[go: up one dir, main page]

JP2009274891A - Semiconductor oxide film, production method thereof, and hydrogen generation apparatus using the semiconductor oxide film - Google Patents

Semiconductor oxide film, production method thereof, and hydrogen generation apparatus using the semiconductor oxide film Download PDF

Info

Publication number
JP2009274891A
JP2009274891A JP2008125916A JP2008125916A JP2009274891A JP 2009274891 A JP2009274891 A JP 2009274891A JP 2008125916 A JP2008125916 A JP 2008125916A JP 2008125916 A JP2008125916 A JP 2008125916A JP 2009274891 A JP2009274891 A JP 2009274891A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
semiconductor oxide
oxide film
hydrogen
transparent substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2008125916A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Yokozawa
雄二 横沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2008125916A priority Critical patent/JP2009274891A/en
Publication of JP2009274891A publication Critical patent/JP2009274891A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Compounds Of Iron (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel film capable of being used as a photocatalytic film with a more improved photoelectric conversion efficiency than conventional, to provide a production method thereof, and to provide a hydrogen generation apparatus using such film and suited for generating hydrogen from an aqueous solution. <P>SOLUTION: In the film formed from a semiconductor oxide which produces electrons and holes upon absorption of light, the semiconductor oxide is a semiconductor oxide film being W-containing Fe<SB>2</SB>O<SB>3</SB>of a W/Fe atomic ratio of 0.02-0.08, a production method thereof, and a hydrogen generation apparatus using the film. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体酸化物膜およびその製造方法、ならびに半導体酸化物膜を用いた水素発生装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor oxide film, a method for producing the same, and a hydrogen generator using the semiconductor oxide film.

昨今、地球温暖化を防止するために温室効果ガスの排出量削減が求められており、この施策の一つとして、風力および太陽光などのクリーンエネルギーの導入が推進されている。また、水素を主要なエネルギー源と想定した水素社会実現に向け、燃料電池、水素製造技術、水素貯蔵・輸送技術などが、現在活発に研究されている。   Recently, in order to prevent global warming, reduction of greenhouse gas emissions is required, and as one of the measures, introduction of clean energy such as wind power and sunlight is promoted. In addition, fuel cells, hydrogen production technologies, hydrogen storage and transport technologies, etc. are being actively researched to realize a hydrogen society where hydrogen is assumed to be a major energy source.

水素は、現状、石炭、石油や天然ガスなどの化石燃料を原料として製造することができるが、将来的には、水、バイオマスなどの非化石燃料とクリーンエネルギーを用いた水素製造技術が望まれている。   Currently, hydrogen can be produced using fossil fuels such as coal, oil, and natural gas as raw materials, but in the future, hydrogen production technology using non-fossil fuels such as water and biomass and clean energy is desired. ing.

ところで、太陽光などの光を受光して光起電力を発生し、その光起電力により電気化学反応を引き起こす半導体光触媒として、二酸化チタン(TiO2)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)などの金属酸化物半導体が知られている。たとえば、白金電極と、半導体光電極としての二酸化チタン電極とを水中に配置し、二酸化チタン電極に紫外線を照射すると、水を水素と酸素とに分解できることが知られている。 By the way, metal oxides such as titanium dioxide (TiO 2 ) and strontium titanate (SrTiO 3 ) are used as semiconductor photocatalysts which receive light such as sunlight and generate photovoltaic power and cause an electrochemical reaction by the photovoltaic power. Physical semiconductors are known. For example, it is known that when a platinum electrode and a titanium dioxide electrode as a semiconductor photoelectrode are placed in water and the titanium dioxide electrode is irradiated with ultraviolet rays, the water can be decomposed into hydrogen and oxygen.

水の電気分解が可能で、太陽光を十分利用できる半導体光触媒や半導体光電極の条件としては、(1)水の電解電圧(理論値:1.23V+過電圧)以上の光起電力を有すること、すなわち伝導帯のエネルギー準位が水素発生電位よりもマイナスであり、かつ価電子帯のエネルギー準位が酸素発生電位よりプラスであること、ならびに、(2)半導体光触媒や半導体光電極自身が電解液中で光溶解を起こさない、化学的な安定性を有することなどが必要である。   The conditions of the semiconductor photocatalyst and semiconductor photoelectrode that can electrolyze water and can fully use sunlight are as follows: (1) having a photovoltaic power of electrolysis voltage of water (theoretical value: 1.23V + overvoltage) or more; That is, the energy level of the conduction band is more negative than the hydrogen generation potential, the energy level of the valence band is more positive than the oxygen generation potential, and (2) the semiconductor photocatalyst or the semiconductor photoelectrode itself is an electrolyte. It is necessary to have chemical stability or the like that does not cause photolysis.

代表的な半導体光触媒である二酸化チタンは、エネルギーバンドギャップが約3.2eVと大きく、水分解に必要な電位条件を満たすので、水の分解が可能であり、電解液中で溶解しないという長所があるが、太陽光スペクトルの約380nmより長い波長の光に対してほとんど感度がなく、太陽光に対する光電変換効率が極めて低いという問題がある。   Titanium dioxide, which is a typical semiconductor photocatalyst, has a large energy band gap of about 3.2 eV and satisfies the potential condition necessary for water decomposition, so that water can be decomposed and does not dissolve in the electrolyte. However, there is a problem that there is almost no sensitivity to light having a wavelength longer than about 380 nm in the sunlight spectrum, and the photoelectric conversion efficiency for sunlight is extremely low.

また、二酸化チタンは、上述したように水分解に必要な電位条件を満たすので、水の分解は原理上可能であるが、実際には、二酸化チタンの伝導帯のエネルギー準位は水素発生電位より僅かにマイナスに位置しているだけなので、過電圧などによりバイアスなしで水素を十分に発生させることはできていない。そこで一般的には、二酸化チタンを用いた水の分解には、外部電源を用いたバイアス、または、二酸化チタンをアルカリ性溶液に、白金電極を酸性溶液にそれぞれ浸漬することで生じるpH差を利用した化学的バイアスなどが用いられている。   In addition, since titanium dioxide satisfies the potential condition necessary for water decomposition as described above, water can be decomposed in principle, but in reality, the energy level of the conduction band of titanium dioxide is higher than the hydrogen generation potential. Since it is only slightly negative, hydrogen cannot be generated sufficiently without bias due to overvoltage or the like. Therefore, in general, water using titanium dioxide is decomposed by using a bias using an external power source or a pH difference generated by immersing titanium dioxide in an alkaline solution and a platinum electrode in an acidic solution. Chemical bias is used.

エネルギーバンドギャップの小さい材料(たとえば酸化タングステン(WO3)では約2.5eV、三酸化二鉄(Fe23)では約2.3eV)を用いた場合、酸化タングステンでは波長約460nm以下の光を吸収でき、また、三酸化二鉄では波長約540nm以下の光を吸収することができる。しかし、これらの材料の伝導帯のエネルギー準位は水素発生電位よりもプラスであり、バイアスなしでは水素を発生することはできない。 When a material having a small energy band gap (for example, about 2.5 eV for tungsten oxide (WO 3 ) and about 2.3 eV for diiron trioxide (Fe 2 O 3 )) is used, light with a wavelength of about 460 nm or less is used for tungsten oxide. In addition, ferric trioxide can absorb light having a wavelength of about 540 nm or less. However, the energy level of the conduction band of these materials is more positive than the hydrogen generation potential, and hydrogen cannot be generated without a bias.

そこで、たとえば特表2003−504799号公報(特許文献1)および特表2004−504934号公報(特許文献2)に記載されているように、電解質水溶液に浸漬された光触媒と色素増感型太陽電池を積層し、電気的に接続したタンデムセルが知られている。このタンデムセルの概略を、図7を用いて説明する。図7に示すタンデムセル51は、直列に接続された2つの光化学系から構成され、図7の紙面に関して左側に示されるセル(第1セル)は、イオン伝導の目的で電解質が添加された水からなる水性電解質液53を含み、この水性電解質液53が水の光分解に付される。図7に示すタンデムセル51において、太陽光は、ガラスシート52を介してセル内に入り、水性電解質液53を通り抜けた後に、WO3またはFe23などの酸化物から構成される中間細孔の半導体膜54により構成された電池の後壁に衝突する。この半導体膜54に含まれる酸化物は、太陽スペクトルの青色および緑色の部分を吸収し、黄色および赤色の光がその酸化物を通して透過する。太陽スペクトルの黄色および赤色部分は、第1セルの後壁の後ろに取り付けられた、第2電池(図7の紙面に関して右側に配置されたセル)によって捕捉される。第2セルは、光駆動電気バイアスとして機能する、染料増感化された中間細孔TiO2膜を含む。また第2セルは、第1セルの後壁を構成するガラスシート52の背面に堆積された透明な導電酸化膜55を含み、この導電酸化膜55は色素誘導化ナノ結晶チタニア膜56で被覆される。この色素誘導化ナノ結晶チタニア膜56は有機レドックス電解液57に接触するとともに、透明な導電酸化膜の堆積により有機電解液側で導電性となるガラス製の対極58に接触する。この対極58に接触して、上述した水溶性電解液53と同組成の水溶性電解液59が収容され、この水溶性電解液59中には、水素を発生させるための陰極60が浸漬されている。また、図7のタンデムセル51において、第1セルと第2セルとは、イオン伝導膜またはガラスフリットで形成された隔膜61にて互いに隔てられる。
特表2003−504799号公報 特表2004−504934号公報
Therefore, for example, as described in JP-T-2003-504799 (Patent Document 1) and JP-T-2004-504934 (Patent Document 2), a photocatalyst and a dye-sensitized solar cell immersed in an aqueous electrolyte solution are used. A tandem cell is known in which layers are stacked and electrically connected. The outline of this tandem cell will be described with reference to FIG. The tandem cell 51 shown in FIG. 7 is composed of two photochemical systems connected in series, and the cell (first cell) shown on the left side in FIG. 7 is a water to which an electrolyte is added for the purpose of ion conduction. The aqueous electrolyte solution 53 is made of, and the aqueous electrolyte solution 53 is subjected to water photolysis. In the tandem cell 51 shown in FIG. 7, sunlight enters the cell via the glass sheet 52, passes through the aqueous electrolyte solution 53, and then is formed of an intermediate cell composed of an oxide such as WO 3 or Fe 2 O 3. It collides with the rear wall of the battery constituted by the semiconductor film 54 of the hole. The oxide contained in the semiconductor film 54 absorbs the blue and green portions of the solar spectrum, and yellow and red light is transmitted through the oxide. The yellow and red portions of the solar spectrum are captured by a second battery (a cell located on the right side with respect to the page of FIG. 7) mounted behind the back wall of the first cell. The second cell includes a dye-sensitized mesoporous TiO 2 film that functions as a light-driven electrical bias. The second cell also includes a transparent conductive oxide film 55 deposited on the back surface of the glass sheet 52 constituting the rear wall of the first cell. The conductive oxide film 55 is covered with a dye-derivatized nanocrystalline titania film 56. The The dye-derivatized nanocrystalline titania film 56 is in contact with the organic redox electrolyte 57 and is also in contact with a glass counter electrode 58 that becomes conductive on the organic electrolyte side by the deposition of a transparent conductive oxide film. A water-soluble electrolytic solution 59 having the same composition as the above-described water-soluble electrolytic solution 53 is accommodated in contact with the counter electrode 58, and a cathode 60 for generating hydrogen is immersed in the water-soluble electrolytic solution 59. Yes. In the tandem cell 51 of FIG. 7, the first cell and the second cell are separated from each other by a diaphragm 61 formed of an ion conductive film or glass frit.
Special table 2003-504799 gazette Special table 2004-504934 gazette

