实施方式的光电化学反应装置(1)包括：具备第1电极(11)、第2电极(21)、以及设置于它们之间的光生伏打层(31)的第1层叠体(2)；具备与第1电极(11)电连接的第3电极(41)、与第2电极(21)电连接的第4电极(42)、以及设置于它们之间的离子移动层(43)的第2层叠体(3)；以及，收容浸渍第3电极(41)的第1电解液(61)和浸渍第4电极(42)的第2电解液(63)的电解液槽(6)。第3和第4电极(41、42)的一方引起氧化反应，第3和第4电极(41、42)的另一方引起还原反应。第3和第4电极(41、42)具有离子透过性，且第2层叠体(3)具有比第1层叠体(2)大的面积。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式涉及光电化学反应装置。
技术介绍
近年来，担心石油和煤等化石燃料的枯竭，对可持续利用的可再生能源的期待日益提高。作为可再生能源之一，进行了利用太阳光的太阳能电池和热发电的开发。太阳能电池存在以下问题：贮存发生的电力(电)时所用的蓄电池需要成本，蓄电时产生损失等问题。对此，不将太阳光转化为电，而直接转化为氢(H2)、一氧化碳(CO)、甲醇(CH3OH)、甲酸(HCOOH)等化学物质(化学能)的技术备受瞩目。将太阳光转化为化学物质而贮存在缸或箱中的情况，与将太阳光转化为电而贮存在蓄电池中的情况相比，具有可降低能源的贮存成本，进而贮存成本降低的优点。作为以电化学方式将太阳光转化为化学物质的光电化学反应装置，例如已知有：具备具有还原二氧化碳(CO2)的还原催化剂的电极和具有氧化水(H2O)的氧化催化剂的电极，将这些电极浸渍在溶解有CO2的水中的二电极式装置。这些电极通过电线等电连接。在具有氧化催化剂的电极中，通过光能氧化H2O而得到氧(1/2O2)，同时获得电位。在具有还原催化剂的电极中，通过从发生氧化反应的电极得到电位，还原CO2而生成甲酸(HCOOH)等。在二电极式装置中，由于通过2阶段激发而获得CO2的还原电位，从太阳光向化学能的转化效率为0.04％左右，非常低。也进行了使用由一对电极夹持光生伏打层(photovoltaic layer，光生电动势层)而成的层叠体(硅太阳能电池等)的光电化学反应装置的研究。在光照射侧的电极中，通过光能氧化水(2H2O)而得到氧(O2)和氢离子(4H+)。在相反侧的电极中，使用光照射侧电极生成的氢离子(4H+)和光生伏打层生成的电位(e-)，得到作为化学物质的氢(2H2)等。此时的从太阳光向化学能的转化效率为2.5％左右，与光生伏打层本身向电能的转化效率相比，大幅降低。作为其原因，可举出光照射侧的电极生成的离子至相反侧的电极的移动距离长，因此导致电位损失。现有技术文献专利文献专利文献1：特开2011-094194号公报非专利文献非专利文献1：S.Y.Reece等人，SCIENCE vol.334，pp.645-648(2011)
技术实现思路
本专利技术要解决的课题在于，提供提高从太阳光向化学能的转化效率的光电化学反应装置。实施方式的光电化学反应装置具备：第1层叠体，其具备第1电极、第2电极、以及设置在第1电极和第2电极之间的光生伏打层，第2层叠体，其具备：具有离子透过性的第3电极、具有离子透过性的第4电极、以及设置在第3电极和第4电极之间的离子移动层，第1连接部件，电连接第1电极和第3电极，第2连接部件，电连接第2电极和第4电极，和电解液槽，收容有至少浸渍第3电极的第1电解液和至少浸渍第4电极的第2电解液。第3和第4电极的一方引发氧化反应，第3和第4电极的另一方引发还原反应，第2层叠体具有比第1层叠体大的面积。附图说明[图1]是示出第1实施方式的光电化学反应装置的截面图。[图2]是示出图1所示的光电化学反应装置的第1层叠体的截面图。[图3]是示出图1所示的光电化学反应装置的第2层叠体的截面图。[图4]是示出图2所示的第1层叠体的第1构成例的截面图。[图5]是示出图2所示的第1层叠体的第2构成例的截面图。[图6A]是示出图1所示的第2层叠体的构成例的截面图。[图6B]是示出图1所示的第2层叠体的构成例的平面图。[图7]是用于说明第1实施方式的光电化学反应装置的工作的图。[图8]是示出作为比较例的光电化学反应装置的图。[图9]是示出第2实施方式的光电化学反应装置的截面图。[图10]是示出图9所示的光电化学反应装置的第2层叠体的截面图。[图11]是示出第3实施方式的光电化学反应装置的截面图。[图12]是示出第4实施方式的光电化学反应装置的截面图。具体实施方式以下，关于实施方式的光电化学反应装置，参照附图进行说明。(第1实施方式)图1是示出第1实施方式的光电化学反应装置的图、图2是示出图1所示的光电化学反应装置的第1层叠体的图、图3是示出图1所示的光电化学反应装置的第2层叠体的图。第1实施方式的光电化学反应装置1具备第1层叠体2、第2层叠体3、第1连接部件4、第2连接部件5、和电解液槽6。如图2所示，第1层叠体2具备第1电极11、第2电极21、和设置在这些电极11、21之间、通过光能进行电荷分离的光生伏打层31。如图3所示，第2层叠体3具备第3电极41、第4电极42、设置于这些电极41、42之间的离子移动层43。