+、以及經(jīng)由第2電極21以及配線51向基材62移動(dòng)的電子反應(yīng)，生成0)和比0。
[0084]此時(shí)，光電動(dòng)勢(shì)層31需要具有在第I電極11處發(fā)生的氧化反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位與在基材62的內(nèi)側(cè)發(fā)生的還原反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位的電位差以上的開放電壓。例如，⑴式中的氧化反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位為1.23[V]，⑵式中的還原反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位為一0.1 [V]。因此，光電動(dòng)勢(shì)層31的開放電壓需要為1.33[V]以上。此外，更優(yōu)選開放電壓需要為包含過電壓的電位差以上。更具體地，例如(I)式中的氧化反應(yīng)以及
(2)式中的還原反應(yīng)的過電壓分別為0.2[V]時(shí)，開放電壓優(yōu)選為1.73[V]以上。
[0085]此外，不僅發(fā)生(2)式所示的由0)2向CO的還原反應(yīng)，而且還可能發(fā)生由0)2向HC00H、甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、CH30H、乙醇(C2H5OH)等的還原反應(yīng)。另外，還可能發(fā)生在第2溶液82中所使用的H2O的還原反應(yīng)，還可能產(chǎn)生H2。另外，通過改變?nèi)芤褐械乃?H2O)量，能夠改變所生成的CO2的還原物質(zhì)。例如，能夠改變HC00H、CH 4、CH30H、C2H50H、或者比等的生成比例。
[0086]這樣，與發(fā)生氧化反應(yīng)的第I電極11對(duì)置地設(shè)置具有細(xì)孔66的配管61，在配管61的基材62的內(nèi)側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)。由此，能夠?qū)⒃诘贗電極11附近生成的O2、與在配管61的基材62的內(nèi)側(cè)附近生成的CO等碳化合物分離。另外，由于與第I電極11對(duì)置地設(shè)置配管61，因此，在第I電極11附近產(chǎn)生的H+的移動(dòng)的距離(從第I電極11向基材62的距離)變短，能夠減少由離子輸送導(dǎo)致的電位的損失。
[0087]此外，使用圖4所示的由GaAs系形成的光電動(dòng)勢(shì)層31時(shí)，極性與上述情況不同，因此，反應(yīng)變得相反。即，在第I電極11附近發(fā)生還原反應(yīng)，在配管61的基材62的內(nèi)側(cè)附近發(fā)生氧化反應(yīng)。
[0088]1-3.第I實(shí)施方式的效果
[0089]根據(jù)上述第I實(shí)施方式，在光電化學(xué)反應(yīng)裝置中，通過包括第I電極11、光電動(dòng)勢(shì)層31、第2電極21、以及第I絕緣層22的層疊體41、與經(jīng)由配線51與第2電極21電連接的配管61，構(gòu)成光電化學(xué)反應(yīng)單元。該光電化學(xué)單元被收納在填充有含H2O的第I溶液81的溶液槽71內(nèi)，在配管內(nèi)61填充有含CO2的第2溶液82。
