[發明專利]光半導體電極、光電化學電池以及能量系統

有效

• 申請號: 201380050204.X
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN104662204A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 小澤宜裕;田村聰;宮田伸弘;藏渕孝浩;野村幸生;羽藤一仁
• 申請（專利權）人: 松下知識產權經營株式會社
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/04;C25B11/08;H01M8/00;H01M8/06;H01M8/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李逸雪

技術領域

本發明涉及光半導體電極、具備該光半導體電極的光電化學電池、和具備該光電化學電池的能量系統。

背景技術

以往，公開了利用通過對作為光半導體而起作用的半導體材料照射光而生成的電子和空穴，來分解有機物和水(例如，參照專利文獻1)。

專利文獻1中公開了如下技術：在電解液中配置n型半導體電極和反電極，通過對n型半導體電極的表面照射光來分解水，并從兩電極的表面獲取氫和氧。具體來講，記載了作為n型半導體電極而采用TiO₂電極、ZnO電極、CdS電極等。

但是，在專利文獻1所述的技術的情況下，存在基于光照射的水分解反應的量子效率較低的問題。這是因為通過光激勵而產生的電子和空穴在用于水分解反應之前進行再結合從而消失的概率較高。

因此，提出了各種用于使通過光激勵而產生的空穴與電子的電荷分離功能提高的技術。還提出了一種光催化劑薄膜，作為在自然光下獲得高光催化劑性能的光催化劑薄膜，而在底座上制作的光催化劑薄膜中注入Nb、V以及Cr等金屬離子中的至少一種離子，使帶隙或電位梯度在厚度方向上變化從而形成傾斜膜(參照專利文獻2)。

此外，還提出了如下技術：將在導電性基材上依次配置有第1化合物半導體層和具有與所述第1化合物半導體層不同的帶隙的第2化合物半導體層的多層薄膜狀光催化劑浸漬在含有硫化氫的溶液中，對該多層薄膜狀光催化劑照射光來制造氫(參照專利文獻3)。

此外，還提出了一種光半導體電極，將具有光催化劑功能的半導體膜與具有電荷分離功能的半導體膜接合，通過使該接合為歐姆接合從而實現較高的量子效率(參照專利文獻4)。

作為其他提高光半導體電極的量子效率的技術，在非專利文獻1中，提出了在光催化劑層上承載氧化銥來作為助催化劑，從而提高光半導體電極的光催化劑性能。在非專利文獻1中，公開了通過利用光電沉積法來在氮化鉭(Ta₃N₅)光半導體電極上承載氧化銥，從而與未承載氧化銥相比，光照射時的光電流增加。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開昭和51-123779號公報

專利文獻2：日本特開2002-143688號公報

專利文獻3：日本特開2003-154272號公報

專利文獻4：國際公開第2010/050226號

非專利文獻

非專利文獻1：D.Yokoyama?et?al.，Thin?Solid?Films?vol?519(2011)，p.2087-2092

發明內容

發明要解決的課題

在專利文獻2～4所述的技術中，通過對光半導體層實施離子注入、多層膜化，從而實現在光半導體層產生的激勵電子與空穴容易電荷分離的結構。通過該結構，空穴與電子的再結合被抑制，其結果，光催化劑性能提高。此外，非專利文獻1公開了氧化銥對于水的氧化反應，作為助催化劑是有效的。

但是，對于這些光半導體電極，還以光半導體的水分解反應的活性提高為目的而要求進一步的改善。

因此，本發明的目的在于，提供一種對水分解反應示出更高的光催化劑活性的光半導體電極。

解決課題的手段

本發明的光半導體電極具備：

導電體；和

第1半導體層，其被設置在所述導電體上，

所述第1半導體層包含：光半導體、和含有銥元素的氧化物，

含有所述銥元素的氧化物的費米能級，在真空能級基準下，比所述光半導體的費米能級更為負，并且比-4.44eV更為負。

發明效果

根據本發明，能夠提供一種對水分解反應示出較高的光催化劑活性的光半導體電極。

附圖說明

圖1是表示在真空能級基準下，助催化劑的費米能級比光半導體的費米能級更為負的情況下的、構成光半導體電極的導電體、光半導體以及助催化劑的接合前的能帶構造的示意圖。

圖2是表示在真空能級基準下，助催化劑的費米能級比光半導體的費米能級更為負的情況下的、構成光半導體電極的導電體、光半導體以及助催化劑的接合后的能帶構造的示意圖。

圖3是表示在真空能級基準下，助催化劑的費米能級比光半導體的費米能級更為正的情況下的、構成光半導體電極的導電體、光半導體以及助催化劑的接合前的能帶構造的示意圖。