太陽光を利用することを考えると、エネルギーバンドギャップのより小さなFe23を半導体光触媒として用いることが好ましい。しかし、Fe23の光触媒作用は、現状、低く実用レベルでないという問題があった。 Considering utilization of sunlight, Fe 2 O 3 having a smaller energy band gap is preferably used as the semiconductor photocatalyst. However, the photocatalytic action of Fe 2 O 3 is currently low and not practical.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来よりも光電変換効率が改善された光触媒膜として用いられ得る新規な膜およびその製造方法、ならびに、このような膜を用いた、水溶液から水素を発生するのに適した水素発生装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and the object of the present invention is a novel film that can be used as a photocatalytic film having improved photoelectric conversion efficiency than the conventional one, a method for producing the same, and An object of the present invention is to provide a hydrogen generator suitable for generating hydrogen from an aqueous solution using such a membrane.

本発明者らは、Fe23膜の光発生電流を向上させるために様々な元素のFe23への添加を試みた。その結果、Fe23にWを添加した場合に最も効果があることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下のとおりである。 The present inventors tried to add various elements to Fe 2 O 3 in order to improve the photogenerated current of the Fe 2 O 3 film. As a result, it was found that the effect was most effective when W was added to Fe 2 O 3 , and the present invention was completed. That is, the present invention is as follows.

本発明の半導体酸化物膜は、光を吸収して電子と正孔を生じる半導体酸化物で形成された膜であって、当該半導体酸化物が、Feに対するWの原子数比0.02〜0.08のW含有Fe23であることを特徴とする。 The semiconductor oxide film of the present invention is a film formed of a semiconductor oxide that absorbs light and generates electrons and holes, and the semiconductor oxide has an atomic ratio of W to Fe of 0.02 to 0. 0.08 W-containing Fe 2 O 3 .

本発明はまた、Feに対するWの原子数比0.02〜0.08のW含有Fe23膜を製造する方法であって、α−Fe23およびWO3をターゲット材料として用いたスパッタリング法により成膜する工程と、形成された膜を550〜600℃で熱処理する工程とを含む、半導体酸化物膜の製造方法についても提供する。 The present invention is also a method for producing a W-containing Fe 2 O 3 film having an atomic ratio of W to Fe of 0.02 to 0.08, using α-Fe 2 O 3 and WO 3 as target materials. There is also provided a method for producing a semiconductor oxide film, which includes a step of forming a film by a sputtering method and a step of heat-treating the formed film at 550 to 600 ° C.

本発明はさらに、受光面側から、本発明の半導体酸化物膜と、透明導電膜と、透明基板と、太陽電池とを少なくとも備え、前記透明基板に厚み方向に貫通して、透明導電膜と太陽電池とを電気的に接続する導電部材が設けられていることを特徴とする水素発生装置についても提供する。   The present invention further includes at least a semiconductor oxide film of the present invention, a transparent conductive film, a transparent substrate, and a solar cell from the light-receiving surface side, and penetrates the transparent substrate in the thickness direction, The present invention also provides a hydrogen generator characterized in that a conductive member for electrically connecting the solar cell is provided.

本発明によれば、従来と比較して光電変換効率が改善された、光触媒膜として用いられ得る半導体酸化物膜を提供することができる。また本発明の半導体酸化物膜の製造方法によれば、このような光触媒膜に好適に用いられる本発明の半導体酸化物膜を好適に製造することができる。さらに、本発明によれば、上述した本発明の半導体酸化物膜を用いることによって、水を分解して水素を発生するのに適した水素発生装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor oxide film which can be used as a photocatalyst film | membrane with the improved photoelectric conversion efficiency compared with the past can be provided. Moreover, according to the manufacturing method of the semiconductor oxide film of this invention, the semiconductor oxide film of this invention used suitably for such a photocatalyst film | membrane can be manufactured suitably. Furthermore, according to the present invention, by using the semiconductor oxide film of the present invention described above, it is possible to provide a hydrogen generator suitable for decomposing water and generating hydrogen.

本発明の半導体酸化物膜は、光を吸収して電子と正孔を生じる半導体酸化物で形成された膜であって、当該半導体酸化物が、Feに対するWの原子数比が0.02〜0.08のW含有Fe23であることを特徴とする。このような本発明の半導体酸化物膜を光触媒膜として用いることで、従来と比較して光電変換効率が格段に改善され得、後述する作用機序により水を分解して水素を発生するための水素発生装置用の材料として好適に用いることができる。なお、本発明の半導体酸化物膜において、WをFe23に添加することによって、光電変換効率が改善される理由としては、Fe23にドーパントとして作用するWを添加することにより、発生キャリア数の増加、あるいは粒界不活性化などの効果であると考えられる。 The semiconductor oxide film of the present invention is a film formed of a semiconductor oxide that absorbs light and generates electrons and holes, and the semiconductor oxide has an atomic ratio of W to Fe of 0.02 to 0.02. It is characterized by being 0.08 W-containing Fe 2 O 3 . By using such a semiconductor oxide film of the present invention as a photocatalyst film, the photoelectric conversion efficiency can be remarkably improved as compared with the conventional case, and hydrogen is generated by decomposing water by the action mechanism described later. It can be suitably used as a material for a hydrogen generator. In the semiconductor oxide film of the present invention, the reason why photoelectric conversion efficiency is improved by adding W to Fe 2 O 3 is that by adding W acting as a dopant to Fe 2 O 3 , This is considered to be an effect of increasing the number of generated carriers or inactivating the grain boundary.

本発明の半導体酸化物膜を形成する半導体酸化物におけるFeに対するWの原子数比が0.02未満である場合、または、0.08を超える場合には、光電変換効率が低いという不具合がある。Feに対するWの原子数比が0.02未満では、Wのドーパント作用が不十分であり、またFeに対するWの原子数比が0.08を超える場合には、α−Fe23の結晶性が悪化するものと考えられるためである。Wのドーパント作用、あるいは粒界不活性化による発生キャリア再結合抑制効果と、α−Fe23の結晶性低下との兼ね合いから、本発明の半導体酸化物膜を形成する半導体酸化物におけるFeに対するWの原子数比は0.02〜0.08の範囲内であることが好ましく、0.04であることが特に好ましいことを実験的に確認した(後述)。なお、上述したFeに対するWの原子数比は、蛍光X線分析を行うことによって測定された値を指す。 When the atomic ratio of W to Fe in the semiconductor oxide forming the semiconductor oxide film of the present invention is less than 0.02 or exceeds 0.08, there is a problem that the photoelectric conversion efficiency is low. . When the atomic ratio of W to Fe is less than 0.02, the dopant action of W is insufficient, and when the atomic ratio of W to Fe exceeds 0.08, crystals of α-Fe 2 O 3 This is because sex is considered to deteriorate. Fe in the semiconductor oxide that forms the semiconductor oxide film of the present invention is a balance between the effect of suppressing the recombination of generated carriers due to the dopant action of W or the inactivation of grain boundaries and the decrease in crystallinity of α-Fe 2 O 3. It has been experimentally confirmed that the atomic ratio of W to is preferably in the range of 0.02 to 0.08, and particularly preferably 0.04 (described later). In addition, the atomic ratio of W to Fe mentioned above refers to a value measured by performing fluorescent X-ray analysis.

本発明の半導体酸化物膜は、その厚みについては特に制限されないが、0.1〜0.5μmの範囲内であることが好ましく、0.2〜0.3μmの範囲内であることがより好ましい。半導体酸化物膜の厚みが0.1μm未満である場合には、光吸収が不十分になる傾向にあるためであり、また、半導体酸化物膜の厚みが0.5μmを超える場合には、光発生キャリアの再結合が増加するというような傾向にあるためである。なお、上述した半導体酸化物膜の厚みは、たとえば膜断面を走査型電子顕微鏡で観察して測定された半導体酸化物膜の厚みを指す。   The thickness of the semiconductor oxide film of the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 0.5 μm, and more preferably in the range of 0.2 to 0.3 μm. . This is because when the thickness of the semiconductor oxide film is less than 0.1 μm, light absorption tends to be insufficient, and when the thickness of the semiconductor oxide film exceeds 0.5 μm, This is because the recombination of generated carriers tends to increase. The thickness of the semiconductor oxide film described above refers to the thickness of the semiconductor oxide film measured by, for example, observing the film cross section with a scanning electron microscope.

上述した本発明の半導体酸化物膜を製造する方法は特に制限されるものではないが、α−Fe23とWO3からなるターゲット材料を用いてスパッタリング法により成膜する工程と、形成された膜を550〜600℃で熱処理する工程とを含む方法によって特に好適に製造することができる。本発明は、このような本発明の半導体酸化物膜の製造方法についても提供するものである。 The method for producing the above-described semiconductor oxide film of the present invention is not particularly limited, and is formed by a sputtering method using a target material composed of α-Fe 2 O 3 and WO 3. The film can be particularly preferably manufactured by a method including a step of heat-treating the film at 550 to 600 ° C. The present invention also provides a method for producing such a semiconductor oxide film of the present invention.