[0090]在這樣的光電化學(xué)反應(yīng)裝置中，通過從上方照射光，在光電動(dòng)勢(shì)層31中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，在與第I溶液81接觸的第I電極11附近發(fā)生氧化反應(yīng)。作為第I溶液81使用H2O時(shí)，通過氧化反應(yīng)生成02和H+。通過氧化反應(yīng)生成的H+向與第I電極11的上方對(duì)置地設(shè)置的配管61擴(kuò)散，通過細(xì)孔66，到達(dá)配管61的基材62的內(nèi)側(cè)。與第2溶液82接觸的基材62由于與光電動(dòng)勢(shì)層31的第2電極21電連接，因此，利用在光電動(dòng)勢(shì)層31中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，在其內(nèi)側(cè)附近發(fā)生還原反應(yīng)。此時(shí)，經(jīng)由細(xì)孔66移動(dòng)過來的H+被用于在基材62的內(nèi)側(cè)附近的還原反應(yīng)。作為第2溶液82，使用吸收有0)2的溶液時(shí)，通過還原反應(yīng)生成CO。
[0091]在第I實(shí)施方式中，設(shè)置有細(xì)孔66的配管61與第I電極11的上方對(duì)置地設(shè)置。因此，通過在第I電極11附近的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的、被用于在基材62的內(nèi)側(cè)附近的還原反應(yīng)的H+的移動(dòng)距離變短，能夠減少由離子輸送導(dǎo)致的電位的損失。因此，能夠提高由太陽光向化學(xué)能的轉(zhuǎn)換效率。
[0092]另外，通過設(shè)置配管61，在配管61的外側(cè)進(jìn)行氧化反應(yīng)，在內(nèi)側(cè)進(jìn)行還原反應(yīng)。其結(jié)果是，能夠在配管61的外側(cè)回收氧化反應(yīng)的產(chǎn)物(例如O2)，在配管61的內(nèi)側(cè)回收還原反應(yīng)的產(chǎn)物(例如CO)。S卩，能夠?qū)⒀趸磻?yīng)的產(chǎn)物與還原反應(yīng)的產(chǎn)物分離并回收。
[0093]2.第2實(shí)施方式
[0094]以下使用圖6對(duì)第2實(shí)施方式的光電化學(xué)反應(yīng)裝置進(jìn)行說明。
[0095]第2實(shí)施方式為第I實(shí)施方式的變形例，為在層疊體41的第I電極11上形成有第I催化劑層12、在配管61的基材62的內(nèi)表面上形成有第2催化劑層64的例子。以下對(duì)第2實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0096]此外，在第2實(shí)施方式中，對(duì)與上述各實(shí)施方式同樣的點(diǎn)省略說明，主要對(duì)不同點(diǎn)進(jìn)行說明。
[0097]2-1.第2實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)
[0098]圖6是表示第2實(shí)施方式的光電化學(xué)反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0099]如圖6所示，在第2實(shí)施方式中，與第I實(shí)施方式不同的點(diǎn)在于，在第I電極11上形成有第I催化劑層12，在基材62的內(nèi)表面上形成有第2催化劑層64。
[0100]層疊體41由第I電極11、光電動(dòng)勢(shì)層31、第2電極21、第I絕緣層22、以及第I催化劑層12構(gòu)成。第I催化劑層12形成于第I電極11上。第I催化劑層12是為了提高在第I電極11附近的化學(xué)反應(yīng)性而設(shè)置的。另外，配管61由基材62、第2絕緣層63、以及第2催化劑層64構(gòu)成。第2催化劑層64形成于基材62的內(nèi)表面上。第2催化劑層64是為了提高在基材62的內(nèi)側(cè)附近的化學(xué)反應(yīng)性而設(shè)置的。
