气体制造装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及气体制造装置，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。
【背景技术】
[0002] 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)。
[0003] 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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006] 现有技术文献
[0007]专利文献
[0008] 专利文献1 :日本特开2012-177160号公报
[0009] 专利文献2 :日本特开2004-197167号公报
【发明内容】
[0010] 发明所要解决的课题
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 本发明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。
[0014] 用于解决课题的手段
[0015] 为了达到上述目的，本发明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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 此外，优选的是，多个副元件的元件面积比第2元件小。
[0019] 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。
[0020] 此外，优选的是，半导体薄膜包含CIGS系化合物半导体。
[0021] 此外，优选的是，半导体薄膜包含CZTS系化合物半导体。
[0022] 此外，优选的是，半导体薄膜的吸收波长端在800nm以上。
[0023] 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。
[0024] 此外，氢生成催化剂优选是铂。
[0025] 发明的效果
[0026] 根据本发明，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】
[0027]图1是示意性示出本发明一个实施方式的气体制造装置的一例的剖视图。
[0028] 图2是图1所示的气体制造装置的俯视图。
[0029] 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】
[0030] 下面，根据附图所示的优选实施方式，对本发明的气体制造装置进行详细说明。
[0031] 本发明是如下装置：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。
[0032] 首先，说明本发明的气体制造装置相对于现有技术的装置的特征。
[0033] 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，本发明的特征点在 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。
[0034]图1是示意性示出本发明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。
[0035] 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。
[0036] 元件层叠体12用于从受光面接收太阳光等光，并通过水的光分解反应生成氢和 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。
[0037] 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〇
[0038] 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。
[0039] 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）小尺寸的pn结元件24a构成的集合体，9个小尺寸 的pn结元件（以下也称作副元件）24a被离散地、即呈岛状地分散配置在pn结元件22上， 具体而言配置在透明导电膜32上。pn结元件24(24a)从下侧的pn结元件22起朝向图中 上侧依次层叠有透明导电膜32、光电转换层28、缓冲层30和透明保护膜34,在透明保护膜 34上，呈分散的岛状而形成有氢生成用的助催化剂36。
[0040] 这里，透明导电膜32在pn结元件24 (24a)中作为下侧电极发挥作用，在pn结元 件22中作为上侧电极发挥作用，因此可以说是作为pn结元件22和24 (24a)这两个元件所 共用的电极发挥作用。另外，透明保护膜34构成pn结元件24(24a)的上侧电极，因此使用 了透明导电性保护膜。
[0041] 因此，可以说pn结元件24(24a)由透明导电膜32、光电转换层28、缓冲层30、透明 保护膜34和氢生成助催化剂36构成。
[0042] 但是，副元件24a被离散地、即呈岛状地分散配置在透明导电膜32上，因此在未配 置副元件24a的位置处，透明导电膜32露出到电解室16a，与电解水溶液AQ接触而短路。 此外，pn结元件24(24a)的侧面，即光电转换层28、缓冲层30和透明保护膜34的层叠体的 侧面也露出到电解室16a，与电解水溶液AQ接触而短路。
[0043] 因此，露出到电解室16a的透明导电膜32上以及pn结元件24 (24a)的侧面可以 用透明绝缘膜37来覆盖。
[0044] 在元件层叠体12中，当光从透明保护膜34侧入射到pn结元件24时，这些光穿过 透明保护膜34和缓冲层30,在光电转换层28中产生电动势，例如产生从透明导电膜32朝 向透明保护膜34的电荷（电子）的移动。换言之，产生从透明保护膜34朝向透明导电膜 32的电流（空穴的移动）。
[0045] 另一方面，当光从透明绝缘膜37侧入射到pn结元件22时，这些光穿过透明绝缘 膜37、透明导电膜32和缓冲层30,在光电转换层28中产生电动势，例如产生从导电板26 朝向透明导电膜32的电荷（电子）的移动。换言之，产生从透明导电膜32朝向导电板26 的电流（空穴的移动）。
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