[發明專利]光電極及其制造方法和光電化學電池

在審

• 申請號: 201611023630.6
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN107142494A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 田村聰;藏渕孝浩;菊地諒介;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: C25B11/03
• 分類號: C25B11/03;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 王磊,徐健

技術領域

本公開涉及光電極及其制造方法和光電化學電池。

背景技術

為了解決日益嚴重的環境問題以及能源問題，建立可持續發展的社會，要求可再生能源的真正的實用化。現在，利用蓄電池儲存由太陽能電池獲得的電的系統正在廣泛普及。但是，蓄電池較重，不適于移動。因此，展望未來，期待著利用氫氣來作為能源介質。

氫氣的性質如下。

·儲存和移動容易。

·即使燃燒，最終產物也是無害且安全的水，很清潔。

·通過利用燃料電池能夠轉換為電和/或熱。

·通過水分解能夠取之不盡。

利用太陽光分解水而生成氫氣的半導體光電極，作為能夠將太陽能轉換為容易利用的能源介質氫氣的技術而受到關注，正在進行以反應的高效率化為目標的研究開發。

例如，專利文獻1公開了一種半導體光電極，該半導體光電極具備在表面形成有凹凸的金屬基板、和在金屬基板表面形成的由具有光催化作用的材料構成的半導體層。根據該結構，能夠制作通過由表面的凹凸結構引起的光散射來提高光的吸收效率，并且，通過將該半導體層的厚度設定為1μm以下來減少電荷的復合(再結合)、提高了能量轉換效率的半導體光電極。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2006-297300號公報

發明內容

但是，專利文獻1的半導體光電極存在無法將入射到電極的光有效利用于水分解反應等目標反應這樣的課題。原因是因為，入射到電極的光的一部分在進入到半導體層之后到達金屬基板，會被金屬基板吸收。另外是因為，如果為了增加半導體層的光吸收量而加厚半導體層，則光激發的載流子(電子和空穴)在半導體層中移動的距離變長，因此會引起載流子的復合，其結果，變得載流子不能夠有助于水分解反應等反應。

因此，本公開的目的在于提供一種光電極，其能夠將光能有效地利用于水的分解反應等目標反應。

本公開提供一種光電極，其包含：

作為基板的第1導電體；

第2導電體，其配置在所述第1導電體上，具有多孔質結構、且透明，所述多孔質結構包含三維連續的骨架和通過所述骨架形成的細孔；和

可見光光催化劑，其配置在所述第2導電體的所述細孔的內部。

根據本公開，能夠提供能將光能有效地利用于水的分解反應等目標反應的光電極。

附圖說明

圖1是表示本公開的一實施方式涉及的光電極的一例的示意圖。

圖2是以圖1所示的光電極為例來示出基準面、厚度決定面以及中心面的示意圖。

圖3是表示本公開的一實施方式涉及的光電化學電池的一例的概略圖。

圖4是表示本公開的一實施方式涉及的光電化學電池的另一例的概略圖。

附圖標記說明

100、310： 光電極

101、311： 第1導電體

102： 第2導電體

102a：骨架

102b：細孔

102c：第2導電體的骨架之中離基準面最遠的位置

103： 可見光光催化劑

104、312： 復合體

201: 基準面

202: 厚度決定面

203: 中心面

204: 第1導電體側的區域

205: 與第1導電體相反側的區域

300、400： 光電化學電池

320： 對電極

330： 容器

331： 光入射部

332、333： 排氣口

334： 供水口

340： 電解液

350： 導線

360： 隔板

具體實施方式

本公開的第一技術方案涉及的光電極，包含：作為基板的第1導電體；第2導電體，其配置在所述第1導電體上，具有多孔質結構、且透明，所述多孔質結構包含三維連續的骨架和通過所述骨架形成的細孔；和可見光光催化劑，其配置在所述第2導電體的所述細孔的內部。再者，第一技術方案涉及的光電極可以視為包含所述第1導電體、和配置于所述第1導電體上的由所述第2導電體和所述可見光光催化劑構成的復合體的光電極。因此，以下有時將由所述第2導電體和所述可見光光催化劑構成的復合體僅記載為“復合體”。