本発明の半導体酸化物膜の製造方法ではまず、α−Fe23およびWO3をターゲット材料として用いてスパッタリング法により成膜する。スパッタリング法を行うための装置としては特に制限されるものではないが、膜厚を高精度に制御できることから、高周波マグネトロンスパッタ法を採用することが好ましい。また、成膜条件についても特に制限されるものではないが、高周波マグネトロンスパッタ装置を用いる場合には、RF電源パワーは100〜200W、基板温度は200〜500℃、ガス組成比はAr:O2=25:1〜5(sccm)、成膜圧力は0.5〜3Pa、基板−ターゲット間距離は100〜250mm、成膜開始チャンバー内真空度は2×10-3Pa以下の条件にて形成することが好ましい。本発明の半導体酸化物膜の製造方法では、形成された膜中のFeに対するWの原子数比を0.02〜0.08(特に好ましくは0.04)とする必要があるが、この原子数比は、たとえば、一方のターゲット(たとえばα−Fe23)のRFパワーおよび基板−ターゲット距離を固定しておき、他方のターゲット(たとえばWO3)のRFパワーおよび基板−ターゲット距離を適宜変動させることで、調整することができる。なお、上記条件はあくまで例示であって、成膜条件は使用する成膜装置に応じて適宜変更・選択することができる。半導体酸化物膜の厚みは、成膜時間により調整することができる。 In the method for producing a semiconductor oxide film of the present invention, first, α-Fe 2 O 3 and WO 3 are used as target materials to form a film by sputtering. The apparatus for performing the sputtering method is not particularly limited, but it is preferable to employ the high-frequency magnetron sputtering method because the film thickness can be controlled with high accuracy. Also, the film forming conditions are not particularly limited, but when a high-frequency magnetron sputtering apparatus is used, the RF power source power is 100 to 200 W, the substrate temperature is 200 to 500 ° C., and the gas composition ratio is Ar: O 2. = 25: 1 to 5 (sccm), film forming pressure is 0.5 to 3 Pa, substrate-target distance is 100 to 250 mm, and the degree of vacuum in the film forming start chamber is 2 × 10 −3 Pa or less. It is preferable to do. In the method for producing a semiconductor oxide film of the present invention, the atomic ratio of W to Fe in the formed film needs to be 0.02 to 0.08 (particularly preferably 0.04). As for the number ratio, for example, the RF power and substrate-target distance of one target (for example, α-Fe 2 O 3 ) are fixed, and the RF power and substrate-target distance of the other target (for example, WO 3 ) are appropriately set. It can be adjusted by changing it. The above conditions are merely examples, and the film forming conditions can be changed and selected as appropriate according to the film forming apparatus to be used. The thickness of the semiconductor oxide film can be adjusted by the deposition time.

本発明の半導体酸化物膜の製造方法では、次に、上述のようにして得られた膜に、550〜600℃の範囲内の温度での熱処理を施す。この熱処理は、スパッタリング法で成膜された膜を結晶化させるという目的で行われ、熱処理を行わない場合には、アモルファス状の膜となっており,光電変換特性を示さないという不具合がある。また熱処理の温度が550℃未満である場合には、結晶化が不十分であり光電変換効率が低いという不具合があり、また、熱処理の温度が600℃を超える場合には、透明導電膜と半導体酸化物膜との間で拡散が起こったことが原因と考えられる光電変換効率の低下が起こるという不具合がある。上述した550〜600℃の範囲内の温度で熱処理を施すことで、半導体酸化物膜中の半導体酸化物中のα−Fe23結晶構造を壊すことなく熱処理を行うことができる。なお、得られた半導体酸化物膜において、半導体酸化物中のα−Fe23結晶構造が壊れているか否かは、たとえばX線回折装置を用いて測定されたX線回折パターンにα−Fe23結晶が存在するか否かによって確認することができる。熱処理は、たとえば高温電気炉など従来公知の適宜の装置を用いて行うことができる。また熱処理の際の雰囲気は特に制限されるものではなく、たとえば大気圧雰囲気で行うことができる。 In the method for producing a semiconductor oxide film of the present invention, next, the film obtained as described above is subjected to a heat treatment at a temperature in the range of 550 to 600 ° C. This heat treatment is performed for the purpose of crystallizing a film formed by a sputtering method. When the heat treatment is not performed, the film is an amorphous film and does not exhibit photoelectric conversion characteristics. Further, when the temperature of the heat treatment is less than 550 ° C., there is a problem that crystallization is insufficient and the photoelectric conversion efficiency is low, and when the temperature of the heat treatment exceeds 600 ° C., the transparent conductive film and the semiconductor There is a problem in that a decrease in photoelectric conversion efficiency, which is considered to be caused by diffusion between the oxide film and the oxide film, occurs. By performing the heat treatment at a temperature within the range of 550 to 600 ° C., the heat treatment can be performed without breaking the α-Fe 2 O 3 crystal structure in the semiconductor oxide in the semiconductor oxide film. In the obtained semiconductor oxide film, whether the α-Fe 2 O 3 crystal structure in the semiconductor oxide is broken or not is determined by, for example, an α-ray diffraction pattern measured using an X-ray diffractometer in an α-ray diffraction pattern. This can be confirmed by the presence or absence of Fe 2 O 3 crystals. The heat treatment can be performed using a conventionally known appropriate apparatus such as a high temperature electric furnace. Moreover, the atmosphere in the case of heat processing is not restrict | limited in particular, For example, it can carry out in an atmospheric pressure atmosphere.

図1は、本発明の好ましい一例の水素発生装置1を模式的に示す断面図であり、図2は図1に示す水素発生装置1の正面図である。なお、図1は、図2の切断面線I−Iからみた断面を示している。本発明は、上述した本発明の半導体酸化物膜を用いた水素発生装置についても提供するものである。本発明の水素発生装置1は、図1および図2に示されるように、受光面側から、上述した本発明の半導体酸化物膜2と、透明導電膜3と、透明基板4と、太陽電池Sとを少なくとも備え、前記透明基板4に厚み方向に貫通して、透明導電膜3と太陽電池Sとを電気的に接続する導電部材5a,5bが設けられていることを特徴とする。   FIG. 1 is a sectional view schematically showing a preferred example of the hydrogen generator 1 of the present invention, and FIG. 2 is a front view of the hydrogen generator 1 shown in FIG. FIG. 1 shows a cross section as viewed from the section line II in FIG. The present invention also provides a hydrogen generator using the above-described semiconductor oxide film of the present invention. As shown in FIGS. 1 and 2, the hydrogen generator 1 of the present invention includes the above-described semiconductor oxide film 2, transparent conductive film 3, transparent substrate 4, and solar cell from the light receiving surface side. And a conductive member 5a, 5b for electrically connecting the transparent conductive film 3 and the solar cell S through the transparent substrate 4 in the thickness direction.

本発明の水素発生装置1に用いられる透明基板4としては、透光性を有する基板が用いられる。ここで、「透光性」とは、波長約350〜1000nmの光をほとんど吸収せずに透過させる性質を有し、たとえば可視紫外分光光度計により透過スペクトルを測定することで確認することができる。このような透明基板4としては、たとえば、ガラス基板、石英基板などを用いることができる。中でも、耐熱性に優れることからガラス基板を用いることが好ましい。   As the transparent substrate 4 used in the hydrogen generator 1 of the present invention, a light-transmitting substrate is used. Here, “translucency” has a property of transmitting light having a wavelength of about 350 to 1000 nm with almost no absorption, and can be confirmed by measuring a transmission spectrum with a visible ultraviolet spectrophotometer, for example. . As such a transparent substrate 4, a glass substrate, a quartz substrate, etc. can be used, for example. Among these, it is preferable to use a glass substrate because of its excellent heat resistance.

透明基板4の厚みは、特に制限されるものではないが、0.3〜5mmの範囲内であることが好ましい。透明基板4の厚みが0.3mm未満である場合には、水素発生装置を実現した際に構造的に支持することが困難となる虞があるためであり、また、透明基板4の厚みが5mmを超える場合には、貫通孔の形成などの加工が困難となる傾向にあるためである。また、透明基板4の大きさおよび形状は、本発明の水素発生装置に用いるのに適当な大きさであればよく、たとえば、縦100〜500mm、横100〜500mmの断面方形状の透明基板4を好適に用いることができる。   The thickness of the transparent substrate 4 is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.3 to 5 mm. This is because if the thickness of the transparent substrate 4 is less than 0.3 mm, it may be difficult to structurally support the hydrogen generator, and the thickness of the transparent substrate 4 may be 5 mm. This is because processing such as formation of a through hole tends to be difficult. The size and shape of the transparent substrate 4 may be any size as long as it is suitable for use in the hydrogen generator of the present invention. For example, the transparent substrate 4 having a rectangular cross section of 100 to 500 mm in length and 100 to 500 mm in width. Can be suitably used.

透明基板4と本発明の半導体酸化物膜2との間に介在される透明導電膜3としては、透光性を有するものであれば、特に制限されるものではなく、たとえば、ITO(In23−SnO2)膜、FドープSnO2膜、ZnO膜などを好ましい例として挙げることができる。なお、透明導電膜3における「透光性」とは、透明基板4における透光性について上述した定義と同じであり、同様の方法にて確認することができる。 The transparent conductive film 3 interposed between the transparent substrate 4 and the semiconductor oxide film 2 of the present invention is not particularly limited as long as it has translucency. For example, ITO (In 2 Preferred examples include an O 3 —SnO 2 ) film, an F-doped SnO 2 film, and a ZnO film. The “translucency” in the transparent conductive film 3 is the same as the definition described above for the translucency in the transparent substrate 4 and can be confirmed by the same method.

本発明における透明導電膜3は、その厚みについては特に制限されるものではないが、0.1〜0.5μmの範囲内であることが好ましい。透明導電膜3の厚みが0.1μm未満の場合には、直列抵抗が増加する傾向にあり、また透明導電膜3の厚みが0.5μmを超える場合には、膜の剥れやクラックが発生しやすくなる傾向にあるためである。なお、透明導電膜3の厚みは、本発明の半導体酸化物膜の厚みについて上述したのと同様の方法を用いて測定された値を指す。   The thickness of the transparent conductive film 3 in the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 0.5 μm. When the thickness of the transparent conductive film 3 is less than 0.1 μm, the series resistance tends to increase. When the thickness of the transparent conductive film 3 exceeds 0.5 μm, film peeling or cracking occurs. This is because it tends to be easier. The thickness of the transparent conductive film 3 indicates a value measured using the same method as described above for the thickness of the semiconductor oxide film of the present invention.

