專利名稱：氫氣產(chǎn)生裝置和氫氣產(chǎn)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫氣產(chǎn)生裝置和用于產(chǎn)生氫氣的方法。
背景技術(shù)：
近來，預(yù)期鑒于化石燃料資源的窮盡和全球溫室氣體的排放限制而使用可再生能量。從各種資源產(chǎn)生可再生能量，所述各種資源例如是日光、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、地?zé)?、潮汐發(fā)電和生物量，其中，因為日光與其他可再生能源相比在可利用能量上量大并且在地理限制上較小，所以預(yù)期開發(fā)用于從日光有效地產(chǎn)生可利用能量并且變得在早期被廣泛使用的技術(shù)。從日光產(chǎn)生的可利用能量包括由太陽能電池或太陽能熱渦輪產(chǎn)生的電能、通過向熱介質(zhì)收集太陽能而產(chǎn)生的熱能和通過使用日光還原物質(zhì)而產(chǎn)生的可存儲燃料能量，該可存儲燃料能量例如是液體燃料或氫氣。雖然許多太陽能電池技術(shù)和太陽能熱利用技術(shù)已經(jīng) 被投入實用，但是這些技術(shù)正在被開發(fā)以改善，因為能量利用效率仍然較低，并且用于產(chǎn)生電和熱的成本仍然較高。此外，雖然以電和熱等的形式的能量可以用于補充短期能量波動，但是存在下述問題很難補充諸如季節(jié)波動的長期波動，并且可以因為在能量上的增大而降低電源設(shè)施的運行率。同時，將能量存儲為諸如液體燃料或氫氣的物質(zhì)作為用于有效地補充長期波動并且改善電源設(shè)施的運行率的技術(shù)極其重要，并且，就是該不可缺少的技術(shù)最大地增強能量使用效率并且徹底地減少在未來的二氧化碳排放量?？纱鎯Φ娜剂峡梢源篌w被劃分為下述形式諸如烴的液體燃料、諸如生物氣或氫氣的氣體燃料和諸如生物量得出的木屑顆?；蛴扇展膺€原的金屬的固態(tài)燃料。這些形式的每一個具有好和差點，使得液體燃料在基礎(chǔ)架構(gòu)構(gòu)造的容易性和能量密度上有益，諸如氫氣的氣體燃料在使用燃料電池的總的使用效率改善上有益，固體燃料在可存儲性和能量密度上有益，其中，用于通過日光分解水的氫氣產(chǎn)生技術(shù)特別吸引關(guān)注，因為容易獲得的水可以被用作原材料。用于使用太陽能和作為原材料的水來產(chǎn)生氫氣的方法包括光解方法，其中，在諸如氧化鈦的光催化劑上負(fù)載鉬，該材料被置于水內(nèi)，并且通過光照射來在半導(dǎo)體中分離電荷，并且還原質(zhì)子，并且在電解液中氧化水；熱解方法，其中，通過使用在高溫燃?xì)鉅t中的熱能來在高溫下將水直接地?zé)峤猓蛘咄ㄟ^結(jié)合金屬氧化還原劑而間接熱解水；生物方法，其利用使用光的諸如藻類的微生物的新陳代謝；水電解方法，其中，由太陽能電池產(chǎn)生的電力與用于水電解的氫氣產(chǎn)生裝置組合；以及，光生伏打方法，其中，在太陽能電池中使用的光電轉(zhuǎn)換材料上負(fù)載氫氣產(chǎn)生催化劑和氧氣產(chǎn)生催化劑，并且，在通過光電轉(zhuǎn)換提供的電子和空穴的反應(yīng)中使用氫氣產(chǎn)生催化劑和氧氣產(chǎn)生催化劑。其中，光解方法、生物方法和光生伏打方法被看作有可能通過集成光電轉(zhuǎn)換部分和氫氣產(chǎn)生部分來產(chǎn)生小尺寸氫氣產(chǎn)生裝置，但是相信光生伏打方法是鑒于來自日光的能量的轉(zhuǎn)換效率而實際使用的最可能技術(shù)之
o已經(jīng)公開了氫氣產(chǎn)生裝置的示例，其中，通過光解方法或光生伏打方法將光電轉(zhuǎn)換與氫氣產(chǎn)生整合。關(guān)于光解方法，專利文件I公開了使用氧化鈦光催化電極、鉬電極和碘或鐵的氧化還原的裝置，所述氧化鈦光催化電極吸收釕絡(luò)合物。此外，專利文件2通過下述方式來使用集成結(jié)構(gòu)將兩個光催化層串聯(lián)，連接鉬對電極，并且在其間夾著離子交換膜。同時，關(guān)于光生伏打方法，公開了氫氣產(chǎn)生裝置的概念，該氫氣產(chǎn)生裝置集成地具有光電轉(zhuǎn)換部分、氫氣產(chǎn)生部分和氧氣產(chǎn)生部分(非專利文件I)。根據(jù)該文，通過光電轉(zhuǎn)換部分來執(zhí)行電荷分離，并且，通過使用分別與氫氣產(chǎn)生和氧氣產(chǎn)生對應(yīng)的催化劑來執(zhí)行氫氣產(chǎn)生和氧氣產(chǎn)生。光電轉(zhuǎn)換部分由在太陽能電池 中使用的材料構(gòu)成。例如，根據(jù)非專利文件2，在對于三個硅p-i-n層執(zhí)行電荷分離后，通過鉬催化劑來進行氫氣產(chǎn)生，并且通過氧化釕來進行氧氣產(chǎn)生。同時，根據(jù)專利文件3和非專利文件3，通過下述方式來產(chǎn)生一體的氫氣產(chǎn)生裝置將氫氣產(chǎn)生催化劑(NiFeO)和三個硅p-i-n層并行地層疊在襯底上，并且在硅層上負(fù)載氧氣產(chǎn)生催化劑(Co-Mo)?，F(xiàn)有技術(shù)文件專利文件專利文件I :日本未審查專利公開2006-89336專利文件2 :日本未審查專利公開2004-504934專利文件3 :日本未審查專利公開2003-288955專利文件4 :日本未審查專利公開2004-197167非專利文件非專利文件I !Proceedings of the National Academy of Sciences of theUnited States ofAmerica,2006,43 卷，15729 至 15735 頁非專利文件2 :Applied Physics Letters, 1989, 55 卷，386 至 387 頁非專利文件3 : International Journal of Hydrogen Energy, 2OO3, 28 卷，1167 至1169 頁

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題如上所述，雖然已經(jīng)公開了關(guān)于其中將光電轉(zhuǎn)換與氫氣產(chǎn)生整合以便以較高的效率來產(chǎn)生氫氣的氫氣產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)的一些研究，但是必須最大地增強光利用效率。例如，當(dāng)在裝置中的光接受表面中產(chǎn)生氣體時，入射光被所產(chǎn)生的氣體散射，使得不能充分地利用入射光并且降低光利用效率，這是嚴(yán)重的問題。此外，當(dāng)在光電轉(zhuǎn)換部分的光接受表面上負(fù)載催化劑時，入射光被催化劑反射或吸收，使得光利用效率也成問題地降低。另外，為了防止光被散射，已經(jīng)研究了用于使用電極膜來將光電轉(zhuǎn)換部分的光接受表面與氧氣催化劑電連接的方法，但是因為由于另一個構(gòu)件(諸如氧氣產(chǎn)生催化劑)因為其結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的面積而限制光電轉(zhuǎn)換部分的面積，所以存在不能防止光利用效率降低的問題。鑒于上面的情況而作出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種氫氣產(chǎn)生裝置，所述氫氣產(chǎn)生裝置在光利用效率上高，并且可以以高效率來產(chǎn)生氫氣。用于解決問題的手段本發(fā)明提供了一種氫氣產(chǎn)生裝置，其包括光電轉(zhuǎn)換部分，其具有光接受表面和背表面；第一氣體產(chǎn)生部分，其被設(shè)置在所述背表面上；以及，第二氣體產(chǎn)生部分，其被設(shè)置在所述背表面上，其中，所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分之一是氫氣產(chǎn)生部分，用于從電解液產(chǎn)生H2，其另一個是氧氣產(chǎn)生部分，用于從所述電解液產(chǎn)生O2，并且所述第一氣體產(chǎn)生部分電連接到所述背表面，并且所述第二氣體產(chǎn)生部分經(jīng)由第一導(dǎo)電部分來電連接到所述光接受表面。本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以通過使用光照射所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述光接受表面來在所述光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生電動勢，并且可以在所述光接受表面和所述背表面之間產(chǎn)生電勢差。因此，可以在電連接到所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述背表面的所述第一氣體產(chǎn)生部分和通過所述第一導(dǎo)電部分電連接到所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述光接受表面的所述第二氣體產(chǎn)生部分之間產(chǎn)生電勢差。通過將電解液與其間具有所述電勢差的所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分接觸，可以在所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分之一中從所述電解液產(chǎn)生H2，并且可以從在其另一個中從所述電解液產(chǎn)生02。因此，可以通過收集所產(chǎn)生的H2來產(chǎn)生氫氣。
根據(jù)本發(fā)明，因為在所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述背表面上設(shè)置了所述氫氣產(chǎn)生部分和所述氧氣產(chǎn)生部分，所以所述光可以進入所述光接受表面，而不通過所述電解液，使得可以防止吸收所述入射光，并且可以防止所述入射光被所述電解液散射。因此，進入所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述入射光量可以較大，并且光利用效率可以較高。另外，根據(jù)本發(fā)明，因為在所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述背表面上設(shè)置了所述氫氣產(chǎn)生部分和所述氧氣產(chǎn)生部分，所以進入所述光接受表面的所述光不被所述氫氣產(chǎn)生部分和所述氧氣產(chǎn)生部分以及被分別從那些部分產(chǎn)生的氫氣和氧氣吸收或散射。因此，進入所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述入射光量可以較大，并且光利用效率可以較高。根據(jù)本發(fā)明，因為在所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述背表面上設(shè)置了所述氫氣產(chǎn)生部分和所述氧氣產(chǎn)生部分，可以在所述氫氣產(chǎn)生裝置的所述光接受表面的大部分上設(shè)置所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述光接受表面。因此，所述光利用效率會較高。另外，根據(jù)本發(fā)明，因為在同一裝置中設(shè)置了光電轉(zhuǎn)換部分、氫氣產(chǎn)生部分和氧氣產(chǎn)生部分，所以與組合太陽能電池和水電解裝置的傳統(tǒng)裝置相比，可以削減氫氣產(chǎn)生成本。另外，根據(jù)本發(fā)明，因為所述第二氣體產(chǎn)生部分通過所述第一導(dǎo)電部分電連接到所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述光接受表面，所以所述光電轉(zhuǎn)換部分可以由在整個表面上的均勻材料構(gòu)成。因此，所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述光接受表面會較大，并且可以在所述氫氣產(chǎn)生裝置中削減所述產(chǎn)生成本。此外，根據(jù)本發(fā)明，因為所述光電轉(zhuǎn)換部分可以由在整個表面上的均勻材料構(gòu)成，所以不必使用絕緣部分等來在平面方向上分離光電轉(zhuǎn)換部分。因此，所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述光接受表面會較大，并且其光利用效率會較高。


