] 反电极，其与包含在所述光半导体电极中的所述导电体电连接；和
[0086] 容器，其容纳所述光半导体电极以及所述反电极。
[0087] 由于第8方式所涉及的光电化学电池具备第1~第7方式的任意一个方式所涉及 的光半导体电极，因此能够将通过光激励而生成的电子以及空穴高效地电荷分离，从而提 高光的利用效率。
[0088] 本发明的第9方式提供一种光电化学电池，在第8方式中，
[0089] 还具备电解液，该电解液被容纳在所述容器内，并且与所述光半导体电极以及所 述反电极的表面接触，并含有水。
[0090] 根据第9方式所涉及的光电化学电池，能够进行基于水分解的氢生成。
[0091] 本发明的第10方式提供一种能量系统，具备：
[0092] 第8或者第9方式所涉及的光电化学电池；
[0093] 通过第1配管而与所述光电化学电池连接，并对在所述光电化学电池内生成的氢 进行储藏的氢储藏器；
[0094] 通过第2配管而与所述氢储藏器连接，并对在所述光电化学电池内生成的氢进行 储藏的氢储藏器；和
[0095] 燃料电池，其将储藏于所述氢储藏器的氢转换为电力。
[0096] 由于第10方式所涉及的能量系统具备利用了第1~第7方式的任意一个方式所 涉及的光半导体电极的光电化学电池，因此能够提高光的利用效率。
[0097] 下面，参照附图来对本发明的实施方式进行详细说明。另外，下面的实施方式是一 个例子，本发明并不被限定于下面的实施方式。此外，在下面的实施方式中，有时对相同部 件赋予相同的符号，并省略重复的说明。
[0098] (实施方式1)
[0099] 图7表示本发明的光半导体电极的一实施方式。本实施方式的光半导体电极400 具备：导电体410 ;和设置在导电体410上的光半导体层（第1半导体层）420。光半导体层 420由包含光半导体的光半导体膜421、和承载于光半导体膜421的表面上的毫微粒子状的 氧化铱422形成。在真空能级基准下，氧化铱422的费米能级比光半导体膜421的费米能 级更为负，并且，比-4. 44eV更为负。
[0100] 作为导电体410,可以使用金属基板，也可以使用在表面设置有导电膜的基板。金 属基板或者导电膜，能够使用例如：!1、附、了&、他、41以及48等金属、或者11'0(111虹111111111 Oxide，铟锡氧化物）以及FTO (Fluorine doped Tin Oxide，掺杂氟的氧化锡）等导电性材 料。导电体410的表面中未被光半导体膜421覆盖的区域，优选由例如树脂等绝缘体覆盖。 根据这样的结构，在光半导体电极400被设置在电解液中的状态下，能够防止导电体410溶 解在电解液内。
[0101] 包含于光半导体膜421的光半导体中可以使用能够作为对水分解有效的光催化 剂而起作用、并且与氧化铱422满足上述费米能级的关系的半导体，但不特别限定。例如， 能够使用含有从由作为对水分解有效的光催化剂而公知的铌、钽、锆、钛以及镓构成的群中 选择的至少任意一种元素的η型半导体。例如，示例有：氮氧化铌（NbON)、氮化钽（Ta 3N5)、 氮化镓（GaN)以及TiO2(二氧化钛）等。其中，优选从由含有铌元素的氮氧化物以及含有 铌元素的氮化物构成的群中选择的至少任意一种η型半导体。含有铌元素的氮氧化物以及 氮化物是可见光响应性优良的半导体，例如氮氧化铌（NbON)能够吸收600nm以下的光，此 外，铌氮化物（Nb3N5)中能够吸收780nm以下的光。因此，能够得到可见光响应性优良的光 半导体电极400。光半导体膜421含有光半导体即可，优选例如光半导体被含有90质量％ 以上。此外，光半导体膜421可以实质上由光半导体构成（另外，不可避免地混入的杂质等 其他成分也可以被包有例如5质量％以下，优选被含有1质量％以下），也可以仅由光半导 体构成。
[0102] 通过光半导体膜421的厚度增加，从而光半导体膜421能够充分吸收光。但是， 若光半导体膜421的厚度增加，则通过光激励而在光半导体膜421内产生的电子在到达导 电体410之前与空穴再结合的概率也变高。因此，光半导体膜421的厚度优选为IOOnm~ 20 μm。另外，由于认为光半导体膜421的最佳厚度取决于使用的光半导体材料、晶体缺陷 等，因此优选从上述范围中适当地进行选择。
[0103] 优选承载于光半导体膜421的表面的氧化铱422含有对水氧化反应示出较高的催 化剂活性的IrO 2，更优选含有更多比例的IrO2。也可以氧化铱422由IrO2构成。另外，虽 然在本实施方式中，对使用氧化铱的例子进行了说明，但并不限定于氧化铱，也可以使用例 如含有铱元素的复合氧化物这种含有铱元素的其他氧化物。