また、透明基板4の透明導電膜3が形成された側とは反対側には、太陽電池Sが設けられる。太陽電池Sは、当分野において通常用いられる太陽電池であれば特に制限されることなく用いることができるが、現状、長期信頼性に優れる結晶シリコン(Si)太陽電池を用いることが好ましい。ここで、太陽電池Sは、1個の太陽電池からなるように構成されてもよく、また複数個の太陽電池からなるように構成されてもよいが、本発明の半導体酸化物膜の高い光電流値を引き出すため、直列に電気的に接続された複数個(図1に示す例では3個)の太陽電池セルから構成されるように実現されることが好ましい。なお、太陽電池Sに要求される特性としては、たとえば、本発明の半導体酸化物膜2の光電流特性が4mA/cm2である場合には、透明基板4からは約340mAの光電流が発生するため、半導体酸化物膜2を透過した光によって太陽電池S一枚あたり約340mA以上の電流と約0.5Vの電圧を発生し得る特性を有することが好ましい。 A solar cell S is provided on the side of the transparent substrate 4 opposite to the side where the transparent conductive film 3 is formed. The solar cell S can be used without particular limitation as long as it is a solar cell normally used in this field, but at present, it is preferable to use a crystalline silicon (Si) solar cell excellent in long-term reliability. Here, although the solar cell S may be comprised so that it may consist of one solar cell, and may be comprised so that it may consist of a several solar cell, it is high light of the semiconductor oxide film of this invention. In order to draw out a current value, it is preferable to be realized by a plurality of (three in the example shown in FIG. 1) solar cells electrically connected in series. As a characteristic required for the solar cell S, for example, when the photocurrent characteristic of the semiconductor oxide film 2 of the present invention is 4 mA / cm 2 , a photocurrent of about 340 mA is generated from the transparent substrate 4. Therefore, it is preferable that the light transmitted through the semiconductor oxide film 2 has characteristics capable of generating a current of about 340 mA or more and a voltage of about 0.5 V per solar cell S.

本発明の水素発生装置1では、透明基板4の厚み方向に貫通して、透明導電膜3と太陽電池Sとを電気的に接続する導電部材5a,5bが設けられている。導電部材5a,5bは、たとえば、断面方形状の透明基板4の一辺に沿って所定の間隔にて複数個予め形成された貫通孔に導電性材料を埋め込むことによって形成される。また、図1に示す例では、透明基板4の上記一辺と対向する辺に沿って、かつ前記複数個の導電部材5aに対応する位置に、所定の間隔にて複数個の貫通孔が予め形成され、この貫通孔にも導電性部材が埋め込まれることによって、導電部材5bが形成される。なお、この導電部材5bは、図1に示す水素発生装置1においては、電解質水溶液側に露出する。このような導電部材5a,5bによって、透明基板4上に形成された透明導電膜3を太陽電池Sに電気的に接続する。具体的には、複数個の太陽電池Sにそれぞれ1個ずつ形成されたプラス電極Saとマイナス電極Sbとを、互いに隣り合う太陽電池S同士でリード線9を介して直列に電気的接続し、余ったプラス電極Saを導電部材5aに、マイナス電極Sbを導電部材5bにリード線9を介して電気的に接続するようにする。   In the hydrogen generator 1 of the present invention, conductive members 5 a and 5 b that penetrate the transparent substrate 4 in the thickness direction and electrically connect the transparent conductive film 3 and the solar cell S are provided. The conductive members 5a and 5b are formed, for example, by embedding a conductive material in a plurality of through holes formed in advance at predetermined intervals along one side of the transparent substrate 4 having a square cross section. In the example shown in FIG. 1, a plurality of through holes are previously formed at predetermined intervals along the side of the transparent substrate 4 facing the one side and corresponding to the plurality of conductive members 5a. The conductive member 5b is formed by embedding a conductive member in the through hole. The conductive member 5b is exposed to the electrolyte aqueous solution side in the hydrogen generator 1 shown in FIG. The transparent conductive film 3 formed on the transparent substrate 4 is electrically connected to the solar cell S by such conductive members 5a and 5b. Specifically, the positive electrode Sa and the negative electrode Sb formed one by one on each of the plurality of solar cells S are electrically connected in series via the lead wires 9 between the adjacent solar cells S, The surplus positive electrode Sa is electrically connected to the conductive member 5a, and the negative electrode Sb is electrically connected to the conductive member 5b via the lead wire 9.

導電部材5a,5bの形成材料は、導電性を有する材料であれば特に制限されるものではなく、たとえば銀、銅などを挙げることができる。中でも、銀ペーストは焼結により容易に低抵抗な導電体となるため、銀ペーストを前記貫通孔に充填後、焼成することによって導電部材5a,5bを形成することが好ましい。   The material for forming the conductive members 5a and 5b is not particularly limited as long as it is a conductive material, and examples thereof include silver and copper. Among them, since the silver paste easily becomes a low-resistance conductor by sintering, it is preferable to form the conductive members 5a and 5b by filling the through-hole and then baking the silver paste.

また、本発明の水素発生装置1では、図1および図2に示す例のように、透明基板4における上述した複数個の導電部材5bに、それぞれ導電性接着剤7を介して、複数本のワイヤ電極6が設けられてなることが好ましい。ワイヤ電極6は、導電性接着剤7によりその基端部が設けられた導電部材5bより、透明基板4の厚み方向に沿って立ち上がり、半導体酸化物膜2と接触しないように中途で折り曲げられ、半導体酸化物膜2と間隔を空けながら対向して導電部材5a側へ延びるように設けられている。このワイヤ電極6は、本発明の水素発生装置1を横へ寝かせたり傾斜させて使用しても、ワイヤ電極6の先端部が半導体酸化物膜2と接触してしまうことがないように、たとえば白金などの材料にてワイヤ電極6を形成することで剛性をもたせるようにすることが好ましい。また、ワイヤ電極6は、水素発生装置1の筐体11のカバーガラス12にその先端部を固定するようにすることで、半導体酸化物膜2と接触しないようにしてもよい。このように、ワイヤ電極6を半導体酸化物膜2と接触しないように、当該半導体酸化物膜2と近接対向させて設けることで、太陽電池Sを電解質液中に浸漬する構造を避けて耐久性の向上を図ることができ、また、アノードとなる半導体酸化物膜2とカソードとなるワイヤ電極6との距離を近づけて抵抗を減らすことができる。   Moreover, in the hydrogen generator 1 of the present invention, a plurality of conductive members 5b on the transparent substrate 4 are respectively connected to the plurality of conductive members 5b via the conductive adhesive 7 as in the example shown in FIGS. It is preferable that a wire electrode 6 is provided. The wire electrode 6 rises along the thickness direction of the transparent substrate 4 from the conductive member 5b provided with the base end portion thereof by the conductive adhesive 7, and is bent halfway so as not to contact the semiconductor oxide film 2. The semiconductor oxide film 2 is provided to extend toward the conductive member 5a while facing the semiconductor oxide film 2 with a gap. In order to prevent the tip of the wire electrode 6 from coming into contact with the semiconductor oxide film 2 even when the hydrogen generator 1 of the present invention is laid sideways or tilted, for example, the wire electrode 6 Preferably, the wire electrode 6 is formed of a material such as platinum so as to have rigidity. In addition, the wire electrode 6 may be prevented from contacting the semiconductor oxide film 2 by fixing the tip of the wire electrode 6 to the cover glass 12 of the housing 11 of the hydrogen generator 1. As described above, the wire electrode 6 is provided in close proximity to the semiconductor oxide film 2 so as not to come into contact with the semiconductor oxide film 2, thereby avoiding the structure in which the solar cell S is immersed in the electrolyte solution and is durable. In addition, the resistance can be reduced by reducing the distance between the semiconductor oxide film 2 serving as an anode and the wire electrode 6 serving as a cathode.

なお、ワイヤ電極6を導電部材5bに設けるために用いられる導電性接着剤7としては、導電性を有しかつ接着性を有するものであれば特に制限なく従来公知のものを適宜用いることができる。中でも好適な導電性接着剤として銀、銅、ニッケルなどの金属フィラーをエポキシ樹脂などのバインダと混練したタイプの導電性接着剤を挙げることができる。   In addition, as the conductive adhesive 7 used for providing the wire electrode 6 on the conductive member 5b, any conventionally known one can be appropriately used without particular limitation as long as it has conductivity and adhesiveness. . Among them, as a suitable conductive adhesive, a conductive adhesive of a type in which a metal filler such as silver, copper or nickel is kneaded with a binder such as an epoxy resin can be exemplified.

本発明の水素発生装置1では、上述したように本発明の半導体酸化物膜2、透明導電膜3が順次形成された透明基板4に、厚み方向に貫通した導電部材5a,5bを設け、透明導電膜3と太陽電池Sとを電気的に接続した構造物を、図1および図2に示す例のように電解質水溶液8とともに筐体11内に収容することで実現される。本発明の水素発生装置1に用いられる筐体11は、一方側に開口を有し、上述した構造物を嵌め込んで保持し得る形状を有するフレーム13と、当該フレーム13の開口に嵌めこまれるカバーガラス12とを有する。すなわち、本発明の水素発生装置1における筐体11は、本発明の半導体酸化物膜2および透明導電膜3が形成された透明基板4の厚み方向一方側が配置される側が少なくとも透光性を有するように形成され、後述する水分解による水素発生に際しては、このカバーガラス12が設けられた側を受光面側として用いる(図1に示す例では、白抜きの矢符にて、水素発生装置1に照射される太陽光を示している。)。また筐体11は、フレーム13にて保持される上述した構造物とカバーガラス12との間に電解質水溶液35を収容するための空間部を有するように形成される。   In the hydrogen generator 1 of the present invention, as described above, the transparent substrate 4 on which the semiconductor oxide film 2 and the transparent conductive film 3 of the present invention are sequentially formed is provided with conductive members 5a and 5b penetrating in the thickness direction. This is realized by housing a structure in which the conductive film 3 and the solar cell S are electrically connected together with the aqueous electrolyte solution 8 as shown in the example shown in FIGS. 1 and 2. The housing 11 used in the hydrogen generator 1 of the present invention has an opening on one side, and is fitted into the frame 13 having a shape capable of fitting and holding the structure described above, and the opening of the frame 13. And a cover glass 12. That is, the casing 11 in the hydrogen generator 1 of the present invention has at least a light-transmitting property on the side where one side in the thickness direction of the transparent substrate 4 on which the semiconductor oxide film 2 and the transparent conductive film 3 of the present invention are formed is disposed. When generating hydrogen by water splitting, which will be described later, the side on which the cover glass 12 is provided is used as the light-receiving surface side (in the example shown in FIG. 1, the hydrogen generator 1 is indicated by a white arrow). Shows the sunlight shining on.) The housing 11 is formed to have a space for accommodating the electrolyte aqueous solution 35 between the above-described structure held by the frame 13 and the cover glass 12.

