通过第3布线747以及第4布线748,被提 供给家庭、企业等。
[0148] 根据本实施方式中的光电化学电池 600,能够提高基于光照射的氢生成反应的量 子效率。因此，根据具备这种光电化学电池 600的本实施方式的能量系统700,能够高效地 提供电力。
[0149] [实施例]
[0150] 下面，对本发明的实施例进行具体说明。
[0151] (NbON单相膜的合成）
[0152] 作为原料，使用叔丁基亚氨基三（乙基甲基氨基）银（Tertialy Buthylimino Tris (Ethyle Methylamino) Niobium (t_ (CH3)3CN = Nb(N(CH3)C2H5)3)),使用图 12 所不 的MOCVD装置800来进行NbON单相膜的合成。在气化器811内，将3. 38X KT5Pa · m3/ s(0. 2sccm)的原料801的乙基环乙烷溶液在150°C下气化。作为惰性气体，使用了氮气802。 向含有原料气体（气化了的原料801)与氮气802的、1. 69 X KT1Pa · m3/s (1000 sccm)的混 合气体中混合I. 69X KT4Pa ^mVs(Isccm)的氧803。将得到的混合气体从喷淋头814向利 用基座815加热到300°C的基板821 (ΙΤ0膜（膜厚150nm) /玻璃基板）喷射6小时，得到膜 厚 160nm 的 NbON 膜。
[0153] (氧化铱的承载方法）
[0154] 将NbON膜/ITO基板（ΙΤ0膜（膜厚150nm)/玻璃基板）放入到容器中，向其中加 入I. 5mL含有氧化铱的胶体溶液（氧化铱浓度：0. 0019~0. 228171)。另外，对使用的含有 氧化铱的胶体溶液，使用分光光度计（UV-vis)，确认了有在580nm附近出现的基于11〇 2的 吸收（参照图13)。在使NbON膜/ITO基板浸渍在所述溶液中的状态下，通过静置3~5小 时，从而在NbON膜上承载氧化铱。然后，在氮气气氛下进行了 200°C、1小时的热处理（退 火）之后，进行水清洗，从而得到氧化铱被承载于表面的NbON膜/ITO基板，即光半导体电 极。在本实施例中，改变浓度与浸渍时间，制作氧化铱的承载量互不相同的多个光半导体电 极的样本（实施例1~5)。
[0155] 此外，作为比较样本，制作了将浸渍时间设为0小时的样本，即未承载氧化铱的光 半导体电极的样本（比较例1)。进一步地，另外的比较样本（比较例2)也通过接下来的方 法来制作。首先，有意地使用硝酸来将上述胶体溶液的pH降至中性附近，并且将该胶体溶 液在常温下进行放置，由此使氧化铱沉淀。接下来，通过将这些沉淀物过滤，将回收的沉淀 物在马弗（muffle)炉内在大气中以600°C烧制3小时，由此得到粒子直径为几10 μ m的氧 化铱粉末。将使该粉末分散于溶剂（蒸馏水）中的分散液涂敷在NbON膜上，并在氮气气氛 下进行200°C、1小时的热处理，由此使氧化铱承载在NbON膜上。
[0156] (费米能级的测定方法）
[0157] 对本实施例中制作出的氧化铱与NbON膜的费米能级进行了确认。费米能级是使 用UPS(紫外光光电子分光法）来测定的。测定用的氧化铱如下制成。首先，将金属板浸 渍在含有氧化铱的胶体溶液（与上述相同的溶液）中，通过反复使金属板承载氧化铱的工 序，从而使金属板充分地承载氧化铱。然后，对承载于金属板的氧化铱，在氮气气氛下实施 200°C、1小时的热处理。使用这样制作出的氧化铱，并测定了费米能级。此外，比较例中使 用的氧化铱的费米能级是在粉末的状态下被测定的。
[0158] (ICP发光分光分析）
[0159] 作成发光强度相对于胶体溶液中的氧化铱的浓度的校准线。承载于NbON膜/ITO 基板的氧化铱量是通过利用ICP发光分光分析法来对氧化铱承载前后的胶体溶液中所含 有的铱量进行比较来决定的。即使只有蓝宝石基板（为设置NbON膜的ITO基板的背面） 也进行同样的处理，对承载于NbON膜的氧化铱量进行了准确地规定。各个样本的光半导体 电极中的氧化铱的面密度如表1所示。
[0160] (光电流测定）
[0161] 将从光源Xe灯照射出的白色光通过分光器来单色化，按照每个波长，对将向设置 于光电化学电池内的光半导体电极的各个样本（电极面积Icm 2)照射时产生的光电流进行 测定。这里使用的光电化学电池具有与实施方式2中说明的光电化学电池500同样的结构。 电解液540中使用0.1 M的硫酸水溶液。反电极530中使用铂板。光半导体电极与反电极 通过铜线电连接。将未承载氧化铱的光半导体电极（比较样本）的光电流测定结果在图14 中表示。在600nm以下的波长范围得到光电流，从与报道的NbON的吸收波长相同的位置起 确认了电流的上升。