[0101]如圖3所示，使用由非晶硅系材料形成的光電動(dòng)勢(shì)層31時(shí)，第I催化劑層12形成于陽極側(cè)，促進(jìn)氧化反應(yīng)。作為第I溶液81，使用水溶液、S卩H2O時(shí)，第I電極11將郵氧化，生成OjPH+。因此，第I催化劑層12由使用于氧化H2O的活性化能減少的材料構(gòu)成。換言之，由使氧化H20、生成02和礦時(shí)的過電壓降低的材料構(gòu)成。作為這樣的材料，可舉出氧化錳(Mn-O)、氧化銥(Ir-O)、氧化鎳(N1-O)、氧化鈷(Co-O)、氧化鐵(Fe-O)、氧化錫(Sn-O)、氧化銅(In-O)、或者氧化"!了 (Ru-O)等一■兀系金屬氧化物、N1-Co-0、N1-Fe-0、La-Co-0、N1-La-0、Sr-Fe-O等三元系金屬氧化物、Pb-Ru-1r-O、La-Sr-Co-O等四元系金屬氧化物、或者Ru絡(luò)合物或Fe絡(luò)合物等金屬絡(luò)合物。另外，作為第I催化劑層12的形狀，不限于薄膜狀，也可以為格子狀、粒子狀、或者線狀。
[0102]同樣地，如圖3所示，使用由非晶硅系材料形成的光電動(dòng)勢(shì)層31時(shí)，第2催化劑層64形成于陰極側(cè)，促進(jìn)還原反應(yīng)。作為第2溶液82，使用吸收有CO2的吸收液時(shí)，將CO 2還原，生成碳化合物(例如CO、HC00H、CH4, CH3OH, C2H5OH, C2H4)等。因此，第2催化劑層64由使用于還原0)2的活性化能減少的材料構(gòu)成。換言之，由使將CO2還原、生成碳化合物時(shí)的過電壓降低的材料構(gòu)成。作為這樣的材料，可舉出Au、Ag、Cu、Pt、C、N1、Zn、C、石墨稀、CNT(carbon nanotube，碳納米管)、富勒稀、科琴黑、或者Pd等金屬、或者、含有它們中的至少一種的合金、或者Ru絡(luò)合物或Re絡(luò)合物等金屬絡(luò)合物。另外，在第2溶液82中使用水溶液、即H2O時(shí)，將H2O還原，生成H2。因此，第2催化劑層64由使用于還原H2O的活性化能減少的材料構(gòu)成。換言之，由使還原H20、生成比時(shí)的過電壓降低的材料構(gòu)成。作為這樣的材料，可舉出N1、Fe、Pt、T1、Au、Ag、Zn、Pd、Ga、Mn、Cd、C、石墨烯等金屬或者含有它們中的至少一種的合金。另外，作為第2催化劑層64的形狀，不限于薄膜狀，也可以為格子狀、粒子狀、線狀。
[0103]另一方面，使用如圖4所示的由GaAs系材料形成的光電動(dòng)勢(shì)層31時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的極性以及氧化還原反應(yīng)與上述圖3的情況相反。因此，第I催化劑層12由促進(jìn)還原反應(yīng)的材料、第2催化劑層64由促進(jìn)氧化反應(yīng)的材料構(gòu)成。S卩，相對(duì)于上述圖3的情況，將第I催化劑層12的材料與第2催化劑層64的材料調(diào)換。這樣，光電動(dòng)勢(shì)層31的極性和第I催化劑層12以及第2催化劑層64的材料是任意的。根據(jù)光電動(dòng)勢(shì)層31的極性，確定第I催化劑層12以及第2催化劑層64的氧化還原反應(yīng)，根據(jù)其氧化還原反應(yīng)選擇各材料。
[0104]另外，在本例中，照射光與第I電極11同樣地，通過第I催化劑層12，到達(dá)光電動(dòng)勢(shì)層31。因此，相對(duì)于光電動(dòng)勢(shì)層31在光照射側(cè)配置的第I催化劑層12相對(duì)于照射光具有透光性。更具體地，照射面?zhèn)鹊牡贗催化劑層12的透光性為照射光的照射量的至少10%以上、更優(yōu)選為30%以上。
[0105]另外，也可以在光電動(dòng)勢(shì)層31的表面上、或者在第I電極層11與第I催化劑層12之間配置未圖示的保護(hù)層。保護(hù)層具有導(dǎo)電性、并且在氧化還原反應(yīng)中防止光電動(dòng)勢(shì)層31的腐蝕。其結(jié)果是，能夠延長光電動(dòng)勢(shì)層31的壽命。另外，保護(hù)層根據(jù)需要具有透光性。作為保護(hù)層，例如可舉出Ti02、ZrO2, A1203、S12、或者11?)2等電介質(zhì)薄膜。另外，為了通過隧道效果得到導(dǎo)電性，其膜厚優(yōu)選為1nm以下，更優(yōu)選為5nm以下。