また図1および図2に示す例では、透明基板4の厚み方向他方側においては、上述した筐体11のフレーム13の開口にバックカバーフィルム14を嵌め込むことで、太陽電池Sを収容する。このバックカバーフィルム14としては、たとえばポリフッ化ビニル樹脂などのフィルムを用いることができる。また、透明基板4と太陽電池Sとの間および太陽電池Sとバックカバーフィルム14との間には、たとえばEVA(エチレンビニルアセテート)フィルム、オレフィン系樹脂フィルムなどのフィルム15が介在されてなることが好ましい。   In the example shown in FIGS. 1 and 2, on the other side in the thickness direction of the transparent substrate 4, the solar cell S is accommodated by fitting the back cover film 14 into the opening of the frame 13 of the housing 11 described above. As the back cover film 14, for example, a film such as a polyvinyl fluoride resin can be used. Further, a film 15 such as an EVA (ethylene vinyl acetate) film or an olefin resin film is interposed between the transparent substrate 4 and the solar cell S and between the solar cell S and the back cover film 14. Is preferred.

本発明の水素発生装置1に用いられる電解質水溶液8としては、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性水溶液が好ましく用いられる。なお、筐体11におけるフレーム13は、当該電解質水溶液8によって変質しない樹脂(たとえばポリエチレン、ポリプロピレンなど)にて形成されることが好ましい。   As the aqueous electrolyte solution 8 used in the hydrogen generator 1 of the present invention, an alkaline aqueous solution such as a sodium hydroxide aqueous solution is preferably used. Note that the frame 13 in the housing 11 is preferably formed of a resin (eg, polyethylene, polypropylene, etc.) that is not altered by the electrolyte aqueous solution 8.

また、本発明の水素発生装置1は、筐体11が、水の分解により発生した水素(H2)16および酸素(O2)17を取り出すための取り出し口18a,19aを有することを特徴とする。図1および図2に示す例の水素発生装置1では、上記取り出し口18a,19aは、フレーム13の上部にそれぞれ設けられ、パイプ18,19を介して水素16と酸素17とを分離するための水素分離膜または高分子膜を備えた公知のガス分離装置(図示せず)に接続されるように構成される。なお、当該取り出し口18a,19aは、筐体11内に収容された電解質溶液8を内部で循環させるように、パイプ18,19を介して電解質水溶液循環装置(図示せず)にも接続されてなるのが好ましい。 In addition, the hydrogen generator 1 of the present invention is characterized in that the casing 11 has outlets 18a and 19a for extracting hydrogen (H 2 ) 16 and oxygen (O 2 ) 17 generated by the decomposition of water. To do. In the hydrogen generator 1 of the example shown in FIGS. 1 and 2, the take-out ports 18 a and 19 a are provided in the upper part of the frame 13, respectively, for separating hydrogen 16 and oxygen 17 through the pipes 18 and 19. It is configured to be connected to a known gas separation device (not shown) provided with a hydrogen separation membrane or a polymer membrane. The take-out ports 18a and 19a are also connected to an aqueous electrolyte solution circulation device (not shown) via pipes 18 and 19 so as to circulate the electrolyte solution 8 accommodated in the housing 11 inside. Preferably it is.

本発明の水素発生装置1は、以下のような機構にて水を水素16と酸素17とに分解することができる。まず、本発明の半導体酸化物膜2が形成された透明基板4の厚み方向一方側に配置されたカバーガラス12を介して、太陽光(図1において矢符)を水素発生装置1内に照射させる。太陽光のスペクトルのうち約600nmまでの波長の光がW含有Fe23膜である本発明の半導体酸化物膜2で吸収され、電子(e-)と正孔(h+)を生じる。半導体酸化物膜2と電解質水溶液8との接触電位差により、半導体酸化物膜2中で励起された電子は、透明基板4上の透明導電膜3で集められ、導電部材5bを通って太陽電池Sのプラス電極に流れる。一方、正孔は、半導体酸化物膜2の表面に移動する。半導体酸化物膜2の表面の正孔は、次のように、電解質水溶液8の溶媒である水を酸化して、酸素17を発生させる。 The hydrogen generator 1 of the present invention can decompose water into hydrogen 16 and oxygen 17 by the following mechanism. First, sunlight (an arrow in FIG. 1) is irradiated into the hydrogen generator 1 through a cover glass 12 disposed on one side in the thickness direction of the transparent substrate 4 on which the semiconductor oxide film 2 of the present invention is formed. Let Light having a wavelength of up to about 600 nm in the spectrum of sunlight is absorbed by the semiconductor oxide film 2 of the present invention, which is a W-containing Fe 2 O 3 film, to generate electrons (e ) and holes (h + ). Electrons excited in the semiconductor oxide film 2 due to the contact potential difference between the semiconductor oxide film 2 and the aqueous electrolyte solution 8 are collected by the transparent conductive film 3 on the transparent substrate 4 and pass through the conductive member 5b to the solar cell S. Flows into the positive electrode. On the other hand, holes move to the surface of the semiconductor oxide film 2. The holes on the surface of the semiconductor oxide film 2 oxidize water that is the solvent of the aqueous electrolyte solution 8 to generate oxygen 17 as follows.

4h++2H2O→O2+4H+
一方、半導体酸化物膜2を透過した波長約600nm以上の太陽光は、太陽電池Sで吸収され、光起電力を生じる。太陽電池Sは、半導体酸化物膜2で励起された電子のエネルギー準位を水素発生電位よりも十分にマイナスに押し上げる。したがって、水素発生電極であるワイヤ電極6では、次のように水分子が還元されて水素16が発生する。
4h + + 2H 2 O → O 2 + 4H +
On the other hand, sunlight having a wavelength of about 600 nm or more transmitted through the semiconductor oxide film 2 is absorbed by the solar cell S to generate photovoltaic power. The solar cell S pushes up the energy level of electrons excited by the semiconductor oxide film 2 sufficiently more negative than the hydrogen generation potential. Therefore, in the wire electrode 6 that is a hydrogen generation electrode, water molecules are reduced and hydrogen 16 is generated as follows.

4H++4e-→2H2
このようにして、本発明の水素発生装置1に太陽光を照射することにより、水を酸素と水素とに分解することができる。
4H + + 4e - → 2H 2
Thus, water can be decomposed into oxygen and hydrogen by irradiating the hydrogen generator 1 of the present invention with sunlight.

図3は、図1および図2に示した例の本発明の水素発生装置1の製造方法の一例の前半部分を段階的に示す図であり、図4はその後半部分を段階的に示す図である。上述したような本発明の水素発生装置1の製造方法は、特に制限されるものではないが、たとえば、図3および図4に示されるような手順にて好適に製造することができる。以下、図3および図4を参照して、本発明の水素発生装置1の製造方法の一例を説明する。   FIG. 3 is a diagram showing the first half of an example of the method of manufacturing the hydrogen generator 1 of the present invention of the example shown in FIGS. 1 and 2 in stages, and FIG. 4 is a diagram showing the latter half in stages. It is. Although the manufacturing method of the hydrogen generator 1 of the present invention as described above is not particularly limited, for example, it can be preferably manufactured by a procedure as shown in FIGS. 3 and 4. Hereinafter, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, an example of the manufacturing method of the hydrogen generator 1 of this invention is demonstrated.

まず、図3(a)に示すように、ガラス製の透明基板4に貫通孔を複数個形成する。具体的には、横100mm×縦100mm×厚み1mmの大きさを有する透明基板4に、直径0.5mmの貫通孔を2列×4個形成する場合が例示されるが、勿論これに限定されるものではない。形成された各貫通孔に、たとえば銀ペーストをディスペンサーなどにより充填し、約250℃で焼成することによって、透明基板4に導電部材5a,5bをそれぞれ形成する。   First, as shown in FIG. 3A, a plurality of through holes are formed in a glass transparent substrate 4. Specifically, the case where two rows × 4 through-holes having a diameter of 0.5 mm are formed on the transparent substrate 4 having a size of 100 mm in width × 100 mm in length × 1 mm in thickness is, of course, limited to this. It is not something. The formed through holes are filled with, for example, a silver paste with a dispenser or the like and baked at about 250 ° C., thereby forming conductive members 5 a and 5 b on the transparent substrate 4.

次に、図3(b)に示すように、透明基板4の厚み方向一方側の表面に、導電部材5aを覆うようにして、たとえばITO(In23−SnO2)にて透明導電膜3を形成する。透明導電膜3の形成には、たとえばスパッタ法を好適に用いることができ、上述した好適な厚み(たとえば、0.1μm)となるように透明導電膜3を形成する。 Next, as shown in FIG. 3B, the transparent conductive film 5 is covered with, for example, ITO (In 2 O 3 —SnO 2 ) so as to cover the conductive member 5a on the surface of the transparent substrate 4 on one side in the thickness direction. 3 is formed. For the formation of the transparent conductive film 3, for example, a sputtering method can be suitably used, and the transparent conductive film 3 is formed so as to have the above-described preferable thickness (for example, 0.1 μm).

