为不需要配线的结构，因此易于大型化。另外，作为特征，可举出：由于电池本身可起到隔板的作用而隔离产物，因而不需要分离产物的工序。但是，在这些装置中，没有CO2的还原反应成功的例子。另外，为了进行CO2的还原反应，氧化侧产生的具有正电荷的离子和还原侧产生的具有负电荷的离子必须转移到相反的电极，但是对于这样的板状的层叠结构来说，关于这一点没有考虑。特别是对于在不使用牺牲催化剂的情况下以H2O为供电子剂的氧化还原反应，质子(氢离子(H+))的转移(转移)是必须的。这样，正在寻求利用光能且光反应效率高的CO2分解技术。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011-094194号公报专利文献2：日本特开平10-290017号公报非专利文献1：S.Y.Reece等人,Science.vol.334.pp.645(2011)
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术提供一种具有光反应效率高的CO2分解技术的光化学反应装置。解决课题的手段本实施方式的光化学反应装置具备层叠体和使离子在下述氧化催化剂层侧和下述还原催化剂层侧之间转移的离子转移路径，所述层叠体具有氧化水而生成氧和质子的氧化催化剂层、还原二氧化碳而生成碳化合物的还原催化剂层、及在所述氧化催化剂层和所述还原催化剂层之间形成的、通过光能进行电荷分离的半导体层。附图说明图1是示出实施方式的光化学反应电池的结构的剖面图。图2是示出实施方式的光化学反应电池的工作原理的剖面图。图3是示出第一实施方式的光化学反应装置的结构的立体图。图4是示出第一实施方式的光化学反应装置的结构的剖面图。图5是示出第一实施方式的光化学反应装置的变形例1的结构的剖面图。图6是示出第一实施方式的光化学反应装置的变形例2的结构的剖面图。图7是示出第一实施方式的光化学反应装置的变形例3的结构的剖面图。图8是示出第一实施方式的光化学反应装置的变形例4的结构的剖面图。图9是示出第一实施方式的光化学反应装置的结构的平面图。图10是示出第一实施方式的光化学反应装置的结构的平面图。图11是示出第一实施方式的光化学反应装置的结构的平面图。图12是示出实施例1相对于比较例的CO2的光还原效率的实验结果。图13是示出第二实施方式的光化学反应装置的结构的剖面图。图14是示出第二实施方式的光化学反应装置中通孔的周期宽度与多接合型太阳能电池的光的吸收率的关系的图。图15是示出第二实施方式的光化学反应装置中通孔的圆当量直径与多接合型太阳能电池的光的吸收率的关系的图。图16是示出第二实施方式的光化学反应装置的结构的剖面图。图17是示出实施例2相对于比较例的CO2的光还原效率的实验结果。图18是示出实施例3相对于比较例的CO2的光还原效率的实验结果。图19是示出实施例3中的光化学反应装置的结构的平面图。图20是示出实施例3中的光化学反应装置的结构的剖面图。图21是示出测定实施例3和比较例中的光化学反应装置的电解槽的剖面图。图22是示出第二实施方式的光化学反应装置的变形例1的结构的剖面图。图23是示出第二实施方式的光化学反应装置的变形例2的结构的剖面图。图24是示出第三实施方式的光化学反应装置的结构的立体图。图25是示出第三实施方式的光化学反应装置的结构的剖面图。图26是示出第三实施方式的光化学反应装置的结构的变形例的立体图。图27是示出第三实施方式的光化学反应装置的结构的变形例的剖面图。图28是示出第三实施方式的光化学反应装置的应用例的平面图。具体实施方式下面，参照附图说明本实施方式。在附图中，对同一部分标记同一参考符号。另外，重复性的说明根据需要来进行。1.光化学反应电池下面，使用图1和图2，说明本实施方式的光化学反应电池。图1是示出本实施方式的光化学反应电池的结构的剖面图。