圖I是用于示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的氫氣產(chǎn)生裝置的配置的示意平面圖。圖2是沿著在圖I中的虛線A-A所取的示意截面圖。圖3是用于示出根據(jù)本發(fā)明的所述實施方式的氫氣產(chǎn)生裝置的配置的示意背表面視圖 。圖4是用于示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的氫氣產(chǎn)生裝置的配置的示意平面圖。圖5是用于示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的氫氣產(chǎn)生裝置的配置的示意截面圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的一種氫氣產(chǎn)生裝置包括光電轉(zhuǎn)換部分，其具有光接受表面和背表面；第一氣體產(chǎn)生部分，其被設(shè)置在所述背表面上；以及，第二氣體產(chǎn)生部分，其被設(shè)置在所述背表面上，其中，所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分之一是氫氣產(chǎn)生部分，用于從電解液產(chǎn)生H2，其另一個是氧氣產(chǎn)生部分，用于從所述電解液產(chǎn)生O2，并且所述第一氣體產(chǎn)生部分電連接到所述背表面，并且所述第二氣體產(chǎn)生部分經(jīng)由第一導(dǎo)電部分來電連接到所述光接受表面。所述氫氣產(chǎn)生裝置可以從包含水的所述電解液產(chǎn)生氫氣。所述光電轉(zhuǎn)換部分接收光，并且產(chǎn)生電動勢。所述光接受表面是用于接收所述光的所述光電轉(zhuǎn)換部分的表面。所述背表面是所述光接受表面的背表面。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選的是，所述第二氣體產(chǎn)生部分經(jīng)由絕緣部分被設(shè)置在所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述背表面上。根據(jù)上面的配置，防止泄漏電流在所述第二氣體產(chǎn)生部分和所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述背表面之間流動。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選的是，所述第一導(dǎo)電部分包括與所述光接受表面接觸的第一電極，以及分別與所述第一電極和所述第二氣體產(chǎn)生部分接觸的第二導(dǎo)電部分。根據(jù)上面的配置，所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述光接受表面可以電連接到所述第二氣體產(chǎn)生部分，使得可以更有效地產(chǎn)生氫氣或氧氣。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選的是，所述第二導(dǎo)電部分被設(shè)置在穿透所述光電轉(zhuǎn)換部分的接觸孔中。根據(jù)上面的配置，所述第一電極可以電連接到所述第二氣體產(chǎn)生部分，使得防止所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述光接受表面的面積因為所述第二導(dǎo)電部分的存在而被減小。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選的是，設(shè)置了所述一個或多個接觸孔，并且，所述接觸孔的總的截面面積是所述光接受表面的面積的0. 1%或更大至10%或更小。根據(jù)上面的配置，防止所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述光接受表面的所述面積因為所述第二導(dǎo)電部分的存在而被減小。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選的是，在所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述背表面和所述第一氣體產(chǎn)生部分之間進一步設(shè)置第二電極。根據(jù)上面的配置，大的電流可以通過所述光電轉(zhuǎn)換部分的電動勢在所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述背表面和所述第一氣體產(chǎn)生部分之間流動，使得可以更有效地產(chǎn)生氫氣或氧氣。
在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選的是，在具有半透明度的襯底上設(shè)置所述光電轉(zhuǎn)換部分。根據(jù)上面的配置，需要在所述襯底上形成的所述光電轉(zhuǎn)換部分可以被應(yīng)用到根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置。另外，可以容易地操縱根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，所述光電轉(zhuǎn)換部分優(yōu)選地具有多個光電轉(zhuǎn)換層，每一個光電轉(zhuǎn)換層由P型半導(dǎo)體層、i型半導(dǎo)體層和n型半導(dǎo)體層形成。根據(jù)上面的配置，所述光電轉(zhuǎn)換部分可以具有多個pin結(jié)構(gòu)，使得可以有效地執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換。另外，可以在所述光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生更大的電動勢，使得可以更有效地電解 所述電解液。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，所述多個光電轉(zhuǎn)換層具有不同的帶隙。根據(jù)上面的配置，可以在所述光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生更大的電動勢，使得可以更有效地電解所述電解液。在根據(jù)本發(fā)明的氣體產(chǎn)生部分中，所述氫氣產(chǎn)生部分和所述氧氣產(chǎn)生部分優(yōu)選地分別包括用于從所述電解液產(chǎn)生H2的反應(yīng)的催化劑和用于從所述電解液產(chǎn)生O2的反應(yīng)的催化劑。根據(jù)上面的配置，用于從所述電解液產(chǎn)生H2的反應(yīng)率可以在所述氫氣產(chǎn)生部分中增大，并且，用于從所述電解液產(chǎn)生O2的反應(yīng)率可以在所述氧氣產(chǎn)生部分中增大。因此，可以通過在所述光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生的電動勢來更有效地產(chǎn)生H2，并且可以改善光利用效率。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分的至少一個優(yōu)選地具有比所述光接受表面的面積大的催化表面積。根據(jù)上面的配置，可以通過在所述光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生的電動勢來更有效地產(chǎn)生
氫氣或氧氣。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分的至少一個優(yōu)選地由負(fù)載催化劑的多孔導(dǎo)體形成。根據(jù)上面的配置，所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分的至少一個具有大的催化表面積，使得可以更有效地產(chǎn)生氧氣或氫氣。另外，通過使用所述多孔導(dǎo)體，可以防止因為在所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述催化劑之間流動的電流而改變電勢，使得可以更有效地產(chǎn)生氫氣或氧氣。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，所述氫氣產(chǎn)生部分優(yōu)選地包含作為氫氣產(chǎn)生催化劑的Pt、Ir、Ru、Pd、Rh、Au、Fe、Ni和Se中的至少一種。根據(jù)上面的配置，可以通過在所述光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生的電動勢來以較高的反應(yīng)
率來產(chǎn)生氫氣。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，所述氧氣產(chǎn)生部分優(yōu)選地包含作為氧氣產(chǎn)生催化劑的Mn、Ca、Zn、Co和Ir中的至少一種。根據(jù)上面的配置，可以通過在所述光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生的電動勢來以較高的反應(yīng)
率來產(chǎn)生氧氣。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選的是，在具有半透明度的襯底上設(shè)置所述光電轉(zhuǎn)換部分，在所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分上進一步設(shè)置板，使得與所述襯底相對，并且在所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分的每一個與所述板之間設(shè)置空間。根據(jù)上面的配置，可以在所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分的每一個與所述板之間引入電解液，并且，可以從在所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分中的電解液有效地產(chǎn)生H2和02。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選的是，進一步提供隔壁，以將在所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述板之間的空間與在所述第二氣體產(chǎn)生部分和所述板之間的空間分開。根據(jù)上面的配置，可以將分別在所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分中產(chǎn)生的氫氣和氧氣彼此分離，使得可以更有效地收集氫氣。在根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置中，所述隔壁優(yōu)選地包含離子交換材料。