次に、図3(c)に示すように、透明基板4の厚み方向一方側に形成された透明導電膜3上に、本発明の半導体酸化物膜2であるW含有Fe23膜を形成する。半導体酸化物膜2は、上述したようにたとえば2種類以上のターゲットを設置できる高周波マグネトロンスパッタ装置を用い、たとえば上述したような成膜条件にて好適に形成することができる。具体的には、第一のターゲットとして直径4インチで厚み5mmのα−Fe23焼結体を用い、第二のターゲットとして直径4インチで厚み5mmのWO3焼結体を用い、上述した透明導電膜3を形成した透明基板4を試料ホルダに設置し、基板加熱ヒータで加熱して、透明導電膜3上に2つのターゲットを同時に高周波スパッタリングを行うことにより、95mm×90mmのサイズでかつ上述した好ましい範囲内の厚み(たとえば0.3μm)にて本発明の半導体酸化物膜2を形成する場合が例示されるが、勿論これに限定されるものではない。次に、成膜後の透明基板4をチャンバーから取り出し、たとえば高温電気炉内で、550〜600℃の範囲内の温度で、大気圧雰囲気下にて熱処理を施す。 Next, as shown in FIG. 3C, a W-containing Fe 2 O 3 film, which is the semiconductor oxide film 2 of the present invention, is formed on the transparent conductive film 3 formed on one side in the thickness direction of the transparent substrate 4. Form. As described above, the semiconductor oxide film 2 can be suitably formed using, for example, a high-frequency magnetron sputtering apparatus in which two or more types of targets can be installed, for example, under the film formation conditions described above. Specifically, an α-Fe 2 O 3 sintered body having a diameter of 4 inches and a thickness of 5 mm is used as the first target, and a WO 3 sintered body having a diameter of 4 inches and a thickness of 5 mm is used as the second target. The transparent substrate 4 on which the transparent conductive film 3 is formed is placed on a sample holder, heated by a substrate heater, and two targets are simultaneously subjected to high-frequency sputtering on the transparent conductive film 3, thereby achieving a size of 95 mm × 90 mm. And although the case where the semiconductor oxide film 2 of this invention is formed with the thickness (for example, 0.3 micrometer) in the preferable range mentioned above is illustrated, of course, it is not limited to this. Next, the transparent substrate 4 after film formation is taken out of the chamber and subjected to heat treatment in an atmospheric pressure atmosphere at a temperature in the range of 550 to 600 ° C., for example, in a high temperature electric furnace.

次に、図3(d)に示すように、透明基板4の透明導電膜3が形成された側とは反対側に太陽電池Sを搭載する。太陽電池Sとしては、たとえば結晶シリコン(Si)太陽電池を用い、透明基板4に厚み方向に貫通して形成された導電部材5を介して、透明導電膜3に電気的に接続する。具体的には、たとえば複数個(図3および図4に示す例では3個)の太陽電池Sを用いる場合には、太陽電池Sにそれぞれ1個ずつ形成されたプラス電極Saとマイナス電極Sbとを、互いに隣り合う太陽電池S同士でリード線9を介して直列に電気的接続し、余ったプラス電極Saを導電部材5aに、マイナス電極Sbを導電部材5bにリード線9を介して電気的に接続するようにする。   Next, as shown in FIG.3 (d), the solar cell S is mounted in the opposite side to the side in which the transparent conductive film 3 of the transparent substrate 4 was formed. As the solar cell S, for example, a crystalline silicon (Si) solar cell is used, and is electrically connected to the transparent conductive film 3 through a conductive member 5 formed so as to penetrate the transparent substrate 4 in the thickness direction. Specifically, for example, when using a plurality of solar cells S (three in the example shown in FIGS. 3 and 4), one positive electrode Sa and one negative electrode Sb formed on each solar cell S, Are electrically connected in series via the lead wires 9 between the adjacent solar cells S, and the surplus positive electrode Sa is electrically connected to the conductive member 5a and the negative electrode Sb is electrically connected to the conductive member 5b via the lead wire 9. To connect to.

なお、上述したように透明基板4と太陽電池Sとの間には、たとえばEVAフィルムなどのフィルム15を介在させることが好ましい。また、太陽電池Sの透明基板4側とは反対側にも、たとえばEVAフィルムなどのフィルム15を積層し、さらにバックカバーフィルム14を設けるようにする。これらのフィルムは、積層後に約150℃でラミネートすることが好ましい。   As described above, it is preferable to interpose a film 15 such as an EVA film between the transparent substrate 4 and the solar cell S. Further, a film 15 such as an EVA film is laminated on the side opposite to the transparent substrate 4 side of the solar cell S, and a back cover film 14 is further provided. These films are preferably laminated at about 150 ° C. after lamination.

次に、図4(a)に示すように、透明基板4の厚み方向一方側において露出している各導電部材5b上に、導電性接着剤7を用いて、中途で略垂直に折り曲げられたワイヤ電極6の基端部を、当該基端部が透明基板4の厚み方向に略平行となるように接着固定する。   Next, as shown in FIG. 4 (a), the conductive member 5b exposed on one side in the thickness direction of the transparent substrate 4 was bent substantially vertically using a conductive adhesive 7. The base end portion of the wire electrode 6 is bonded and fixed so that the base end portion is substantially parallel to the thickness direction of the transparent substrate 4.

続いて、図4(b)に示すように、図4(a)に示した構造物を、半導体酸化物膜2が形成された透明基板4の厚み方向一方側をカバーガラス12側が配置されるようにして、たとえば樹脂製フレーム13内に嵌め込むことによって、筐体11内に固定して収容する。その後、フレーム13に予め形成された取り出し口19aより、半導体酸化物膜2が形成された透明基板4とカバーガラス12との間に、電解質水溶液8を注入する。電解質水溶液8としては、たとえば1M NaOH水溶液を用いることができる。このようにして、図1および図2に示した本発明の水素発生装置1を製造することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 4B, the cover glass 12 side of the structure shown in FIG. 4A is arranged on one side in the thickness direction of the transparent substrate 4 on which the semiconductor oxide film 2 is formed. In this way, for example, by being fitted into the resin frame 13, the housing 11 is fixedly accommodated. Thereafter, an aqueous electrolyte solution 8 is injected between the transparent substrate 4 on which the semiconductor oxide film 2 is formed and the cover glass 12 through a take-out port 19 a formed in advance in the frame 13. As the electrolyte aqueous solution 8, for example, a 1M NaOH aqueous solution can be used. In this way, the hydrogen generator 1 of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 can be manufactured.

図5は、本発明の好ましい他の例の水素発生装置31を模式的に示す断面図である。なお、図5に示す例の水素発生装置31は、一部を除いては図1に示した例の水素発生装置1と同様であり、同様の構成を有する部分については同一の参照符を付して説明を省略する。図5に示す例の水素発生装置31では、半導体酸化物膜2とカバーガラス12との間(詳しくは、半導体酸化物膜2とワイヤ電極6との間)の電解質水溶液8を収容する空間部に、イオン導電膜32を設けてなる。また、図5に示す例の水素発生装置31では、筐体33を構成するフレーム34の上部が、カバーガラス12とイオン導電膜32との間、ならびに、イオン導電膜32と透明基板4との間に、それぞれ取り出し口35a,36aが形成される。   FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a hydrogen generator 31 of another preferred example of the present invention. The hydrogen generator 31 of the example shown in FIG. 5 is the same as the hydrogen generator 1 of the example shown in FIG. 1 except for a part, and parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals. Therefore, the description is omitted. In the hydrogen generator 31 of the example shown in FIG. 5, the space part which accommodates the electrolyte aqueous solution 8 between the semiconductor oxide film 2 and the cover glass 12 (specifically, between the semiconductor oxide film 2 and the wire electrode 6). In addition, an ion conductive film 32 is provided. In the hydrogen generator 31 of the example shown in FIG. 5, the upper part of the frame 34 constituting the housing 33 is between the cover glass 12 and the ion conductive film 32 and between the ion conductive film 32 and the transparent substrate 4. In between, take-out ports 35a and 36a are formed, respectively.

上述した構成を備える図5に示す例の水素発生装置31に太陽光を照射させると、上述した機構によって、半導体酸化物膜2の表面から酸素17が発生し、かつ、ワイヤ電極6の表面から水素16が発生する。このようにして発生した水素16および酸素17は、イオン導電膜32を透過しないため、水素16については取り出し口35aから、酸素17については取り出し口36aから、電解質水溶液8とともに個別に外部に取り出すことができる。これらの取り出し口35a,36aは、それぞれパイプ(図示せず)を介して、たとえば外部の電解質水溶液循環装置(図示せず)に接続されており、パイプの電解質水溶液循環装置の手前の部分でそれぞれ、水素16、酸素17を個別に回収し得るように構成される。このように、図5に示す例の水素発生装置31では、図1に示した例の水素発生装置1とは異なり、装置外部でガス分離装置に接続する必要がない。なお、図示省略するが、フレーム34の上部には、筐体33内に電解質水溶液8を流入させるための開口部も、基板4の厚み方向に関して上記取り出し口35a,36aに対応する位置にそれぞれ形成されており、各開口部はパイプを介して上述した外部の電解質水溶液循環装置に接続される。   When the hydrogen generator 31 of the example having the above-described configuration shown in FIG. 5 is irradiated with sunlight, oxygen 17 is generated from the surface of the semiconductor oxide film 2 by the above-described mechanism, and from the surface of the wire electrode 6. Hydrogen 16 is generated. Since the hydrogen 16 and oxygen 17 generated in this way do not permeate the ion conductive film 32, the hydrogen 16 and the electrolyte aqueous solution 8 are individually taken out together with the electrolyte aqueous solution 8 from the take-out port 35a and 36a. Can do. These take-out ports 35a and 36a are connected to, for example, an external electrolyte aqueous solution circulation device (not shown) via pipes (not shown), respectively, and are respectively connected to the pipes in front of the electrolyte aqueous solution circulation device. , Hydrogen 16 and oxygen 17 can be recovered individually. Thus, unlike the hydrogen generator 1 of the example shown in FIG. 1, the hydrogen generator 31 of the example shown in FIG. 5 does not need to be connected to the gas separation device outside the apparatus. Although not shown, openings for allowing the electrolyte aqueous solution 8 to flow into the housing 33 are also formed in the upper part of the frame 34 at positions corresponding to the extraction ports 35 a and 36 a in the thickness direction of the substrate 4. Each opening is connected to the above-described external electrolyte aqueous solution circulation device through a pipe.

なお、図5に示す例の水素発生装置41において用いられるイオン導電膜32としては、特に制限されるものではなく、従来公知の適宜のイオン導電膜を用いることができるが、中でも好ましいイオン導電膜32としては、ナフィオン(デュポン社製)を挙げることができる。   Note that the ion conductive film 32 used in the hydrogen generator 41 of the example shown in FIG. 5 is not particularly limited, and any conventionally known appropriate ion conductive film can be used. Examples of 32 include Nafion (manufactured by DuPont).