如图1所示，本实施方式的光化学反应电池具备由基板11、反射层12、还原电极层13、多接合型太阳能电池17、氧化电极层18、氧化催化剂层19及还原催化剂层20构成的层叠体。在基板11的表面(光入射面)上形成有反射层12、还原电极层13、多接合型太阳能电池17、氧化电极层18及氧化催化剂层19。另一方面，在基板11的背面形成有还原催化剂层20。基板11是为了支撑光化学反应电池、增加其机械强度而设置的。基板11具有导电性，例如由Cu、Al、Ti、Ni、Fe或Ag等金属板或者含有它们的至少1种的例如SUS这样的合金板构成。或者，基板11可以由导电性的树脂等构成。另外，基板11可以由Si或Ge等半导体基板构成。予以说明，如后所述，基板11可以由离子交换膜构成。反射层12形成在基板11的表面上。反射层12由可反射光的材料构成，例如由金属层或由半导体多层膜构成的分布式布拉格反射层构成。该反射层12通过形成在基板11和多接合型太阳能电池17之间，使无法被多接合型太阳能电池17吸收的光发生反射而再次入射到多接合型太阳能电池17中。由此，可以提高多接合型太阳能电池17的光吸收率。还原电极层13形成在反射层12上。还原电极层13形成在多接合型太阳能电池17的n型半导体层(后述的n型的无定形硅层14a)表面上。因此，还原电极层13期望由能够与n型半导体层欧姆接触的材料构成。还原电极层13例如由Ag、Au、Al或Cu等金属或者含有它们的至少1种的合金构成。或者，还原电极层13由ITO(氧化铟锡)、氧化锌(ZnO)、FTO(氟掺杂氧化锡)、AZO(铝掺杂氧化锌)或ATO(锑掺杂氧化锡)等透明导本文档来自技高网...

【技术保护点】
光化学反应装置，其特征在于，具备：层叠体，其具有氧化水而生成氧和质子的氧化催化剂层、还原二氧化碳而生成碳化合物的还原催化剂层、及在所述氧化催化剂层和所述还原催化剂层之间形成的、通过光能进行电荷分离的半导体层，和电解槽，所述电解槽的内部含有所述层叠体，具有通过所述层叠体分离的所述氧化催化剂层侧配置的氧化反应用电解槽和所述还原反应用电极侧配置的还原反应用电解槽；所述层叠体具有贯通该层叠体的狭缝，所述狭缝在所述氧化催化剂层侧和所述还原催化剂层侧之间使离子移动。

【技术特征摘要】
2012.11.20 JP 2012-2547011.光化学反应装置，其特征在于，具备：层叠体，其具有氧化水而生成氧和质子的氧化催化剂层、还原二氧化碳而生成碳化合物的还原催化剂层、及在所述氧化催化剂层和所述还原催化剂层之间形成的、通过光能进行电荷分离的半导体层，和电解槽，所述电解槽的内部含有所述层叠体，具有通过所述层叠体分离的所述氧化催化剂层侧配置的氧化反应用电解槽和所述还原反应用电极侧配置的还原反应用电解槽；所述层叠体具有贯通该层叠体的狭缝，所述狭缝在所述氧化催化剂层侧和所述还原催化剂层侧之间使离子移动。2.权利要求1所述的光化学反应装置，其特征在于，在所述狭缝的内面上形成由电介质构成的保护层。3.权利要求2所述的光化学反应装置，其特征在于，所述保护层含有TiO2、ZrO2、Al2O3、SiO2和HfO2中的至少1种。4.光化学反应装置，其特征在于，具备：层叠体，其具有氧化水而生成氧和质子的氧化催化剂层、还原二氧化碳而生成碳化合物的还原催化剂层、及在所述氧化催化剂层和所述还原催化剂层之间形成的、通过光能进行电荷分离的半导体层，和电解槽，所述电解槽的内部含有所述层叠体，具有通过所述层叠体分离的所述氧化催化剂层侧配置的氧化反应用电解槽和所述还原反应用电极侧配置的还原反应用电解槽；所述层叠体具有将该层叠体分离成第1层叠体和第2层叠体的狭缝，所述狭缝在所述氧化催化剂层侧和所述还原催化剂层侧之间使离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：小野昭彦，御子柴智，北川良太，田村淳，工藤由纪，黄静君，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本,JP