根據(jù)上面的配置，質(zhì)子濃度不平衡可以被消除，并且在向在所述第一氣體產(chǎn)生部分上的空間中引入的電解液和向在所述第二氣體產(chǎn)生部分上的空間內(nèi)引入的電解液之間變得均勻，使得可以穩(wěn)定地產(chǎn)生氫氣和氧氣。另外，本發(fā)明提供了一種用于產(chǎn)生氫氣的方法，所述方法包括如下步驟設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置，使得所述光接受表面相對于水平表面傾斜；通過從所述氫氣產(chǎn)生裝置的下部向所述氫氣產(chǎn)生裝置引入所述電解液并且使用日光來照射所述光接受表面來分別從所述氫氣產(chǎn)生部分和所述氧氣產(chǎn)生部分產(chǎn)生氫氣和氧氣；并且，從所述氫氣產(chǎn)生裝置的上部排放所述氫氣和所述氧氣。根據(jù)在本發(fā)明中的用于產(chǎn)生氫氣的方法，可以使用日光以低成本來產(chǎn)生氫氣。以下，將參考附圖描述本發(fā)明的實施方式。在附圖中和在下面的說明中所示的配置僅是示例，并且本發(fā)明的范圍不限于在附圖和下面的說明中示出的那些。氫氣產(chǎn)生裝置的配置圖I示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的氫氣產(chǎn)生裝置的配置，并且它是從光電轉(zhuǎn)換部分的光接受表面?zhèn)全@取的示意平面圖。圖2是沿著在圖I中的虛線A-A所取的示意截面圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的所述實施方式的氫氣產(chǎn)生裝置的配置，并且它是從光電轉(zhuǎn)換部分的背表面?zhèn)人〉氖疽獗潮砻嬉晥D。在該實施方式中的氫氣產(chǎn)生裝置23包括光電轉(zhuǎn)換部分2,其具有光接受表面和背表面；在背表面上設(shè)置的第一氣體產(chǎn)生部分8 ;以及，在背表面上設(shè)置的第二氣體產(chǎn)生部分7，其中，第一氣體產(chǎn)生部分8和第二氣體產(chǎn)生部分7之一是用于從電解液產(chǎn)生H2的氫氣產(chǎn)生部分，并且其另一個是用于從電解液產(chǎn)生O2的氧氣產(chǎn)生部分，第一氣體產(chǎn)生部分8電連接到背表面，并且第二氣體產(chǎn)生部分7通過第一導(dǎo)電部分9電連接到光接受表面。此外，在該實施方式中的氫氣產(chǎn)生裝置23中包括的第一導(dǎo)電部分9可以由第一電極4和第二導(dǎo)電部分10形成。另外，在該實施方式中的氫氣產(chǎn)生裝置23可以設(shè)有襯底I、第二電極5、絕緣部分11、隔壁13、板14、電解液路徑15、密封材料16、進水口 18、第一氣體排放開口 20和第二氣體排放開口 19。以下，將描述在該實施方式中的氫氣產(chǎn)生裝置。I.襯底襯底I可以被設(shè)置于在該實施方式中的氫氣產(chǎn)生裝置23中。此外，光電轉(zhuǎn)換部分2可以被設(shè)置在半透明襯底I上，并且光接受表面在襯底I側(cè)上。在光電轉(zhuǎn)換部分2作為半導(dǎo)體襯底等并且具有特定強度的情況下，可以不設(shè)置襯底I。在光電轉(zhuǎn)換部分2可以形成在諸如樹脂膜的柔性材料上的情況下，可以不提供襯底I。襯底I是用作基礎(chǔ)以構(gòu)成氫氣產(chǎn)生裝置的構(gòu)件。此外，為了在光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面上接收光，它優(yōu)選地是透明的，并且具有高透光率，但是透光率不被限制，只要它具有使得光可以有效地進入光電轉(zhuǎn)換部分2的結(jié)構(gòu)。具有高透光率的襯底材料優(yōu)選地包括透明剛性材料，諸如鈉玻璃、石英玻璃、Pyrex (注冊商標(biāo))和合成石英板、透明樹脂板和膜材料。優(yōu)選地使用玻璃襯底，因為它在化學(xué)和物理上是穩(wěn)定的。在光電轉(zhuǎn)換部分2側(cè)上的襯底I的表面可以具有精細(xì)的凹凸結(jié)構(gòu)，使得可以在光電轉(zhuǎn)換部分2的表面上有效地不規(guī)則地反射入射光?？梢酝ㄟ^諸如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)工藝或噴吹工藝的公知方法來形成該精細(xì)的凹凸結(jié)構(gòu)。2.第一導(dǎo)電部分第一導(dǎo)電部分9將第二氣體產(chǎn)生部分7電連接到光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面。另外，第一導(dǎo)電部分9可以由一個構(gòu)件形成,或者可以由第一電極4和第二導(dǎo)電部分10形成。通過提供第一導(dǎo)電部分9，光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面的電勢可以與第二氣體產(chǎn)生部分7的電勢幾乎相同，使得可以在第二氣體產(chǎn)生部分7中產(chǎn)生氫氣或氧氣。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電部分9由一個構(gòu)件形成時，這樣的構(gòu)件可以是金屬布線，用于將光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面電連接到第二氣體產(chǎn)生部分7。另外，該構(gòu)件是由例如Ag形成的金屬布線。該金屬布線可以具有象指狀電極的形狀，使得防止進入光電轉(zhuǎn)換部分2的光減少。第一導(dǎo)電部分9可以被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分2側(cè)上的襯底I上,或者可以被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面上。3.第一電極第一電極4可以被設(shè)置在襯底I上，并且可以被設(shè)置使得與光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面接觸。可選地，第一電極4可以具有半透明度。在可以未設(shè)置襯底I的情況中，第一電極4可以直接地被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面上。通過設(shè)置第一電極4，較大的電流在光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面與第二氣體產(chǎn)生部分7之間流動。第一電極4可以由以ITO或SnO2構(gòu)成的透明導(dǎo)電膜形成，或者可以由以諸如Ag或Au的金屬構(gòu)成的指狀電極形成。以下，將進行第一電極4由透明導(dǎo)電膜形成的情況的說明。透明導(dǎo)電膜用于容易地將光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面連接到第二氣體產(chǎn)生部分7?？梢允褂猛ǔＳ米魍该麟姌O的任何材料。更具體地，所述透明電極可以由In-Zn-O(IZO)、In-Sn-O (ITO)、ZnO-Al, Zn-Sn-O或SnO2構(gòu)成。另外，所述透明導(dǎo)電膜優(yōu)選地具有85%或更大、更優(yōu)選90%或更大并且最優(yōu)選92%或更大的日光透光率。在該情況下，光電轉(zhuǎn)換部分2可以有效地吸收光?？梢砸怨椒▉硇纬赏该鲗?dǎo)電膜，該公知方法例如是濺射方法、真空沉積方法、 溶膠凝膠方法、團束沉積方法或PLD (脈沖激光沉積)方法。4.光電轉(zhuǎn)換部分光電轉(zhuǎn)換部分2具有光接受表面和背表面，并且在光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面上設(shè)置第一氣體產(chǎn)生部分8和第二氣體產(chǎn)生部分7。所述光接受表面接收要被光電轉(zhuǎn)換的光，并且在光接受表面的背面設(shè)置背表面?？梢越?jīng)由第一電極4在襯底I上設(shè)置光電轉(zhuǎn)換部分2，并且光接受表面面向下。
光電轉(zhuǎn)換部分2不被特別限制而只要光電轉(zhuǎn)換部分2可以通過入射光來分離電荷并且在光接受表面和背表面之間產(chǎn)生電動勢，光電轉(zhuǎn)換部分2可以是使用硅基半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換部分、使用化合物半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換部分、使用染料敏化劑的光電轉(zhuǎn)換部分或使用有機薄膜的光電轉(zhuǎn)換部分。光電轉(zhuǎn)換部分2必須由產(chǎn)生用于通過接收光分別在氫氣產(chǎn)生部分和氧氣產(chǎn)生部分中產(chǎn)生氫氣和氧氣所需的電動勢的材料構(gòu)成。在氫氣產(chǎn)生部分和氧氣產(chǎn)生部分之間的電勢差需要大于用于水分解所需的理論電壓(I. 23V)，使得需要在光電轉(zhuǎn)換部分2中產(chǎn)生足夠大的電勢差。因此，光電轉(zhuǎn)換部分2優(yōu)選地被設(shè)置使得用于產(chǎn)生電動勢的部分由諸如串聯(lián)的Pn結(jié)的兩個或更多的結(jié)形成。用于光電轉(zhuǎn)換的材料包括基于硅基半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體和有機材料提供的材料，并且可以使用任何光電轉(zhuǎn)換材料。另外，為了提高電動勢，可以層疊上面的光電轉(zhuǎn)換材料。當(dāng)層疊光電轉(zhuǎn)換材料時，多結(jié)結(jié)構(gòu)可以由同一材料構(gòu)成。在具有不同的光學(xué)帶隙的多個光電轉(zhuǎn)換層被層疊以彼此補充光電轉(zhuǎn)換層的低敏波長區(qū)域的情況下，可以在大的波長區(qū)域上有效地吸收入射光。另外，為了改善在光電轉(zhuǎn)換層之間的串聯(lián)特性，并且為了匹配在光電轉(zhuǎn)換部分2中產(chǎn)生的光電流，可以在層之間插入諸如透明導(dǎo)電膜的導(dǎo)體。因此，可以防止光電轉(zhuǎn)換部分2變差。以下，將更具體地描述光電轉(zhuǎn)換部分2的示例。注意，可以通過組合這些示例來提供光電轉(zhuǎn)換部分2。4-1.使用硅基半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換部分使用硅基半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換部分2可以是單晶型、多晶型、非晶型、球形硅型或那些的組合。可以在這些類型的任何一種中設(shè)置在P型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間的pn結(jié)。可選地，可以提供其中在P型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間設(shè)置i型半導(dǎo)體的pin結(jié)。