以下、実験例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, although an example of an experiment is given and the present invention is explained in detail, the present invention is not limited to these.

<実験例1>
一面に透明導電膜を有する複数枚の透明基板を用意し、各透明基板の透明導電膜上に、W含有量の異なる6種のFe23膜を、基板温度が300℃、400℃の条件で成膜し、またW含有量の異なる5種のFe23膜を、基板温度が200℃、500℃の条件で成膜し、計22種類のFe23膜を作製した。
<Experimental example 1>
A plurality of transparent substrates having a transparent conductive film on one surface are prepared, and six types of Fe 2 O 3 films having different W contents are formed on the transparent conductive film of each transparent substrate at substrate temperatures of 300 ° C. and 400 ° C. Film formation was performed under the conditions, and five types of Fe 2 O 3 films having different W contents were formed under the conditions of the substrate temperatures of 200 ° C. and 500 ° C. to produce a total of 22 types of Fe 2 O 3 films.

Fe23膜の成膜に際しては、高周波マグネトロンスパッタ装置を用い、ターゲットとして直径4インチで厚み5mmのα−Fe23焼結体とWO3焼結体を用い、基板温度室温、100℃、200℃、400℃、600℃、真空チャンバーの真空度1Pa、導入ガスはAr:O2=25:3(sccm)の条件に設定し、α−Fe23膜焼結体とWO3焼結体を同時にスパッタリングさせることで行った。なお、各Fe23膜のW含有量は、α−Fe23焼結体へのRFパワーを150W、基板−ターゲット間距離を100mmに固定し、WO3焼結体へのRFパワーを0〜150W、基板−ターゲット間距離を200〜250mmの範囲で変動させることによって変化させた。膜厚はスパッタリング時間を変えることにより調節可能であり、上記22種類の光触媒膜厚はいずれも約0.2〜0.3μmとしている。各Fe23膜は、成膜後に高温電気炉を用いて、大気雰囲気中、600℃で1時間熱処理を施した。 In forming the Fe 2 O 3 film, a high-frequency magnetron sputtering apparatus is used, an α-Fe 2 O 3 sintered body having a diameter of 4 inches and a thickness of 5 mm and a WO 3 sintered body are used as the targets, the substrate temperature is room temperature, 100 , 200 ° C., 400 ° C., 600 ° C., vacuum chamber vacuum degree 1 Pa, introduced gas Ar: O 2 = 25: 3 (sccm), α-Fe 2 O 3 film sintered body and WO 3 sintered body was carried out by cells at the same time is sputtering. The W content of each Fe 2 O 3 film is such that the RF power to the α-Fe 2 O 3 sintered body is fixed to 150 W, the substrate-target distance is fixed to 100 mm, and the RF power to the WO 3 sintered body is fixed. Was changed by changing the distance between the substrate and the target in the range of 200 to 250 mm. The film thickness can be adjusted by changing the sputtering time, and the film thicknesses of the 22 types of photocatalysts are all about 0.2 to 0.3 μm. Each Fe 2 O 3 film was heat-treated at 600 ° C. for 1 hour in an air atmosphere using a high temperature electric furnace after film formation.

各Fe23膜について、光電気化学測定を行った結果を表1に示す。なお、光電気化学測定は、電解液として0.1M NaOH水溶液、対極としてPt、参照電極として銀塩化銀電極、光源として波長350nm以下のカットオフフィルターを備えた300Wキセノンランプを用いた。光電流値は、電気化学測定で得られた電流−電位曲線の0.7V時の電流値(単位:mA/cm2)を表1に示した。また、表1において、WとFeとのモル比は、各Fe23膜を蛍光X線分析することによって測定された値を指す。 Table 1 shows the results of photoelectrochemical measurements on each Fe 2 O 3 film. For the photoelectrochemical measurement, a 0.1 W NaOH aqueous solution as an electrolyte, Pt as a counter electrode, a silver-silver chloride electrode as a reference electrode, and a 300 W xenon lamp equipped with a cutoff filter having a wavelength of 350 nm or less as a light source were used. As for the photocurrent value, the current value (unit: mA / cm 2 ) at 0.7 V of the current-potential curve obtained by electrochemical measurement is shown in Table 1. In Table 1, the molar ratio of W to Fe indicates a value measured by fluorescent X-ray analysis of each Fe 2 O 3 film.

Figure 2009274891
Figure 2009274891

表1に示す結果から、Wを含有するFe23膜は良好な光電変換特性が得られることが分かる。また、W含有Fe23膜の中でも、WとFeとのモル比が0.02〜0.08の範囲内である場合(特には0.04の場合)に、特に好ましい光電変換特性が得られることが実験的に確認された。さらに、成膜条件としては、基板温度が300〜400℃の範囲内が好ましいことが分かる。 From the results shown in Table 1, it can be seen that the Fe 2 O 3 film containing W provides good photoelectric conversion characteristics. Further, among W-containing Fe 2 O 3 films, particularly preferable photoelectric conversion characteristics are obtained when the molar ratio of W and Fe is in the range of 0.02 to 0.08 (particularly 0.04). It was experimentally confirmed that it was obtained. Furthermore, it can be seen that the film forming conditions are preferably in the range of 300 to 400 ° C.

<実験例2>
実験例1と同様にして、WとFeとのモル比が0.04のW含有Fe23膜を基板温度300℃で成膜した後、高温電気炉を用いて、500℃、550℃、600℃、700℃の温度で、空気雰囲気中1時間の熱処理を施した。得られた各半導体酸化物膜について、上記と同様にして光電気化学測定を行った結果を表2に示す。
<Experimental example 2>
In the same manner as in Experimental Example 1, after forming a W-containing Fe 2 O 3 film having a molar ratio of W and Fe of 0.04 at a substrate temperature of 300 ° C., using a high temperature electric furnace, 500 ° C., 550 ° C. Heat treatment was performed at 600 ° C. and 700 ° C. for 1 hour in an air atmosphere. Table 2 shows the results of photoelectrochemical measurements performed on the obtained semiconductor oxide films in the same manner as described above.

Figure 2009274891
Figure 2009274891

表2から分かるように、成膜後のW含有Fe23膜に施す熱処理の温度は550〜600℃が最適であることが実験的に確認された。 As can be seen from Table 2, it was experimentally confirmed that the optimum temperature for the heat treatment applied to the W-containing Fe 2 O 3 film after film formation was 550 to 600 ° C.

なお、図6は、600℃で熱処理を施した後のW含有Fe23膜のX線回折パターンを示すグラフである。図6から、成膜されたW含有Fe23膜には、数個のα−Fe23結晶ピークが見られ、このα−Fe23結晶の構造が壊れない範囲でWを含むことが、良好な光電変換特性を得る上で好ましいと考えられた。 FIG. 6 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of the W-containing Fe 2 O 3 film after heat treatment at 600 ° C. From FIG. 6, several α-Fe 2 O 3 crystal peaks are observed in the formed W-containing Fe 2 O 3 film, and W is within a range where the structure of the α-Fe 2 O 3 crystal is not broken. Including it was considered preferable for obtaining good photoelectric conversion characteristics.

本発明の水素発生装置は、非化石燃料に代わるクリーンエネルギーである水素を製造する水素発生装置として好適であり、太陽光が照射されるたとえば建築物の屋上や屋根に設置して水素を発生させることができるため、省エネルギーにも貢献できる。   The hydrogen generator of the present invention is suitable as a hydrogen generator for producing hydrogen, which is clean energy instead of non-fossil fuel, and is installed on the rooftop or roof of a building that is irradiated with sunlight to generate hydrogen. Can contribute to energy saving.

本発明の好ましい一例の水素発生装置1を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the hydrogen generator 1 of a preferable example of this invention. 図1に示す水素発生装置1の正面図である。It is a front view of the hydrogen generator 1 shown in FIG. 図1および図2に示した例の本発明の水素発生装置1の製造方法の一例の前半部分を段階的に示す図である。It is a figure which shows the first half part of an example of the example of the manufacturing method of the hydrogen generator of this invention of the example of FIG. 1 and FIG. 2 in steps. 図1および図2に示した例の本発明の水素発生装置1の製造方法の一例の後半部分を段階的に示す図である。It is a figure which shows the latter half part of an example of the manufacturing method of the hydrogen generator of this invention of the example of this invention shown in FIG. 1 and FIG. 2 in steps. 本発明の好ましい一例の水素発生装置31を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the hydrogen generator 31 of a preferable example of this invention. 600℃で熱処理を施した後のW含有Fe23膜のX線回折パターンを示すグラフである。It is a graph showing the X-ray diffraction pattern of W-containing Fe 2 O 3 film after the heat treatment at 600 ° C.. 従来の典型的なタンデムセルの一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the conventional typical tandem cell.

符号の説明Explanation of symbols

1,31 水素発生装置、2 半導体酸化物膜、3 透明導電膜、4 透明基板、5a,5b 導電部材、S 太陽電池、Sa 太陽電池のプラス電極、Sb 太陽電池のマイナス電極、6 ワイヤ電極、7 導電性接着剤、8 電解質水溶液、9 リード線、11,33 筐体、12 カバーガラス、13,34 フレーム、14 バックカバーフィルム、15 フィルム、16 水素、17 酸素、18,19 パイプ、18a,19a,35a,36a 取り出し口、32 イオン導電膜。   1,31 Hydrogen generator, 2 semiconductor oxide film, 3 transparent conductive film, 4 transparent substrate, 5a, 5b conductive member, S solar battery, Sa solar battery positive electrode, Sb solar battery negative electrode, 6 wire electrode, 7 conductive adhesive, 8 electrolyte solution, 9 lead wire, 11, 33 housing, 12 cover glass, 13, 34 frame, 14 back cover film, 15 film, 16 hydrogen, 17 oxygen, 18, 19 pipe, 18a, 19a, 35a, 36a Extraction port, 32 ion conductive film.