在第2层叠体3中，第3电极41和第4电极42的一方引发氧化反应，第3电极41和第4电极42的另一方引发还原反应。第1电极11和第3电极41通过第1连接部件4电连接。第2电极21和第3电极41通过第2连接部件5电连接。电解液槽6具备：收容第1电解液61的第1收容部62、和收容第2电解液63的第2收容部64。第1层叠体2在第1方向和与第1方向垂直的第2方向上具有宽广的平板形状。第1层叠体2如下构成：例如以第2电极21为基材，在其上依次形成光生伏打层31和第1电极11。其中，以光照射侧为表面(上面)，以光照射侧的相反侧为内面(下面)进行说明。关于第1层叠体2的构成例，参照图4和图5进行说明。图4示出使用硅系太阳能电池作为光生伏打层31A的光电化学元件(第1层叠体)2A，图5示出使用化合物半导体系太阳能电池作为光生伏打层31B的光电化学元件(第1层叠体)2B。在图4所示的第1层叠体2A中，第2电极21具有导电性。在第2电极21的形成材料中，使用Cu、Al、Ti、Ni、Fe、Ag等金属、含有这些金属中的至少1种的合金、导电性树脂、Si或Ge这样的半导体等。第2电极21在基板22上形成，由此确保第1层叠体2A的机械强度。使用第2电极21本身作为支持基材，也可以提高第1层叠体2A的机械强度。在这样的情况下，作为第2电极21，使用金属板、合金板、树脂板、半导体基板等。第2电极21也可以由离子交换膜构成。光生伏打层31A形成在第2电极21的表面(上面)上。光生伏打层31A由反射层32、第1光生伏打层33、第2光生伏打层34、和第3光生伏打层35构成。反射层32形成在第2电极21上，具有从下部侧依次形成的第1反射层32a和第2反射层32b。第1反射层32a中，使用具有光反射性和导电性的、Ag、Au、Al、Cu等金属、含有这些金属的至少1种的合金等。第2反射层32b是为了调整光学距离以提高光反射性而设置的。第2反射层32b由于与后述的光生伏打层31A的n型半导体层接合，因此优选由具有透光性、且能与n型半导体层欧姆接触的材料形成。第2反射层32b中，使用ITO(氧化铟锡)、氧化锌(ZnO)、FTO(掺杂氟的氧化锡)、AZO(掺杂铝的氧化锌)、ATO(掺杂锑的氧化锡)等透明导电性氧化物。第1光生伏打层33、第2光生伏打层34和第3光生伏打层35分别是使用pin结半导体的太阳能电池，它们的光的吸收波长不同。通过将这些层呈平面状层叠，使光生伏打层31A能吸收太阳光的广范围波长的光，可更有效地利用太阳光的能源。由于光生伏打层33、34、35串联连接，因此可以得到高的开路电压。第1光生伏打层33形成在反射层32上，具有从下部侧依次形成的n型无定形硅(a-Si)层33a、真性(i本文档来自技高网...
【技术保护点】
光电化学反应装置，具备：第1层叠体，其具备第1电极、第2电极、以及设置在上述第1电极和上述第2电极之间的光生伏打层，第2层叠体，其具备：具有离子透过性的第3电极、具有离子透过性的第4电极、以及设置在上述第3电极和上述第4电极之间的离子移动层，上述第3电极和上述第4电极的一方发生氧化反应，上述第3电极和上述第4电极的另一方发生还原反应，第1连接部件，电连接上述第1电极和上述第3电极，第2连接部件，电连接上述第2电极和上述第4电极，电解液槽，收容有至少浸渍上述第3电极的第1电解液、和至少浸渍上述第4电极的第2电解液，上述第2层叠体具有比上述第1层叠体大的面积。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.24 JP 2014-0595931.光电化学反应装置，具备：第1层叠体，其具备第1电极、第2电极、以及设置在上述第1电极和上述第2电极之间的光生伏打层，第2层叠体，其具备：具有离子透过性的第3电极、具有离子透过性的第4电极、以及设置在上述第3电极和上述第4电极之间的离子移动层，上述第3电极和上述第4电极的一方发生氧化反应，上述第3电极和上述第4电极的另一方发生还原反应，第1连接部件，电连接上述第1电极和上述第3电极，第2连接部件，电连接上述第2电极和上述第4电极，电解液槽，收容有至少浸渍上述第3电极的第1电解液、和至少浸渍上述第4电极的第2电解液，上述第2层叠体具有比上述第1层叠体大的面积。2.权利要求1所述的光电化学反应装置，其中，上述第2层叠体的上述面积是上述第1层叠体的面积的2倍以上。3.权利要求1所述的光电化学反应装置，其中，上述第3电极和第4电极具有离子透过孔。4.权利要求1所述的光电化学反应装置，其中，上述离子移动层具有离子交换膜、上述第1电解液、或上述第2电解液。5.权利要求1所述的光电化学反应装置，其中，上述第2层叠体还具有：设置在上述第3电极和上述第4电极的一方上的氧化催化剂层、以及设置在上述第3电极和上述第4电极的另一方上的还原催化剂层。6.权利要求1所述的光电化学反应装置，其中，上述电解...
【专利技术属性】
技术研发人员：工藤由纪，御子柴智，小野昭彦，田村淳，堤荣史，北川良太，黄静君，菅野义经，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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