此外可選地，可以提供多個pn結(jié)、多個pin結(jié)或pn結(jié)和pin結(jié)。硅基半導(dǎo)體是包含諸如硅、碳化硅或鍺化硅的硅系列的半導(dǎo)體。另外，它可以包括其中向硅添加n型雜質(zhì)或p型雜質(zhì)者，并且可以包括結(jié)晶、非晶或微晶半導(dǎo)體。可選地，使用硅基半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換部分2可以是在襯底I上形成的薄膜或厚膜光電轉(zhuǎn)換層、其中在諸如硅晶片的晶片上形成pn結(jié)或Pin結(jié)者或其中在具有pn結(jié)或pin結(jié)的晶片上形成薄膜光電轉(zhuǎn)換層者。下面示出用于使用硅基半導(dǎo)體來形成光電轉(zhuǎn)換部分2的方法的示例。通過諸如等離子體CVD方法的方法來在襯底I上層疊的第一電極4上形成第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層是P+型或n+型非晶Si薄膜或多晶或微晶Si薄膜，該多晶或微晶Si薄膜被摻雜使得雜質(zhì)原子濃度是1\1018至5\1021/(^3。用于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的材料不限于Si，并且可以使用諸如SiC、SiGe或SixCVx的化合物。多晶或微晶Si薄膜在通過諸如等離子體CVD方法的方法如上所述形成的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上形成為結(jié)晶Si基光敏層。在該情況下，導(dǎo)電型是其摻雜濃度小于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層或i型的摻雜濃度的第一導(dǎo)電型。用于結(jié)晶Si基光敏層的材料不限于Si，并且可以使用諸如Sic、SiGe或SixCVx的化合物。然后，為了在結(jié)晶Si基光敏層上形成半導(dǎo)體結(jié)，通過諸如等離子體CVD方法的方法來形成其導(dǎo)電型與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。該第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層是n+型或P+型非晶Si薄膜或者被摻雜了 I X IO18至5X 1021/cm3的雜質(zhì)原子的多晶或微晶Si薄膜。用于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的材料不限于Si，并且可以使用諸如SiC、SiGe或SixCVx的化合物。另外，為了進一步改善結(jié)特性，可以在結(jié)晶Si基光敏層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間插入大體i型的非晶Si基薄膜。因此，有可能層疊與光接受表面最近的光電轉(zhuǎn)換層。然后，形成第二光電轉(zhuǎn)換層。第二光電轉(zhuǎn)換層由第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、結(jié)晶Si基光敏層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層形成，并且它們以與在第一光電轉(zhuǎn)換層中的第一導(dǎo)電型半導(dǎo) 體層、結(jié)晶Si基光敏層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層對應(yīng)地相同的方式形成。當(dāng)不能使用二層串聯(lián)充分地獲得用于水分解所需的電勢時，優(yōu)選的是，提供三層或更多的層疊結(jié)構(gòu)。在此，應(yīng)當(dāng)注意，在第二光電活性層中的結(jié)晶Si基光敏層的結(jié)晶體積部分優(yōu)選地大于在第一層中的結(jié)晶Si基光敏層的結(jié)晶體積部分。類似地，當(dāng)層疊三個或更多層時，其結(jié)晶體積部分優(yōu)選地大于下層的結(jié)晶體積部分。這是因為吸收率在長波長區(qū)域中高，并且頻譜靈敏度移位到長波長區(qū)域側(cè)，使得即使當(dāng)光敏層由同一 Si材料構(gòu)成時，也可以在大的波長區(qū)域上改善靈敏度。即，當(dāng)串聯(lián)結(jié)構(gòu)由具有不同結(jié)品度的Si構(gòu)成時，頻譜靈敏度變高，使得可以高效率地使用光。此時，必須在光接受表面?zhèn)壬显O(shè)置具有低結(jié)晶度的材料，以實現(xiàn)高的光利用效率。另外，當(dāng)結(jié)晶度是40%或更小時，非品組分增多并且產(chǎn)生變差。4. 2使用化合物半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換部分關(guān)于使用化合物半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換部分，例如，使用由III-V族元素形成的GaP、GaAs、InP或InAs、由II-VI族元素形成的CdTe/CdS或由I-III-VI族元素形成的CIGS (銅銦鎵二硒)形成pn結(jié)。下面作為一個示例示出了用于使用化合物半導(dǎo)體來產(chǎn)生光電轉(zhuǎn)換部分的方法，并且在該方法中，使用MOCVD(金屬有機化學(xué)氣相沉積)裝置全部依序執(zhí)行薄膜形成處理等。作為用于III族元素的材料，使用氫氣作為載氣向生長系統(tǒng)提供有機材料，諸如三甲基鎵、三甲基鋁或三甲基銦。作為用于V族元素的材料，使用氣體，諸如胂(AsH3)、膦(PH3)或鱗(SbH3)。作為p型雜質(zhì)或n型雜質(zhì)摻雜劑，二乙基鋅等用于建立p型，或者，硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)或硒化氫(H2Se)等用于建立n型。當(dāng)上面的原材料氣體被提供在被加熱到700°C并且被熱解的襯底上時，可以外延地生長期望的化合物半導(dǎo)體材料膜。生長層的組成可以被引入的氣體組成控制，并且其膜厚度可以被氣體的引入時間長度控制。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換部分被提供為多結(jié)層疊層時，通過盡可能在層之間匹配晶格常數(shù)，生長層可以在結(jié)晶屬性上優(yōu)異，使得可以改善光電轉(zhuǎn)換效率。為了增強載體收集效率，除了其中形成pn結(jié)的部分之外，可以在光接受表面?zhèn)壬显O(shè)置公知的窗口層，或者可以在非光接受表面?zhèn)壬显O(shè)置公知的電場層。另外，可以提供緩沖層以防止雜質(zhì)擴散。4-3.使用染料敏化劑的光電轉(zhuǎn)換部分使用染料敏化劑的光電轉(zhuǎn)換部分主要由例如多孔半導(dǎo)體、染料敏化劑、電解質(zhì)和溶劑形成。作為用于多孔半導(dǎo)體的材料，可以從公知的半導(dǎo)體選擇一種或更多，該公知半導(dǎo)體由氧化鈦、氧化鎢、氧化鋅、鈦酸鋇、鈦酸鍶和硫化鎘等構(gòu)成。用于在襯底上形成多孔半導(dǎo)體的方法包括其中通過諸如絲網(wǎng)印刷方法或噴墨方法的方法來施加包含半導(dǎo)體微粒的糊狀物并且干燥或烘烤該糊狀物的方法；其中使用原材料氣體通過諸如CVD方法的方法來形成薄膜的方法；PVD方法；沉積方法；濺射方法；溶膠凝膠方法；以及，使用電化學(xué)氧化還原反應(yīng)的方法。作為被吸附到多孔半導(dǎo)體的染料敏化劑，可以使用被吸收到可見光區(qū)域和紅外光區(qū)域的各種染料。在此，為了將該染料強吸附到多孔半導(dǎo)體，優(yōu)選的是，染料分子包含基團，諸如羧酸基團、羧酸酐基團、烷氧基基團、磺酸基團、羥基基團、羥烷基基團、酯基團、巰基基團或磷酰基基團。這些功能基團提供電耦合，以容易地在激發(fā)狀態(tài)染料和多孔半導(dǎo)體的導(dǎo)帶之間移動電子。包含功能基團的染料包括釕聯(lián)吡啶系列染料、醌系列染料、醌亞胺系列染料、偶氮系列染料、喹吖啶酮系列染料、方酸锫系列染料、花菁系列染料、部花菁系列染料、三苯基甲烷系列染料、黃嘌呤系列染料、葉啉系列染料、酞菁系列染料、茈系列染料、靛藍(lán)系列染料和萘酞菁系列染料。用于將染料吸附到多孔半導(dǎo)體中的方法包括其中在包括其中溶解的染料的溶液(染料吸附溶液)中浸潰多孔半導(dǎo)體的方法。在染料吸附溶液中使用的溶劑不特別被限制，只要它們可以溶解染料，并且更具體地包括諸如乙醇或甲醇的醇、諸如丙酮的酮、諸如乙醚或四氫呋喃的醚、諸如乙腈的氮化合物、諸如己烷的脂肪烴、諸如苯的芳族烴、諸如乙酸乙脂的脂和水。 電解質(zhì)由氧化還原對和用于固定氧化還原對的諸如聚合物凝膠的液體或固體介質(zhì)形成。作為氧化還原對，優(yōu)選地使用諸如鐵系列或鈷系列的金屬或諸如氯、溴或碘的鹵素物質(zhì)，并且，優(yōu)選地使用諸如碘化鋰、碘化鈉或碘化鉀的金屬碘化物和碘的組合。此外，可以在其中混和諸如二甲基丙基咪唑碘化物的咪唑鹽。作為溶劑，在使用諸如碳酸丙烯酯的碳酸酯化合物、諸如乙腈的腈化合物、諸如乙醇或甲醇的醇、水或極性非質(zhì)子物質(zhì)等的同時，其中，優(yōu)選地使用碳酸酯化合物或腈化合物。4-4.使用有機薄膜的光電轉(zhuǎn)換部分使用有機薄膜的光電轉(zhuǎn)換部分可以是由具有電子供體屬性和電子受體屬性的有機半導(dǎo)體材料形成的電子空穴傳輸層，或具有電子受體屬性的電子傳送層和具有電子供體屬性的空穴傳輸層的層疊。雖然具有電子供體屬性的有機半導(dǎo)體材料不被特別限制而只要它具有作為電子供體的功能，但是優(yōu)選的是，可以通過涂覆方法來形成薄膜，并且特別地，優(yōu)選地使用具有電子供體屬性的導(dǎo)電聚合物。在此，導(dǎo)電聚合物表示由共軛系統(tǒng)形成的共軛聚合物，其中，包括碳碳或雜原子的雙鍵或三鍵交錯地與單鍵相鄰，同時示出半導(dǎo)體屬性。用于具有電子供體屬性的導(dǎo)電聚合物的材料可以是聚亞苯基、聚亞苯基亞乙烯、基、聚噻吩、聚咔唑、聚乙烯基咔唑、聚硅烷、聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚芴、聚乙烯基芘、聚乙烯基蒽、其衍生物或共聚物、包含酞菁染料的聚合物、包含咔唑的聚合物或金屬有機聚合物等。特別是，優(yōu)選地使用的材料可以是噻吩-芴共聚物、聚烷基噻吩、亞苯基亞乙炔基-亞苯基亞乙烯基共聚物、氟-亞苯基亞乙烯基共聚物或噻吩-亞苯基亞乙烯基等。
