[發明專利]光電化學元件和使用該光電化學元件的能量系統

有效

• 申請號: 201080009672.9
• 申請日: 2010-08-05
• 公開（公告）號: CN102334230A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 野村幸生;鈴木孝浩;宮田伸弘;羽藤一仁
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01M14/00
• 分類號: H01M14/00;H01M8/00;H01M8/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 汪惠民

1.一種光電化學元件，其具備：

半導體電極，包括基板、在所述基板上配置的第一n型半導體層、在所述第一n型半導體層上彼此分離開配置的第二n型半導體層和導電體；

異性極，與所述導電體電連接；

電解液，與所述第二n型半導體層和所述異性極的表面接觸；以及

容器，收容所述半導體電極、所述異性極和所述電解液，

在所述半導體電極中，以真空能級為基準，

(I)所述第二n型半導體層中的傳導帶和價電子帶的帶邊能級分別大于所述第一n型半導體層中的傳導帶和價電子帶的帶邊能級，

(II)所述第一n型半導體層的費米能級大于所述第二n型半導體層的費米能級，且

(III)所述導電體的費米能級大于所述第一n型半導體層的費米能級，

所述光電化學元件通過對所述第二n型半導體層照射光而產生氫。

2.根據權利要求1所述的光電化學元件，其中，

在所述電解液的pH值為0、溫度為25℃的情況下，以真空能級為基準，

所述第一n型半導體層的費米能級為-4.44eV以上，且所述第二n型半導體層中的價電子帶的帶邊能級為-5.67eV以下。

3.根據權利要求1所述的光電化學元件，其中，

所述第一n型半導體層由n型氮化鎵組成。

4.根據權利要求1所述的光電化學元件，其中，

所述第二n型半導體層由n型III族氮化物半導體組成，該n型III族氮化物半導體作為III族元素含有鎵以及從由銦和鋁構成的組中選擇的至少一種元素。

5.根據權利要求1所述的光電化學元件，其中，

所述基板是藍寶石基板，

所述第一n型半導體層和所述第二n型半導體層是通過外延生長得到的結晶膜。

6.根據權利要求1所述的光電化學元件，其中，

所述第一n型半導體層由含有鎵、銦和鋅的n型氧化物半導體組成。

7.根據權利要求1所述的光電化學元件，其中，

所述第二n型半導體層由n型半導體組成，該n型半導體具有含有鎵、銦和鋅的氧化物的一部分氧被置換為氮的組成。

8.一種光電化學元件，其具備：

半導體電極，包括基板、在所述基板上配置的第一p型半導體層、在所述第一p型半導體層上彼此分離開配置的第二p型半導體層和導電體；

異性極，與所述導電體電連接；

電解液，與所述第二p型半導體層和所述異性極的表面接觸；以及

容器，收容所述半導體電極、所述異性極和所述電解液，

在所述半導體電極中，以真空能級為基準，

(I)所述第二p型半導體層中的傳導帶和價電子帶的帶邊能級分別小于所述第一p型半導體層中的傳導帶和價電子帶的帶邊能級，

(II)所述第一p型半導體層的費米能級小于所述第二p型半導體層的費米能級，且

(III)所述導電體的費米能級小于所述第一p型半導體層的費米能級，

所述光電化學元件通過對所述第二p型半導體層照射光而產生氫。

9.根據權利要求8所述的光電化學元件，其中，

在所述電解液的pH值為0、溫度為25℃的情況下，以真空能級為基準，

所述第一p型半導體層的費米能級為-5.67eV以下，且所述第二p型半導體層中的傳導帶的帶邊能級為-4.44eV以上。

10.根據權利要求8所述的光電化學元件，其中，

所述第一p型半導體層由p型氮化鎵組成。

11.根據權利要求8所述的光電化學元件，其中，

所述第二p型半導體層由p型III族氮化物半導體組成，該p型III族氮化物半導體作為III族元素含有鎵以及從由銦和鋁構成的組中選擇的至少一種元素。

12.根據權利要求8所述的光電化學元件，其中，

所述基板是藍寶石基板，

所述第一p型半導體層和所述第二p型半導體層是通過外延生長得到的結晶膜。

13.根據權利要求1或8所述的光電化學元件，其中，

所述異性極配置在所述導電體上。

14.一種能量系統，其具備：

權利要求1或8所述的光電化學元件；

氫儲藏器，通過第一管道與所述光電化學元件連接，并儲藏在所述光電化學元件內生成的氫；以及

燃料電池，通過第二管道與所述氫儲藏器連接，并將所述氫儲藏器中儲藏的氫轉換為電力。