[0106]作為第I催化劑層12以及第2催化劑層64的制作方法，可以使用濺射法或者蒸鍍法等薄膜制作方法、或者使用了分散有催化劑材料的溶液的涂布法或者電沉積法等。
[0107]此外，第I催化劑層12以及第2催化劑層64也可以僅形成任意一者。
[0108]2-2.第2實(shí)施方式的效果
[0109]根據(jù)上述第2實(shí)施方式，在層疊體41的第I電極11上形成有第I催化劑層12，在配管61的基材62的內(nèi)表面上形成有第2催化劑層64。由此，與第I實(shí)施方式相比，利用催化劑的氧化還原反應(yīng)的促進(jìn)效果，能夠降低氧化還原反應(yīng)的過電壓，能夠更有效利用在光電動(dòng)勢(shì)層31中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。因此，與第I實(shí)施方式相比，能夠提高由太陽光向化學(xué)能的轉(zhuǎn)換效率。
[0110]3.第3實(shí)施方式
[0111]以下使用圖7至圖9，對(duì)第3實(shí)施方式的光電化學(xué)反應(yīng)裝置進(jìn)行說明。
[0112]第3實(shí)施方式為第I實(shí)施方式的變形例，為在配管61上設(shè)置有反射部件91的例子。以下對(duì)第3實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0113]此外，在第3實(shí)施方式中，對(duì)與上述各實(shí)施方式同樣的點(diǎn)省略說明，主要對(duì)不同點(diǎn)進(jìn)行說明。
[0114]3-1.第3實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)
[0115]圖7至圖9是表示第3實(shí)施方式的光電化學(xué)反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)I至3的截面圖。
[0116]如圖7至圖9所示，在第3實(shí)施方式中，與第I實(shí)施方式不同的點(diǎn)在于，在配管61上設(shè)置有反射部件91。
[0117]反射部件91形成于配管61上。S卩，反射部件91相對(duì)于配管61設(shè)置于光照射側(cè)。反射部件91優(yōu)選沿配管61的整個(gè)面形成，但是也可以部分形成。反射部件91由具有透光性的材料形成。另外，反射部件91為中空結(jié)構(gòu)、即能夠在內(nèi)部導(dǎo)入空氣的結(jié)構(gòu)。另外，為了擴(kuò)大全反射的角度范圍，反射部件91的材料優(yōu)選與空氣的折射率差越大越好。更具體地，反射部件91的折射率為1.2以上、優(yōu)選為1.3以上的材料較好。作為這樣的材料，可舉出例如丙烯酸類樹脂、或者聚碳酸酯等樹脂、或者玻璃等。另外，為了使從不滿足全反射條件的角度照射的光也反射，還可以在中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部涂布Al或者Ag等反射率高的金屬。
[0118]如圖7的結(jié)構(gòu)I所示，反射部件91的截面形狀為產(chǎn)生反射或者折射的形狀，例如為三角形。在結(jié)構(gòu)I中，從上方照射的光，在反射部件91與反射部件91的內(nèi)側(cè)的空氣的界面處全反射，能夠經(jīng)由第I電極11入射到光電動(dòng)勢(shì)層31中。
[0119]此外，如圖8的結(jié)構(gòu)2所示，反射部件91的截面形狀也可以為圓形。在結(jié)構(gòu)2中，與結(jié)構(gòu)I同樣地，從上方照射的光在反射部件91與反射部件91的內(nèi)側(cè)的空氣的界面處全反射，能夠經(jīng)由第I電極11入射到光電動(dòng)勢(shì)層31中。
[0120]另外，如圖9的結(jié)構(gòu)3所示，反射部件91的截面形狀也可以為倒三角形。在結(jié)構(gòu)3中，從上方照射的光入射到反射部件91的內(nèi)部(內(nèi)側(cè)的空氣)。入射到