雖然用于具有電子受體屬性的有機半導(dǎo)體的材料不被特別限制而只要它具有作為電子受體的功能，但是優(yōu)選的是，可以通過涂覆方法來形成膜，并且特別地，優(yōu)選地使用具有電子供體屬性的導(dǎo)電聚合物。作為具有電子受體屬性的導(dǎo)電聚合物，它可以是聚亞苯基亞乙烯基、聚芴、其衍生物或共聚物、碳納米管、富勒烯、其衍生物、包含CN基團或CF3基團的聚合物及其CF3取代的聚合物?？蛇x地，可以使用被摻雜了電子供體化合物的、具有電子受體屬性的有機半導(dǎo)體材料；或者，被摻雜了電子受體化合物的、具有電子供體屬性的有機半導(dǎo)體材料。用于被摻雜了電子供體化合物的、具有電子受體屬性的導(dǎo)電聚合物的材料可以是上述的具有電子受體屬性的導(dǎo)電聚合物材料。待摻雜的電子供體化合物可以是諸如堿金屬或堿土金屬的路易斯堿，所述堿金屬或堿土金屬例如是Li、K、Ca或Cs。所述路易斯堿作為電子供體。另外，用于被摻雜了電子受體化合物的、具有電子供體屬性的導(dǎo)電聚合物的材料可以是上述的具有電子供體屬性的導(dǎo)電聚合物材料。待摻雜的電子受體化合物可以是諸如FeCl3、A1C13、AlBr3^AsF6或鹵素化合物的路易斯酸。所述路易斯酸作為電子受體。雖然初步假定上面的光電轉(zhuǎn)換部分2接收日光并且執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，但是可以使用諸如來自熒光燈、白熾燈、LED或特定熱源發(fā)射的光的人造光根據(jù)應(yīng)用來照射光電轉(zhuǎn)換部分2,以執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換。5.第二電極可以在光電轉(zhuǎn)換部分2和第一氣體產(chǎn)生部分8之間設(shè)置第二電極5。通過提供第二電極5，光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面的電勢可以與第一氣體產(chǎn)生部分8的電勢幾乎相同。另夕卜，大的電流可以在光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面和第一氣體產(chǎn)生部分8之間流動。因此，可以通過在光電轉(zhuǎn)換部分2中產(chǎn)生的電動勢來有效地產(chǎn)生氫氣或氧氣。雖然第二電極5不被特別限制而只要它具有導(dǎo)電性，但是它可以是金屬薄膜，諸如由Al、Ag或Au構(gòu)成的薄膜?？梢酝ㄟ^濺射方法等來形成所述膜?？蛇x地，它可以是由諸如 In-Zn-O(IZO)、In-Sn-O(ITO)、ZnO-Al、Zn-Sn-O 或 SnO2 的材料構(gòu)成的透明導(dǎo)電膜。6.絕緣部分可以在光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面和第二氣體產(chǎn)生部分7之間設(shè)置絕緣部分11。另夕卜，可以在第一氣體產(chǎn)生部分8和第二氣體產(chǎn)生部分7之間設(shè)置絕緣部分11。此外，可以在第一導(dǎo)電部分9和光電轉(zhuǎn)換部分2之間、在第二導(dǎo)電部分10和光電轉(zhuǎn)換部分2之間和在第二導(dǎo)電部分10和第二電極5之間設(shè)置絕緣部分11。通過提供絕緣部分11，電流可以在光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面和第二氣體產(chǎn)生部分7之間流動，并且電流可以通過在光電轉(zhuǎn)換部分2中產(chǎn)生的電動勢在光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面和第一氣體產(chǎn)生部分8之間流動。另外，泄漏電流可以較小。因此，光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面的電勢可以與第二氣體產(chǎn)生部分7的電勢幾乎相同，并且光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面的電勢可以與第一氣體產(chǎn)生部分8的電勢幾乎相同，使得可以更有效地產(chǎn)生氫氣和氧氣。 絕緣部分11可以由有機材料或無機材料構(gòu)成，并且所述有機材料可以是有機聚合物，諸如聚酰胺、聚酰亞胺、聚亞芳基、芳族乙烯基化合物、氟系列聚合物、丙烯酸系列聚合物或乙烯基酰胺系列聚合物，而所述無機材料可以是諸如A1203、SiO2的金屬氧化物，諸如多孔二氧化硅膜、氟化的二氧化硅膜(FSG)、SiOC, HSQ (氫倍半硅氧烷)膜、SiNx或硅醇(Si (OH)4),其被溶解在諸如醇的溶劑中，以被施加和加熱以形成膜。用于形成絕緣部分11的方法可以是其中包含絕緣材料的糊狀物通過絲網(wǎng)印刷方法、噴墨方法或旋涂方法被施加并且然后被干燥或烘烤的方法；其中使用原材料氣體通過諸如CVD方法的方法形成膜的方法；PVD方法；沉積方法；濺射方法；或者，溶膠凝膠方法。7.第二導(dǎo)電部分第二導(dǎo)電部分10可以被提供以便與第一電極4和第二氣體產(chǎn)生部分7的每一個接觸。通過提供第二導(dǎo)電部分10，與光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面接觸的第一電極4可以容易地電連接到第二氣體產(chǎn)生部分7。第二導(dǎo)電部分10與第一電極4接觸，第一電極4與光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面和在光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面上設(shè)置的第二氣體產(chǎn)生部分7接觸，使得當(dāng)與光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面平行的第二導(dǎo)電部分10的截面面積太大時，光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面的面積變小。同時，當(dāng)與光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面平行的第二導(dǎo)電部分10的截面面積太小時，在光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面的電勢和第二氣體產(chǎn)生部分7的電勢之間產(chǎn)生差，使得可以不提供用于電解電解液所需的電勢差，并且可以降低氫氣或氧氣的產(chǎn)生效率。因此，與光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面平行的第二導(dǎo)電部分的截面面積需要被設(shè)置在特定范圍內(nèi)。例如，當(dāng)假定光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面的面積是100%時，與光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面平行的第二導(dǎo)電部分的截面面積(當(dāng)提供多個第二導(dǎo)電部分時，它們的總和)可以是0. 1%或更大至10%或更小、優(yōu)選是0. 5%或更大至8%或更小、并且更優(yōu)選是1%或更大至6%或更小。另外，可以在穿過光電轉(zhuǎn)換部分2的接觸孔中設(shè)置第二導(dǎo)電部分10。在該情況下，因為第二導(dǎo)電部分10的存在導(dǎo)致的在光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面的面積上的減小可以較小。另外，在該情況下，在光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面和第二氣體產(chǎn)生部分7之間的電流路徑可以較短，使得可以更有效地產(chǎn)生氫氣或氧氣。另外，在該情況下，可以容易地調(diào)整與光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面平行的第二導(dǎo)電部分10的截面面積。此外，具有第二導(dǎo)電部分10的接觸孔的數(shù)量可以是一個或多個，并且接觸孔可以具有圓形截面。另外，當(dāng)假定光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面的面積是100%時，與光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面平行的接觸孔的截面面積(當(dāng)提供多個接觸孔時，它們的總和)可以是0. 1%或更大至10%或更小、優(yōu)選是0. 5%或更大至8%或更小、并且更優(yōu)選是1%或更大至6%或更小。用于第二導(dǎo)電部分10的材料不被特別限制，只要它具有導(dǎo)電性。方法包括其中諸如碳糊狀物或Ag糊狀物的包含導(dǎo)電粒子的糊狀物通過絲網(wǎng)印刷方法或噴墨方法被施加并且然后被干燥或烘烤的方法；其中，使用原材料氣體通過CVD方法的方法形成膜的方法；PVD方法；沉積方法；濺射方法；溶膠凝膠方法；以及，使用電化學(xué)氧化還原反應(yīng)的方法。
圖4是從光接受表面?zhèn)人〉母鶕?jù)本發(fā)明的一個實施方式的氫氣產(chǎn)生裝置的視圖。與光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面平行的第二導(dǎo)電部分10的截面可以是如圖I中所示的圓形的，或者可以具有如圖4中所示的長和薄的形狀。另外，第二導(dǎo)電部分10的數(shù)量可以是如圖I中所示的多個，或者可以是如圖4中所示的一個。另外，在接觸孔中設(shè)置以將光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面與第二氣體產(chǎn)生部分7電連接的第二導(dǎo)電部分10可以形成與隔壁13大體平行的長的形狀。8.第一氣體產(chǎn)生部分在光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面上設(shè)置第一氣體產(chǎn)生部分8。因此，第一氣體產(chǎn)生部分8不阻擋進入光電轉(zhuǎn)換部分2的光。另外，第一氣體產(chǎn)生部分8是氫氣產(chǎn)生部分和氧氣 產(chǎn)生部分中的任何一個，并且電連接到光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面。因此，光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面的電勢可以與第一氣體產(chǎn)生部分8的電勢幾乎相同，使得可以通過在光電轉(zhuǎn)換部分2中產(chǎn)生的電動勢來產(chǎn)生氫氣或氧氣。另外，第一氣體產(chǎn)生部分8可以被設(shè)置使得不與第二氣體產(chǎn)生部分7接觸。因此，防止泄漏電流在第一氣體產(chǎn)生部分8和第二氣體產(chǎn)生部分7之間流動。此外，第一氣體產(chǎn)生部分8可以被暴露到電解液路徑15。因此，可以在第一氣體產(chǎn)生部分8的表面上從電解液產(chǎn)生H2或02。9.第二氣體產(chǎn)生部分在光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面上設(shè)置第二氣體產(chǎn)生部分7。在該情況下，第二氣體產(chǎn)生部分7不阻擋進入光電轉(zhuǎn)換部分2的光。另外，第二氣體產(chǎn)生部分7是氫氣產(chǎn)生部分和氧氣產(chǎn)生部分中的任何一個，并且通過第一導(dǎo)電部分9電連接到光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面。因此，光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面的電勢可以與第二氣體產(chǎn)生部分7的電勢幾乎相同，使得可以通過在光電轉(zhuǎn)換部分2中產(chǎn)生的電動勢來產(chǎn)生氫氣或氧氣。另外，可以經(jīng)由絕緣部分11在光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面?zhèn)壬显O(shè)置第二氣體產(chǎn)生部分7。