[0162] 此外，表1中表示全部样本（实施例1~5以及比较例1、2)的光电流的测定结果。 另外，表1所示的光电流值是从照射波长300~600nm的光时得到的光电流值减去700nm 处的暗电流值后所得的值的累计值。承载了实施例1~5的氧化铱的光半导体电极与未承 载氧化铱的比较例1的光半导体电极相比，光电流值大幅度上升。此外，虽然比较例2的光 半导体电极承载有氧化铱，但由于氧化铱的费米能级与作为光半导体的NbON的费米能级 的关系不满足本发明中所特定的关系，由此光电流值非常低。
[0163] 根据以上结果，可以确认根据本发明的光半导体电极，水分解反应的活性大幅度 提高。此外，在以氧化铱为〇. 96 μ gcnT2的面密度来承载的光半导体电极中，能够确认最大 的光电流。此外，在制作取代NbON膜而使用氮化铌（Nb 3N5)膜的光半导体电极并进行同样 的试验的情况下，也得到相同的结果。
[0164] [表 1]
[0165]
【主权项】
1. 一种光半导体电极，具备： 导电体；和 第1半导体层，其被设置在所述导电体上， 所述第1半导体层包含：光半导体、和含有铱元素的氧化物， 含有所述铱元素的氧化物的费米能级，在真空能级基准下，比所述光半导体的费米能 级更为负，并且比-4. 44eV更为负。
2. 根据权利要求1所述的光半导体电极，其中， 所述光半导体是含有从由铌、钽、锆、钛以及镓构成的群中选择的至少任意一种元素的 n型半导体。
3. 根据权利要求2所述的光半导体电极，其中， 所述光半导体是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n型半导体。
4. 根据权利要求1所述的光半导体电极，其中， 所述第1半导体层中的含有所述铱元素的氧化物的面密度超过〇并且为2. 00 y gcnT2 以下。
5. 根据权利要求1所述的光半导体电极，其中， 所述第1半导体层由含有所述光半导体的光半导体膜、和承载于所述光半导体膜的表 面上的含有所述铱元素的氧化物形成。
6. 根据权利要求1所述的光半导体电极，其中， 含有所述铱元素的氧化物，以毫微粒子的状态被包含于所述第1半导体层中， 所述毫微粒子的初级粒子直径为l〇〇nm以下。
7. 根据权利要求1所述的光半导体电极，其中， 还具备第2半导体层，该第2半导体层被配置在所述导电体与所述第1半导体层之间， 且包含与所述光半导体不同的半导体， 以真空能级为基准， (i) 所述第1半导体层中的所述光半导体的传导带以及价电子带的带边能级分别具有 所述第2半导体层中的所述半导体的传导带以及价电子带的带边能级以上的大小， (ii) 所述第2半导体层中的所述半导体的费米能级比所述第1半导体层中的所述光半 导体的费米能级大，并且， (iii) 所述导电体的费米能级比所述第2半导体层中的所述半导体的费米能级大。
8. -种光电化学电池，具备： 权利要求1所述的光半导体电极； 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 容器，其容纳所述光半导体电极以及所述反电极。
9. 根据权利要求8所述的光半导体电极，其中， 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，且含有水。
10. -种能量系统，具备： 权利要求8所述的光电化学电池； 通过第1配管而与所述光电化学电池连接，且对在所述光电化学电池内生成的氢进行 储藏的氢储藏器； 通过第2配管而与所述氢储藏器连接，且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 燃料电池，其将储藏于所述氢储藏器的氢转换为电力。
【专利摘要】本发明的光半导体电极(400)具备：导电体(410)；和被设置在导电体(410)上的光半导体层(第1半导体层)(420)。光半导体层(420)包含：光半导体(例如光半导体膜(421))、和含有铱元素的氧化物(例如氧化铱(422))。含有铱元素的氧化物的费米能级，在真空能级基准下，比所述光半导体的费米能级更为负，并且比-4.44eV更为负。
【IPC分类】H01M8-06, C25B11-06, C25B1-04, H01M8-00, H01M8-10, C25B11-08
【公开号】CN104662204
【申请号】CN201380050204
【发明人】小泽宜裕, 田村聪, 宫田伸弘, 藏渕孝浩, 野村幸生, 羽藤一仁
【申请人】松下知识产权经营株式会社
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年10月28日
【公告号】EP2915907A1, US20150243443, WO2014068944A1