[0104] 优选被承载的氧化铱422的初级粒子直径为IOOnm以下，更优选为IOnm以下。其 原因是粒子直径越小表面积越大，反应场增加。
[0105] 本实施方式的光半导体电极400,例如能够通过接下来的方法来制造。
[0106] 首先，准备导电体410,在该导电体410上使用MOCVD法以及溅射法等公知的成膜 方法来将光半导体材料成膜，制作光半导体膜421。
[0107] 接下来，使光半导体膜421上承载氧化铱422。作为铱提供源，能够使用例如 Na2IrCl6 · 6H20、H2IrCl6 · ηΗ20以及（NH4)2IrCl6等。通过使用氢氧化钠水溶液以及硝酸来 对该铱提供源进行PH调整，来制作含有氧化铱的胶体溶液。在使用该胶体溶液来在光半导 体膜421上承载氧化铱的方法中，能够利用例如浸渍涂敷（dip coating)、涂敷法以及浸渍 法等各种公知的方法。其中，为了承载适当量的氧化铱，并且为了精确地控制承载量，优选 使用浸渍法。在该情况下，氧化铱的承载量根据胶体溶液的浓度和浸渍时间而变化。胶体 溶液的浓度能够为例如0. 01~0. 5gL'浸渍时间能够为例如5分钟~24小时左右。另 外，氧化铱的承载量能够通过如下方法来确认：使在导电体410上形成有光半导体膜421的 部件浸渍在含有氧化铱的胶体溶液中，通过例如ICP发光分光分析来对浸渍前与浸渍后的 胶体溶液中所含的铱量之差进行测定。
[0108] 接下来，根据需要来实施热处理，使氧化铱作为毫微粒子来固定在光半导体膜421 上。热处理温度例如为小于400°C，优选为100~200°C左右。
[0109] 接下来，使这样作为毫微粒子来承载于光半导体膜421上的氧化铱422在惰性气 氛下（例如氮气气氛下）进行退火。通过该退火处理，能够制作出在真空能级基准下费米 能级比-4. 44eV更为负的氧化铱。通过在将氧化铱的毫微粒子承载于光半导体膜421之后 在惰性气氛下进行退火，并减少处于毫微粒子表面的缺陷，从而能够制作具有在真空能级 基准下比-4. 44eV更为负的费米能级的氧化铱。这样，通过使用在真空能级基准下费米能 级比-4. 44eV更为负的氧化铱，从而能够实现氧化铱作为助催化剂对能够用于水分解的公 知的η型光半导体有效地起作用的光半导体电极400。
[0110] 在本实施方式的光半导体电极400中，导电体410、光半导体膜421以及铱氧化物 422的接合前的能带构造与图1所示的构造相同。此外，将导电体410、光半导体膜421以 及铱氧化物422相互接合时的能带弯曲与图2所示的构造相同。因此，在光半导体电极400 中，如上所述，通过光半导体421与铱氧化物422的接合而产生的能带弯曲容易进行电荷分 离。其结果，在光半导体电极400中，光半导体层420中的空穴与电子的再结合被抑制，实 现了较高的量子效率。
[0111] 进一步地，光半导体电极400中含有的铱氧化物具有在真空能级基准下 比-4. 44eV更位于负侧的费米能级。在用于水分解的光半导体是η型半导体的情况下，其 传导带能级必须比水的还原电位（真空能级基准下为-4. 44eV)更位于正侧，并且，其价电 子带能级必须比水的氧化电位（真空能级基准下为-5. 67eV)更位于负侧。在使用了光半 导体的水分解中，由于在η型半导体的情况下，使用了具有所述的传导带能级与价电子带 能级的η型半导体，因此认为其费米能级比传导带能级更稍微位于负侧。也就是说，为了将 铱氧化物用作η型半导体的光催化剂活性的助催化剂，形成在与能够进行水分解的η型光 半导体接合时容易进行电荷分离的结构，而需要氧化铱的费米能级比水的还原电位（真空 能级基准下为-4. 44eV)更为负。因此，光半导体电极400中含有的铱氧化物421能够对于 用于水分解的公知的η型光半导体，作为助催化剂来起作用。
[0112] 此外，在本实施方式的光半导体电极400中，也可以在导电体410与光半导体层 420之间，进一步配置另外的半导体层（第2半导体层）。进一步配置的半导体层是能够作 为分别与光半导体层420以及导电体410欧姆接合的电荷分离膜而起作用的层，也就是说， 优选是满足图5以及图6所示的能带构造的层。根据该结构，能够实现更高的量子效率。
[0113] 在本实施方式中，以在导电体上将光半导体设置为薄膜状，具有在该膜表面上承 载有氧化铱的结构的光半导体电极为例进行了说明。但是，本发明的光半导体电极并不限 定于该结构，例如也可以是氧化铱等含有铱元素的氧化物与光半导体的混合物作为一个半 导体层（第1半导体层）而被设置在导电体上的结构。即使是含有铱元素的氧化物与光半 导体的混合物，由于只要含有铱元素的氧化物、光半导体以及导电体充分地固定，就能够进 行空穴以及电子的移动，因此能够实现图2所示的能带弯曲。其结果，能够得到同样的效 果，即，第1半导