另外，可以設(shè)置第二氣體產(chǎn)生部分7使得不與第一氣體產(chǎn)生部分8接觸。因此，防止泄漏電流在它們之間流動。此外，第二氣體產(chǎn)生部分7可以被暴露到電解液路徑15。因此，可以在第二氣體產(chǎn)生部分7的表面上從電解液產(chǎn)生H2或02。10.氫氣產(chǎn)生部分氫氣產(chǎn)生部分是用于從電解液產(chǎn)生H2的部分，并且它是第一氣體產(chǎn)生部分8或第二氣體產(chǎn)生部分7。另外，氫氣產(chǎn)生部分可以包含用于從電解液產(chǎn)生H2的反應(yīng)的催化劑。在該情況下，用于從電解液產(chǎn)生H2的反應(yīng)率可以增大。氫氣產(chǎn)生部分可以僅由用于從電解液產(chǎn)生H2的反應(yīng)的催化劑形成，并且可以通過載體來負(fù)載所述催化劑。另外，氫氣產(chǎn)生部分可以具有比光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面的面積大的催化表面積。在該情況下，用于從電解液產(chǎn)生H2的反應(yīng)率可以變得更大。另外，氫氣產(chǎn)生部分可以是負(fù)載催化劑的多孔導(dǎo)體。在該情況下，催化表面積可以增大。另外，可以防止電勢因為在光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面或背表面與在氫氣產(chǎn)生部分包含的催化劑之間流動的電流而改變。另外，當(dāng)氫氣產(chǎn)生部分是第一氣體產(chǎn)生部分8時，可以防止電勢因為在光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面和催化劑之間流動的電流而改變，即使當(dāng)未提供第二電極時。此外，所述氫氣產(chǎn)生部分可以包含Pt、Ir、Ru、Pd、Rh、Au、Fe、Ni和Se中的至少一種來作為氫氣產(chǎn)生催化劑。用于從電解液產(chǎn)生H2的反應(yīng)的催化劑(氫氣產(chǎn)生催化劑)被提供來促進從兩個質(zhì)子和兩個電子向一個氫分子的轉(zhuǎn)換，并且可以由在化學(xué)上穩(wěn)定并且具有小的氫氣產(chǎn)生過電壓的材料構(gòu)成。氫氣產(chǎn)生催化劑的示例包括鉬族金屬，諸如具有用于氫氣的催化劑活性的Pt、Ir、Ru、Pd、Rh或Au、其合金和包含鉬族金屬的化合物；以及，合金，其包含構(gòu)成作為氫氣產(chǎn)生酶的氫化酶的活性中心的諸如Fe、Ni和Se的金屬中的任何一種以及包含該金屬的化合物，這些示例及其組合可以有利地被用作氫氣產(chǎn)生催化劑。其中，優(yōu)選地使用Pt和包含Pt的納米結(jié)構(gòu)的主體，因為它們的氫氣產(chǎn)生過電壓較低。也可以使用通過光照射來產(chǎn)生氫氣產(chǎn)生反應(yīng)的、諸如CdS、CdSe、ZnS或ZrO2的材料。雖然可以在光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面上直接地負(fù)載氫氣產(chǎn)生催化劑，但是可以在導(dǎo)體上負(fù)載催化劑，以便增大反應(yīng)面積并且改善氣體產(chǎn)生率。作為用于負(fù)載催化劑的導(dǎo)體，它可以是金屬材料、含碳材料或具有導(dǎo)電性的無機材料。金屬材料優(yōu)選地是具有電子傳導(dǎo)性并且在酸性氣 氛下具有耐腐蝕性的材料。更具體地，所述材料可以是諸如Au、Pt或Pd的貴金屬、諸如Ti、Ta、W、Nb、Ni、Al、Cr、Ag、Cu、Zn、Su或Si的金屬、上面的金屬的氮化物或碳化物、不銹鋼或諸如Cu-Cr、Ni-Cr或Ti-Pt的合金。所述金屬材料更優(yōu)選地包含選自包括Pt、Ti、Au、Ag、Cu、Ni和W的組的至少一個元素，因為難以產(chǎn)生另一個化學(xué)副反應(yīng)。該金屬材料在電阻上較低，并且可以甚至當(dāng)在表面方向上拉出電流時防止電壓降低。另外，當(dāng)使用諸如CiuAg或Zn的在酸性氣氛下具有差的耐腐蝕性的金屬材料時，可以使用貴金屬或具有耐腐蝕性的金屬、碳、石墨、玻璃碳、導(dǎo)電聚合物、導(dǎo)電氮化物、導(dǎo)電碳化物或?qū)щ娧趸飦硗扛簿哂胁畹哪透g性的金屬材料的表面，所述貴金屬或具有耐腐蝕性的金屬例如是Au、Pt或Pd。作為含碳材料，優(yōu)選的是，它在化學(xué)上是穩(wěn)定的，并且具有導(dǎo)電性。例如，所述材料可以是碳粉末或碳纖維，諸如乙炔黑、硫化纖維、科琴黑、爐黑、VGCF、碳納米管、碳納米角或
富勒烯。作為具有導(dǎo)電性的無機材料，它可以是In-Zn-O(IZO)、In-Sn-O(ITO)、ZnO-Al、Zn-Sn-0, SnO2或摻雜了氧化銻的氧化錫。另外，作為導(dǎo)電聚合物，它可以是聚乙炔、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚對亞苯基或聚對亞苯基亞乙烯基,并且作為導(dǎo)電氮化物,它可以是氮化碳、氮化硅、氮化鎵、氮化銦、氮化鍺、氮化鈦、氮化鋯或氮化鉈，并且作為導(dǎo)電碳化物，它可以是碳化鉭、碳化硅、碳化鋯、碳化鈦、碳化鑰、碳化鈮、碳化鐵、碳化鎳、碳化鉿、碳化鎢、碳化釩或碳化鉻，并且作為導(dǎo)電氧化物，它可以是氧化錫、氧化銦錫(IT0)或摻雜了氧化銻的氧化錫。用于負(fù)載氫氣產(chǎn)生催化劑的導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)可以優(yōu)選地選自板狀、箔狀、棒狀、網(wǎng)格狀、板條板狀、多孔板狀、多孔棒狀、編織布狀、無紡布狀、纖維狀和氈子狀。另外，優(yōu)選地使用具有通過在氈子形狀的電極的表面上壓制而形成的凹槽的導(dǎo)體，因為它可以降低電極液體的電阻和流阻。11.氧氣產(chǎn)生部分氧氣產(chǎn)生部分是用于從電解液產(chǎn)生O2的部分，并且它是第一氣體產(chǎn)生部分8或第二氣體產(chǎn)生部分7。另外，氧氣產(chǎn)生部分可以包含用于從電解液產(chǎn)生O2的反應(yīng)的催化劑。在該情況下，用于從電解液產(chǎn)生O2的反應(yīng)率可以增大。氧氣產(chǎn)生部分可以僅由用于從電解液產(chǎn)生O2的反應(yīng)的催化劑形成，并且可以通過載體來負(fù)載所述催化劑。另外，氧氣產(chǎn)生部分可以具有比光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面的面積大的催化表面積。在該情況下，用于從電解液產(chǎn)生O2的反應(yīng)率可以增大。另外，氧氣產(chǎn)生部分可以是負(fù)載催化劑的多孔導(dǎo)體。因此，催化表面積可以增大。另外，可以防止電勢因為在光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面或背表面與在氧氣產(chǎn)生部分包含的催化劑之間流動的電流而改變。另外，當(dāng)氫氣產(chǎn)生部分是第一氣體產(chǎn)生部分8時，可以防止電勢因為在光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面和催化劑之間流動的電流而改變，即使當(dāng)未提供第二電極時。此外，氧氣產(chǎn)生部分可以包含Mn、Ca、Zn、Co和Ir中的至少一種來作為氧氣產(chǎn)生催化劑。用于從電解液產(chǎn)生O2的反應(yīng)的催化劑(氧氣產(chǎn)生催化劑)被提供來促進從兩個水分子向一個氧分子、四個質(zhì)子和四個電子的轉(zhuǎn)換，并且由在化學(xué)上穩(wěn)定并且具有小的氧氣產(chǎn)生過電壓的材料構(gòu)成。例如，所述材料包括氧化物或化合物，其包含用作光系統(tǒng)II(Photosystem II)的活性中心的Mn、Ca、Zn或Co，所述光系統(tǒng)II作為酶以催化使用光從水產(chǎn)生氧氣的反應(yīng)；包含諸如Pt、Ru02或IrO2的箔族金屬的化合物；氧化物或化合物，其包含諸如Ti、Zr、Nb、Ta、W、Ce、Fe或Ni的過渡金屬；以及，上面的材料的組合。其中，優(yōu)選地使用氧化銥、氧化錳、氧化鈷或磷酸鈷，因為過電壓低并且氧氣產(chǎn)生效率高。 雖然可以在光電轉(zhuǎn)換部分2的背表面上直接地負(fù)載氧氣產(chǎn)生催化劑，但是可以在導(dǎo)體上負(fù)載催化劑，以便增大反應(yīng)面積并且改善氣體產(chǎn)生率。作為用于負(fù)載催化劑的導(dǎo)體，它可以是金屬材料、含碳材料或具有導(dǎo)電性的無機材料。它們的解釋與對于在“10.氫氣產(chǎn)生部分”中的氫氣產(chǎn)生部分描述的那些相關(guān)，只要沒有不一致。當(dāng)單個氫氣產(chǎn)生催化劑和單個氧氣產(chǎn)生催化劑的催化活性小時，可以使用助催化齊U，諸如Ni、Cr、Rh、Mo、Co或Se的氧化物或它們的化合物。另外，用于負(fù)載氫氣產(chǎn)生催化劑和氧氣產(chǎn)生催化劑的方法可以根據(jù)材料是通過將其直接地施加到導(dǎo)體或半導(dǎo)體而執(zhí)行的方法；PVD方法，諸如氣相沉積方法、濺射方法或離子鍍方法；干法涂覆方法，諸如CVD方法；或者，電結(jié)晶方法?？梢栽诠怆娹D(zhuǎn)換部分和催化劑之間負(fù)載導(dǎo)電物質(zhì)。另外，當(dāng)氫氣產(chǎn)生和氧氣產(chǎn)生的催化活性不足時，在金屬或碳的多孔體、纖維物質(zhì)或納米粒子上負(fù)載催化劑以增大反應(yīng)表面積，由此可以改善氫氣和氧氣產(chǎn)生率。12.板板14可以被設(shè)置在第一氣體產(chǎn)生部分8和第二氣體產(chǎn)生部分7上，以便與襯底I相對。另外，板14可以被設(shè)置使得在第一氣體產(chǎn)生部分8和第二氣體產(chǎn)生部分7與板14之間設(shè)置空間。另外，板14構(gòu)成電解液的路徑，并且被設(shè)置來限制所產(chǎn)生的氫氣和氧氣，使得它由具有高空氣泄漏效率的材料構(gòu)成。雖然該材料不限于透明或不透明，但是優(yōu)選的是其為透明的，因為可以觀察到產(chǎn)生氫氣和氧氣。透明板不被特別限制，并且它可以是透明的剛性材料，諸如石英玻璃、Pyrex (注冊商標(biāo))或合成石英板；透明的樹脂板；或者，膜材料。其中，優(yōu)選地使用玻璃材料，因為它不透過氣體，并且它在化學(xué)上和物理上穩(wěn)定。13.隔壁隔壁13可以被設(shè)置來分離在第一氣體產(chǎn)生部分8和板14之間的空間以及在第二氣體產(chǎn)生部分7和板14之間的空間。因此，防止了在第一氣體產(chǎn)生部分8和第二氣體產(chǎn)生部分7中產(chǎn)生的氫氣和氧氣混和，使得分別收集氫氣和氧氣。另外，隔壁13可以包含離子交換劑。在該情況下，它可以均衡在在第一氣體產(chǎn)生部分8和板14之間的空間中的電解液與在第二氣體產(chǎn)生部分7和板14之間的空間中的電解液之間變得不平衡的質(zhì)子濃度。即，質(zhì)子離子移動通過隔壁13，以消除在質(zhì)子濃度上的不平衡。