Claims (3)

光を吸収して電子と正孔を生じる半導体酸化物で形成された膜であって、当該半導体酸化物が、Feに対するWの原子数比0.02〜0.08のW含有Fe23である、半導体酸化物膜。 A film formed of a semiconductor oxide that absorbs light and generates electrons and holes, and the semiconductor oxide has a W-containing Fe 2 O 3 ratio of W to Fe in an atomic ratio of 0.02 to 0.08. A semiconductor oxide film. Feに対するWの原子数比0.02〜0.08のW含有Fe23膜を製造する方法であって、
α−Fe23およびWO3をターゲット材料として用いたスパッタリング法により成膜する工程と、形成された膜を550〜600℃で熱処理する工程とを含む、半導体酸化物膜の製造方法。
A method for producing a W-containing Fe 2 O 3 film having an atomic ratio of W to Fe of 0.02 to 0.08,
A method for producing a semiconductor oxide film, comprising: a step of forming a film by a sputtering method using α-Fe 2 O 3 and WO 3 as a target material; and a step of heat-treating the formed film at 550 to 600 ° C.
受光面側から、請求項1に記載の半導体酸化物膜と、透明導電膜と、透明基板と、太陽電池とを少なくとも備え、
前記透明基板に厚み方向に貫通して、透明導電膜と太陽電池とを電気的に接続する導電部材が設けられていることを特徴とする、水素発生装置。
From the light receiving surface side, the semiconductor oxide film according to claim 1, a transparent conductive film, a transparent substrate, and a solar cell are provided at least,
A hydrogen generating apparatus, wherein a conductive member that penetrates the transparent substrate in a thickness direction and electrically connects the transparent conductive film and the solar cell is provided.
JP2008125916A 2008-05-13 2008-05-13 Semiconductor oxide film, production method thereof, and hydrogen generation apparatus using the semiconductor oxide film Withdrawn JP2009274891A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008125916A JP2009274891A (en) 2008-05-13 2008-05-13 Semiconductor oxide film, production method thereof, and hydrogen generation apparatus using the semiconductor oxide film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008125916A JP2009274891A (en) 2008-05-13 2008-05-13 Semiconductor oxide film, production method thereof, and hydrogen generation apparatus using the semiconductor oxide film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009274891A true JP2009274891A (en) 2009-11-26

Family

ID=41440660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008125916A Withdrawn JP2009274891A (en) 2008-05-13 2008-05-13 Semiconductor oxide film, production method thereof, and hydrogen generation apparatus using the semiconductor oxide film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009274891A (en)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011067958A1 (en) * 2009-12-02 2011-06-09 シャープ株式会社 Hydrogen production apparatus and hydrogen production method
WO2011067985A1 (en) 2009-12-02 2011-06-09 日本電気株式会社 Mobile terminal device and mobile terminal device function setting method
WO2011096142A1 (en) * 2010-02-08 2011-08-11 シャープ株式会社 Hydrogen production apparatus and method for producing hydrogen
JP2011184767A (en) * 2010-03-10 2011-09-22 Sharp Corp Device and method for producing gas
WO2012043069A1 (en) * 2010-09-28 2012-04-05 シャープ株式会社 Hydrogen production apparatus and hydrogen production process
WO2012066922A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-24 シャープ株式会社 Gas manufacturing apparatus, gas manufacturing method, and gas manufacturing apparatus array
WO2012070296A1 (en) * 2010-11-26 2012-05-31 シャープ株式会社 Gas production apparatus and gas production method
WO2012120835A1 (en) * 2011-03-08 2012-09-13 パナソニック株式会社 Energy system
WO2013011843A1 (en) * 2011-07-20 2013-01-24 シャープ株式会社 Electrolytic cell, gas producing device, and gas producing method
JP2013155428A (en) * 2012-01-31 2013-08-15 Equos Research Co Ltd Hydrogen production apparatus
JP2014125368A (en) * 2012-12-26 2014-07-07 Equos Research Co Ltd Gas generation apparatus
KR101749067B1 (en) * 2015-12-30 2017-06-21 울산과학기술원 Hetero-junction metastrucutred thin film and method for manufacturing the same
CN109312478A (en) * 2016-06-07 2019-02-05 富士胶片株式会社 Photocatalyst electrode, artificial photosynthesis' module and artificial photosynthesis' device
JP2019157197A (en) * 2018-03-13 2019-09-19 株式会社豊田中央研究所 Electrode for chemical reaction, and cell for chemical reaction and chemical reactor using the same
JP2019157198A (en) * 2018-03-13 2019-09-19 株式会社豊田中央研究所 Electrode for chemical reaction, and cell for chemical reaction and chemical reactor using the same
WO2023136148A1 (en) * 2022-01-12 2023-07-20 株式会社カネカ Electrolysis system

Cited By (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011067985A1 (en) 2009-12-02 2011-06-09 日本電気株式会社 Mobile terminal device and mobile terminal device function setting method
JP2011116581A (en) * 2009-12-02 2011-06-16 Sharp Corp Hydrogen producing apparatus and hydrogen producing method
US8632663B2 (en) 2009-12-02 2014-01-21 Sharp Kabushiki Kaisha Hydrogen production device and method for producing hydrogen
WO2011067958A1 (en) * 2009-12-02 2011-06-09 シャープ株式会社 Hydrogen production apparatus and hydrogen production method
CN102812159A (en) * 2010-02-08 2012-12-05 夏普株式会社 Hydrogen generating device and hydrogen generating method
WO2011096142A1 (en) * 2010-02-08 2011-08-11 シャープ株式会社 Hydrogen production apparatus and method for producing hydrogen
US9708718B2 (en) 2010-02-08 2017-07-18 Sharp Kabushiki Kaisha Hydrogen production device and method for producing hydrogen
JP2011184767A (en) * 2010-03-10 2011-09-22 Sharp Corp Device and method for producing gas
WO2012043069A1 (en) * 2010-09-28 2012-04-05 シャープ株式会社 Hydrogen production apparatus and hydrogen production process
US9447508B2 (en) 2010-09-28 2016-09-20 Sharp Kabushiki Kaisha Hydrogen production device and method for producing hydrogen
JP2012107280A (en) * 2010-11-16 2012-06-07 Sharp Corp Gas manufacturing apparatus, gas manufacturing method, and gas manufacturing apparatus array
WO2012066922A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-24 シャープ株式会社 Gas manufacturing apparatus, gas manufacturing method, and gas manufacturing apparatus array
JP2012112023A (en) * 2010-11-26 2012-06-14 Sharp Corp Gas production apparatus and gas production method
WO2012070296A1 (en) * 2010-11-26 2012-05-31 シャープ株式会社 Gas production apparatus and gas production method
WO2012120835A1 (en) * 2011-03-08 2012-09-13 パナソニック株式会社 Energy system
JP5891358B2 (en) * 2011-03-08 2016-03-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Energy system
WO2013011843A1 (en) * 2011-07-20 2013-01-24 シャープ株式会社 Electrolytic cell, gas producing device, and gas producing method
JP2013155428A (en) * 2012-01-31 2013-08-15 Equos Research Co Ltd Hydrogen production apparatus
JP2014125368A (en) * 2012-12-26 2014-07-07 Equos Research Co Ltd Gas generation apparatus
KR101749067B1 (en) * 2015-12-30 2017-06-21 울산과학기술원 Hetero-junction metastrucutred thin film and method for manufacturing the same
CN109312478A (en) * 2016-06-07 2019-02-05 富士胶片株式会社 Photocatalyst electrode, artificial photosynthesis' module and artificial photosynthesis' device
CN109312478B (en) * 2016-06-07 2020-10-16 富士胶片株式会社 Photocatalyst electrode, artificial photosynthesis module and artificial photosynthesis device
US11098410B2 (en) 2016-06-07 2021-08-24 Fujifilm Corporation Artificial photosynthesis module
JP2019157197A (en) * 2018-03-13 2019-09-19 株式会社豊田中央研究所 Electrode for chemical reaction, and cell for chemical reaction and chemical reactor using the same
JP2019157198A (en) * 2018-03-13 2019-09-19 株式会社豊田中央研究所 Electrode for chemical reaction, and cell for chemical reaction and chemical reactor using the same
JP7081226B2 (en) 2018-03-13 2022-06-07 株式会社豊田中央研究所 Electrodes for chemical reactions, cells for chemical reactions using them, and chemical reaction equipment
WO2023136148A1 (en) * 2022-01-12 2023-07-20 株式会社カネカ Electrolysis system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009274891A (en) Semiconductor oxide film, production method thereof, and hydrogen generation apparatus using the semiconductor oxide film
Andrei et al. Scalable triple cation mixed halide perovskite–bivo4 tandems for bias‐free water splitting
US8821700B2 (en) Photoelectrochemical cell and energy system using same
KR100766701B1 (en) Hydrolysis Hydrogen Production System Using Photoelectric Cell
Chi et al. A CdS-modified TiO2 nanocrystalline photoanode for efficient hydrogen generation by visible light
KR102014990B1 (en) Composite protective layer for photoelectrode structure, photoelectrode structure comprising the composite protective layer for photoelectrode structure and photoelectochemical cell including the same
US8236146B2 (en) Photoelectrochemical cell and energy system using the same
JP5830527B2 (en) Semiconductor device, hydrogen production system, and methane or methanol production system
AU2014246142B2 (en) Gas production apparatus
JP2008104899A (en) Photocatalyst membrane, manufacturing method of photocatalyst membrane, and hydrogen-generating device using the catalyst
CN109312478B (en) Photocatalyst electrode, artificial photosynthesis module and artificial photosynthesis device
JP2007252974A (en) Photocatalyst film, semiconductive photo-electrode for water decomposition and water decomposition device using the same
JP7026773B2 (en) Photocatalytic electrode for water splitting and water splitting device
JP6470868B2 (en) Artificial photosynthesis module
JPWO2017110217A1 (en) Photocatalytic electrode and artificial photosynthesis module
JP6559710B2 (en) Hydrogen generation electrode
JP2008214122A (en) Semiconductor oxide film, its production method, and hydrogen generating apparatus using the semiconductor oxide film
JP6497590B2 (en) Method of decomposing water, water splitting device and anode electrode for oxygen generation
JP2010228981A (en) Semiconductor oxide film, production method therefor, and hydrogen generating apparatus using the semiconductor oxide film
JP2009050827A (en) Semiconductor oxide film, its manufacturing method and hydrogen generation apparatus using semiconductor oxide film
US10290759B2 (en) Back contact type perovskite photoelectric conversion element
JP6013251B2 (en) Gas production equipment
JP2007107043A (en) Current collecting electrode for photocatalyst, photoreactive element, photocatalytic reaction apparatus, and photoelectrochemical reaction execution method
WO2012102118A1 (en) Photovoltaic device and hydrogen generating device
US20060100100A1 (en) Tetrahedrally-bonded oxide semiconductors for photoelectrochemical hydrogen production

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20110802