隔壁13可以被設(shè)置使得如圖2中所示與板14接觸，或者可以被設(shè)置使得如圖5中所示在板14和隔壁13之間留下空間。當(dāng)如圖5中所示設(shè)置它時，可以更容易地消除在質(zhì)子上的不平衡。另外，隔壁13可以具有孔。在該情況下，可以更容易地消除在質(zhì)子上的不平衡。另外，即使當(dāng)在板14和隔壁13之間設(shè)置空間時，可以通過將光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面面向上而設(shè)置氫氣產(chǎn)生裝置來防止氫氣和氧氣混和。另外，可以通過在更接近板14的隔壁13中設(shè)置孔來防止氫氣和氧氣混和。雖然隔壁13完全地分離在第一氣體產(chǎn)生部分8和板14之間設(shè)置的電解液路徑15和在圖2中的在第二氣體產(chǎn)生部分7和板14之間設(shè)置的電解液路徑15，隔壁13可以被設(shè)置使得當(dāng)在上面的電解液路徑之間的離子移動上沒有麻煩時形成如圖5中所示的氣體流動路徑。在該情況下，如圖5中所示，可以通過諸如印刷方法的較低成本手段來設(shè)置用于防止所產(chǎn)生的氫氣和氧氣混和的隔壁13。在該情況下，襯底I和板14與密封材料16連接。為了提高該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以設(shè)置隔壁9使得部分與板14接觸。在來自電解液的氫氣產(chǎn)生量和氧氣產(chǎn)生量之間的比率在摩爾比率上是2:1，并且氣體產(chǎn)生量在第一氣體產(chǎn)生部分8和第二氣體產(chǎn)生部分7之間不同。因此，為了將在裝置中的水含量保持不變，隔壁13優(yōu)選地由透過水的材料構(gòu)成。隔壁13可以是由多孔玻璃、多孔氧化鋯或多孔礬土構(gòu)成的無機膜或離子交換劑。離子交換可以是任何公知的離子交換劑，諸如質(zhì)子導(dǎo)電膜、陽離子交換膜或陰離子交換膜。用于質(zhì)子導(dǎo)電膜的材料不被特別限制，只要它具有質(zhì)子導(dǎo)電和電絕緣屬性，諸如聚合物膜、無機膜或復(fù)合膜。所述聚合物膜可以是全氟磺酸系列電解質(zhì)膜，諸如由杜邦制造的Nafion (注冊商標(biāo))、由Asahi Kasei公司制造的Aciplex (注冊商標(biāo))或由Asahi Glass有限公司制造的Flemion (注冊商標(biāo));或者，烴系列電解質(zhì)膜，其由聚苯乙烯磺酸酯或磺化聚醚醚酮等形成。所述無機膜可以是由玻璃磷酸鹽、硫酸氫銫、多鶴磷酸(polytungsto phosphate)或多磷酸銨等構(gòu)成的膜。復(fù)合膜由下述部分構(gòu)成無機物質(zhì)，諸如磺化聚酰亞胺系列聚合物或鶴酸；以及，有機物質(zhì)，諸如聚酰亞胺，并且更具體地，由Gore&Associates公司制造的GORE-SELECT (注冊商標(biāo))或孔填充電解質(zhì)膜等。此外，當(dāng)在高溫氣氛(諸如100°C或更大)中使用它時，所述材料可以是磺化聚酰亞胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸酯(AMPS )、磺化聚苯并咪唑、磷酸化聚苯并咪唑、硫酸氫銫或多磷酸銨等。所述陽離子交換膜可以是可以移動陽離子的固體聚合物電解質(zhì)。更具體地，它可以是氟系列離子交換膜，諸如全氟碳磺酸酯膜或全氟碳羧酸酯膜；浸潰了磷酸的聚苯并咪唑膜；聚苯乙烯磺酸酯膜或磺化苯乙烯-乙烯基苯共聚物膜等。當(dāng)在負(fù)載電解液中的陰離子遷移數(shù)高時，優(yōu)選地使用陰離子交換膜。作為陰離子交換膜，可以使用可以移動陰離子的固體聚合物電解質(zhì)。更具體地，它可以是聚鄰亞苯基二胺膜、具有銨鹽衍生基團的氟系列離子交換膜、具有銨鹽衍生基團的乙烯基苯聚合物膜或使用氯甲基苯乙烯-乙烯基苯共聚物胺化的膜等。當(dāng)分別通過氫氣產(chǎn)生催化劑和氧氣產(chǎn)生催化劑來選擇性地執(zhí)行氫氣產(chǎn)生和氧氣產(chǎn)生并且因此移動離子時，不總是需要諸如用于離子交換的特定膜的構(gòu)件。當(dāng)僅要物理地分離氣體時，可以使用下面在密封材料中描述的紫外線固化樹脂或熱固樹脂。
14.密封材料密封材料16是結(jié)合襯底I和板14并且密封在氫氣產(chǎn)生裝置23中流動的電解液和在氫氣產(chǎn)生裝置23中產(chǎn)生的氫氣和氧氣的材料。密封材料16優(yōu)選地是紫外線固化粘合劑或熱固粘合劑，但是其種類不受限。所述紫外線固化粘合劑是通過使用具有波長200至400nm的光照射而聚合并且在被照射后在幾秒中固化的樹脂，并且被劃分為自由基聚合類型和陽離子聚合類型，并且自由基聚合類型樹脂由丙烯酸酯或不飽和聚酯形成，并且陽離子聚合類型由環(huán)氧化物、氧雜環(huán)丁烷或乙烯基醚形成。另外，熱固聚合物粘合劑可以是有機樹脂，諸如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂或熱固聚酰亞胺。熱固聚合物粘合劑成功地通過下述方式來結(jié)合構(gòu)件被加熱和在熱壓時在受壓條件下聚合，然后在保持被壓的同時被冷卻到室溫，使得不需要緊固構(gòu)件。除了有機樹脂之外，還可以使用具有對于玻璃襯底的高粘合力的混和材料。通過使用混和材料,改善了諸如彈性和硬度的機械特性,并且可以相當(dāng)大地改善熱阻和耐化學(xué)性。所述混和材料由無機膠體粒子和有機粘結(jié)樹脂形，所述無機膠體粒子諸如為二氧化硅，和所述有機粘結(jié)樹脂諸如為環(huán)氧樹脂、聚氨酯丙烯酸酯樹脂或聚酯丙烯酸酯樹脂。在此，示出密封材料16，但是這不被限制，只要它具有用于結(jié)合襯底I和板14的功能，使得其中使用樹脂或金屬墊片使用諸如螺釘?shù)臉?gòu)件從外部施加物理壓力的方法可以偶爾用于增強氣密性。15.電解液路徑電解液路徑15可以是在第一氣體產(chǎn)生部分8和板14之間的空間以及在第二氣體產(chǎn)生部分7和板14之間的空間。另外，電解液路徑15可以被隔壁13隔開。為了有效地從第一氣體產(chǎn)生部分8或第二氣體產(chǎn)生部分7除去所產(chǎn)生的氫氣和氧氣的氣泡，可以提供用于在電解液路徑內(nèi)循環(huán)電解液的簡單裝置，諸如泵、風(fēng)扇或熱對流產(chǎn)生裝置。16.進水口、第一氣體排放開口和第二氣體排放開口可以通過打開在氫氣產(chǎn)生裝置23中的密封材料16的一部分來提供進水口 18。進水口 18被布置來供水，以被轉(zhuǎn)換為氫氣和氧氣，并且其位置和形狀不特別被限制，只要作為原材料的水可以被有效地提供到氫氣產(chǎn)生裝置，但是優(yōu)選地根據(jù)可流動性和供應(yīng)的容易性而將其設(shè)置在氫氣產(chǎn)生裝置的下部。另外，在已經(jīng)在進水口 18被設(shè)置在下側(cè)地設(shè)置了氫氣產(chǎn)生裝置23后，可以通過打開氫氣產(chǎn)生裝置23的上部來提供第一氣體排放開口 20和第二氣體排放開口 19。另外，可以橫過隔壁13分別在第一氣體產(chǎn)生部分20側(cè)上和在第二氣體產(chǎn)生部分19側(cè)上設(shè)置第一氣體排放開口 20和第二氣體排放開口 19。通過提供如上所述的進水口 18、第一氣體排放開口 20和第二氣體排放開口 19，氫氣產(chǎn)生裝置23可以被設(shè)置使得光電轉(zhuǎn)換部分2的光接受表面在它面向上的條件下相對于水平表面傾斜，并且進水口 18位于下側(cè)上，并且第一氣體排放開口 20和第二氣體排放開口19位于上側(cè)上。在該設(shè)置中，可以從進水口 18向氫氣產(chǎn)生裝置23內(nèi)引入電解液，并且使用電解液來填充電解液路徑15。當(dāng)光在該狀態(tài)中進入氫氣產(chǎn)生裝置23時，分別在氫氣產(chǎn)生部分和氧氣產(chǎn)生部分中依序產(chǎn)生氫 氣和氧氣。所產(chǎn)生的氫氣和氧氣可以被隔壁13分離，并且，氫氣和氧氣上升到氫氣產(chǎn)生裝置23的上部，并且被從第一氣體排放開口 20和第二氣體排放開口 19收集。17.電解液電解液是包含電解質(zhì)的水溶液，諸如包含0. IM的H2SO4的電解液或包含0. IM的磷酸鉀的緩沖溶液。示例將參考下面的示例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于這些示例。I.示例 I產(chǎn)生如圖I至3中所示的下面的氫氣產(chǎn)生裝置。在所產(chǎn)生的氫氣產(chǎn)生裝置中，在作為襯底I的玻璃襯底上形成作為第一電極4的SnO2薄膜。由a-SiGe層和a_Si層形成的雙結(jié)光電轉(zhuǎn)換部分3被層疊在第一電極4上,并且在其上設(shè)置由透明電極層形成的第二電極5，該透明電極層由氧化銦錫(ITO)構(gòu)成。在第二電極5上設(shè)置用于負(fù)載氫氣產(chǎn)生催化劑的氫氣產(chǎn)生部分(第一氣體產(chǎn)生部分8)，而設(shè)置用于負(fù)載氧氣產(chǎn)生催化劑的氧氣產(chǎn)生部分(第二氣體產(chǎn)生部分7)使得使用絕緣部分11與第二電極5分離，絕緣部分11由聚酰亞胺形成，并且通過由Ag糊狀物的第二導(dǎo)電部分10連接到第一電極4。作為水流路徑的電解液路徑15被設(shè)置使得具有其中水在氫氣產(chǎn)生部分和氧氣產(chǎn)生部分的層上流動的結(jié)構(gòu)，并且使得被夾在襯底I和玻璃板14之間，并且，由玻璃過濾器形成隔壁13被設(shè)置在氫氣產(chǎn)生部分和氧氣產(chǎn)生部分之間，以防止氫氣或氧氣混和。以下，將詳細(xì)描述其產(chǎn)生過程。作為襯底I和第一電極4,使用利用由Asahi Glass有限公司制造的二氧化錫(SnO2)涂覆的U型玻璃襯底。然后，通過等離子體CVD方法來形成a-SiGe膜。首先，將襯底溫度設(shè)置為150°C，并且使用作為主氣體的硅烷(SiH4)和鍺烷(GeH4)、作為摻雜氣體的CO2和乙硼烷(B2H6)和作為稀釋氣體的氫氣，P層由二氧化硅半導(dǎo)體構(gòu)成，然后，將襯底溫度設(shè)置為230°C，并且使用作為主氣體的SiH4和GeH4和作為稀釋氣體的氫氣，具有150nm厚度的i層由a-SiGe構(gòu)成。然后，將半導(dǎo)體溫度設(shè)置為150°C，并且使用作為主氣體的SiH4和GeH4、作為摻雜氣體的膦(PH3)和作為稀釋氣體的氫氣，具有20nm的厚度的n層由a-SiGe構(gòu)成。然后，也將半導(dǎo)體溫度設(shè)置為150°C，使用作為主氣體的SiHjP CO2、作為摻雜氣體的B2H6和作為稀釋氣體的H2，具有20nm的厚度的p層由a_SiO構(gòu)成。然后，使用作為主氣體的SiH4和作為稀釋氣體的H2,具有200nm的厚度的i層由a_SiO構(gòu)成，并且使用作為主氣體的SiH4和CO2、作為摻雜氣體的PH3和作為稀釋氣體的氫氣，具有IOnm的厚度的n層由a-SiO構(gòu)成。然后，通過濺射方法來形成具有200nm厚度的ITO膜。所產(chǎn)生的光電轉(zhuǎn)換部分2和第二電極5進行光刻處理,其中，(I)向娃薄膜施加抗蝕劑，(2)以光掩模來暴露抗蝕劑，以在抗蝕劑上形成掩模圖案的潛像，(3)將抗蝕劑顯影和圖案化，并且蝕刻薄膜，并且
(4)除去抗蝕劑，從而圖案化以形成接觸孔。然后，為了形成絕緣部分11以將第二光電轉(zhuǎn)換部分10從光電轉(zhuǎn)換部分2和第二電極5絕緣，通過經(jīng)由旋涂方法施加原材料并且烘烤它來形成聚酰亞胺膜。然后，通過絲網(wǎng)印刷方法來向襯底上施加Ag糊狀物，并且在其上布置氧化銥，由此在接觸孔中形成第二導(dǎo)電部分10，并且通過熱處理來形成氧氣產(chǎn)生部分。另外，通過濺射方法在第二電極5上形成Pt膜，以形成氫氣產(chǎn)生部分。在氫氣產(chǎn)生催化劑和氧氣產(chǎn)生催化劑與襯底和板之間布置了多孔玻璃隔壁9，并且使用由抗酸環(huán)氧樹脂形成的密封材料13來連接隔壁，由此產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生
>J-U裝直。2.示例 2在下面的條件下產(chǎn)生如圖4中所示的氫氣產(chǎn)生裝置。通過與在示例I中相同的方法來在襯底I上形成光電轉(zhuǎn)換部分2、第二電極5、絕緣部分U、第二導(dǎo)電部分10、氧氣產(chǎn)生部分(第二氣體產(chǎn)生部分7)和氫氣產(chǎn)生部分(第一氣體產(chǎn)生部分8)。在此，該示例與示例I不同在沿著第二氣體產(chǎn)生部分7的縱軸方向設(shè)置具有第二導(dǎo)電部分10的接觸孔。在該情況下，因為接觸孔的數(shù)量減少，所以可以防止接觸缺陷，并且可以形成接觸使得即使當(dāng)?shù)诙怏w產(chǎn)生部分7的寬度變窄時接觸孔的截面面積也比連接到第二導(dǎo)電部分10的第二氣體產(chǎn)生部分7的寬度窄，使得可以有效地產(chǎn)生氫氣和氧氣。3.示例 3在下面的條件下產(chǎn)生如圖5中所示的氫氣產(chǎn)生裝置。通過與在示例I中相同的方法來在襯底I上形成光電轉(zhuǎn)換部分2、第二電極5、絕緣部分U、第二導(dǎo)電部分10、氧氣產(chǎn)生部分(第二氣體產(chǎn)生部分7)和氫氣產(chǎn)生部分(第一氣體產(chǎn)生部分8)。然后，如圖5中所示，通過經(jīng)由絲網(wǎng)印刷方法向在第一氣體產(chǎn)生部分8和第二氣體產(chǎn)生部分7之間的位置施加熱固聚酰亞胺來形成隔壁13，使得可以有效地收集氣體，然后，通過使用密封材料連接在襯底上的材料和板來密封裝置。因此，產(chǎn)生氫氣產(chǎn)生裝置。4.示例 4在根據(jù)示例I產(chǎn)生的氫氣產(chǎn)生裝置中，氧氣產(chǎn)生部分被產(chǎn)生如下。向具有作為隔壁的玻璃過濾器的玻璃電化學(xué)電池的陰極側(cè)施加包含0. IM的磷酸鉀并且具有pH 7的緩沖溶液和0. 5mM的硝酸鈷，并且向其陽極側(cè)施加包含0. IM的磷酸鉀并且具有PH 7的緩沖溶液。在陰極側(cè)上在電解液中浸潰多孔碳，并且在陽極電解液中浸潰Pt網(wǎng)，以電連接兩側(cè)，然后向其施加I. 29V (對NHE)的電勢，由此在多孔碳上電化學(xué)地負(fù)載磷酸鈷。在示例I中的氫氣產(chǎn)生裝置的第二氣體產(chǎn)生部分7上形成如上所述產(chǎn)生的氧氣產(chǎn)生催化劑，使得表面積可以大，并且可以在該裝置中改善氧氣產(chǎn)生率。5.示例 5將根據(jù)示例I產(chǎn)生的氫氣產(chǎn)生裝置傾斜使得日光可以在垂直方向上進入光接受表面。在從進水口 18灌注包含0. IM的H2SO4的催化劑使得其液體表面達(dá)到第一氣體排放開口 20和第二氣體排放開口 19附近并且被使用日光照射后，通過氣相色譜法確認(rèn)分別從第一氣體產(chǎn)生部分8和第二氣體產(chǎn)生部分7產(chǎn)生氫氣和氧氣，并且分別從第一氣體排放開口 20和第一氣體排放開口 20排放氫氣和氧氣。6.示例 6將在第二氣體產(chǎn)生部分7中具有根據(jù)示例4產(chǎn)生的氧氣產(chǎn)生催化劑的氫氣產(chǎn)生裝置傾斜，使得日光可以在垂直方向上進入光接受表面。在從進水口 18灌注包括包含0. IM、的磷酸鉀并且具有pH 7的緩沖溶液的電解液使得其液體表面達(dá)到第一氣體排放開口 20和第二氣體排放開口 19附近并且被使用日光照射后，通過氣相色譜法確認(rèn)分別從第一氣體產(chǎn)生部分8和第二氣體產(chǎn)生部分7產(chǎn)生氫氣和氧氣，并且分別從第一氣體排放開口 20和第一氣體排放開口 20排放氫氣和氧氣。因此，確認(rèn)可以甚至使用中性電解液來產(chǎn)生氫氣。工業(yè)上的適用性根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置被用作能量產(chǎn)生裝置，用于通過使用來自日光的能量分解水來產(chǎn)生氫氣和氧氣。因此，可以在家中、在氫氣站和大型氫氣產(chǎn)生工廠現(xiàn)場產(chǎn)生氫氣。符號的說明

I :襯底1,2 :光電轉(zhuǎn)換部分,4 :第一電極,5 :第二電極,7 :第二氣體產(chǎn)生部分,8 第一氣體產(chǎn)生部分，9 :第一導(dǎo)電部分，10 :第二導(dǎo)電部分，11 :絕緣部分，13 :隔壁，14 :板，15 :電解液路徑；16 :密封材料，18 :進水口，19 :第二氣體排放開口，20 :第一氣體排放開口，23 :氫氣產(chǎn)生裝置。
權(quán)利要求
1.一種氫氣產(chǎn)生裝置，其包括 光電轉(zhuǎn)換部分，其具有光接受表面和背表面； 第一氣體產(chǎn)生部分，其被設(shè)置在所述背表面上；以及， 第二氣體產(chǎn)生部分，其被設(shè)置在所述背表面上，其中， 所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分之一是氫氣產(chǎn)生部分，用于從電解液產(chǎn)生H2，其另一個是氧氣產(chǎn)生部分，用于從所述電解液產(chǎn)生O2，并且 所述第一氣體產(chǎn)生部分電連接到所述背表面，并且所述第二氣體產(chǎn)生部分經(jīng)由第一導(dǎo)電部分來電連接到所述光接受表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中 所述第二氣體產(chǎn)生部分經(jīng)由絕緣部分被設(shè)置在所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述背表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中 所述第一導(dǎo)電部分包括與所述光接受表面接觸的第一電極，并且，第二導(dǎo)電部分分別與所述第一電極和所述第二氣體產(chǎn)生部分接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中 所述第二導(dǎo)電部分被設(shè)置在穿透所述光電轉(zhuǎn)換部分的接觸孔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中 所述接觸孔的數(shù)量是一個或多個，并且， 所述接觸孔的總的截面面積是所述光接受表面的面積的O. 1%或更大至10%或更小。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中的任一項所述的裝置，其還包括在所述光電轉(zhuǎn)換部分的所述背表面和所述第一氣體產(chǎn)生部分之間設(shè)置的第二電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中的任一項所述的裝置，其中 在半透明的襯底上設(shè)置所述光電轉(zhuǎn)換部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中的任一項所述的裝置，其中 所述光電轉(zhuǎn)換部分具有多個光電轉(zhuǎn)換層，每一個光電轉(zhuǎn)換層由P型半導(dǎo)體層、i型半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中 所述多個光電轉(zhuǎn)換層具有不同的帶隙。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中的任一項所述的裝置，其中 所述氫氣產(chǎn)生部分和所述氧氣產(chǎn)生部分分別包括用于從所述電解液產(chǎn)生H2的反應(yīng)的催化劑和用于從所述電解液產(chǎn)生O2的反應(yīng)的催化劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中 所述氫氣產(chǎn)生部分和所述氧氣產(chǎn)生部分的至少一個具有比所述光接受表面的面積大的催化表面積。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其中 所述氫氣產(chǎn)生部分和所述氧氣產(chǎn)生部分的至少一個由負(fù)載催化劑的多孔導(dǎo)體形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中的任一項所述的裝置，其中 所述氫氣產(chǎn)生部分包括作為氫氣產(chǎn)生催化劑的Pt、Ir、Ru、Pd、Rh、Au、Fe、Ni和Se中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中的任一項所述的裝置，其中所述氧氣產(chǎn)生部分包括作為氧氣產(chǎn)生催化劑的Mn、Ca、Zn、Co和Ir中的至少一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求I至14中的任一項所述的裝置，其中 在半透明的襯底上設(shè)置所述光電轉(zhuǎn)換部分， 在所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分上進一步設(shè)置板，使得與所述襯底相對,并且 在所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述第二氣體產(chǎn)生部分的每一個與所述板之間設(shè)置空間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其還包括隔壁，以將在所述第一氣體產(chǎn)生部分和所述板之間的空間與在所述第二氣體產(chǎn)生部分和所述板之間的空間分開。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中 所述隔壁包含離子交換劑。
18.一種用于產(chǎn)生氫氣和氧氣的方法，所述方法包括如下步驟 設(shè)置根據(jù)權(quán)利要求I至17中的任一項所述的氫氣產(chǎn)生裝置，使得所述光接受表面相對于水平表面傾斜； 通過從所述氫氣產(chǎn)生裝置的下部向所述氫氣產(chǎn)生裝置引入所述電解液并且使用日光來照射所述光接受表面來分別從所述氫氣產(chǎn)生部分和所述氧氣產(chǎn)生部分產(chǎn)生氫氣和氧氣；并且， 從所述氫氣產(chǎn)生裝置的上部排放所述氫氣和所述氧氣。
全文摘要
公開了一種氫氣產(chǎn)生裝置，其能夠在顯示高光利用效率的同時以高效率來產(chǎn)生氫氣。具體公開了一種氫氣產(chǎn)生裝置，其特征在于包括光電轉(zhuǎn)換單元，其具有光接收表面和背表面；第一氣體產(chǎn)生單元，其被設(shè)置在背表面上；以及，第二氣體產(chǎn)生單元，其被設(shè)置在背表面上。該氫氣產(chǎn)生裝置特征還在于第一氣體產(chǎn)生單元和第二氣體產(chǎn)生單元之一是從電解液產(chǎn)生H2的氫氣產(chǎn)生單元，而另一個是從電解液產(chǎn)生O2的氧氣產(chǎn)生單元；并且，第一氣體產(chǎn)生單元電連接到背表面，而第二氣體產(chǎn)生單元經(jīng)由第一導(dǎo)電單元來電連接到光接收表面。
文檔編號C01B3/04GK102639433SQ20108005458
公開日2012年8月15日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者佐多俊輔, 加賀正樹, 吉田章人 申請人:夏普株式會社