[发明专利]光电化学元件和使用该光电化学元件的能量系统

权利要求书

1.一种光电化学元件，其具备：

半导体电极，包括基板、在所述基板上配置的第一n型半导体层、在所述第一n型半导体层上彼此分离开配置的第二n型半导体层和导电体；

异性极，与所述导电体电连接；

电解液，与所述第二n型半导体层和所述异性极的表面接触；以及

容器，收容所述半导体电极、所述异性极和所述电解液，

在所述半导体电极中，以真空能级为基准，

(I)所述第二n型半导体层中的传导带和价电子带的带边能级分别大于所述第一n型半导体层中的传导带和价电子带的带边能级，

(II)所述第一n型半导体层的费米能级大于所述第二n型半导体层的费米能级，且

(III)所述导电体的费米能级大于所述第一n型半导体层的费米能级，

所述光电化学元件通过对所述第二n型半导体层照射光而产生氢。

2.根据权利要求1所述的光电化学元件，其中，

在所述电解液的pH值为0、温度为25℃的情况下，以真空能级为基准，

所述第一n型半导体层的费米能级为-4.44eV以上，且所述第二n型半导体层中的价电子带的带边能级为-5.67eV以下。

3.根据权利要求1所述的光电化学元件，其中，

所述第一n型半导体层由n型氮化镓组成。

4.根据权利要求1所述的光电化学元件，其中，

所述第二n型半导体层由n型III族氮化物半导体组成，该n型III族氮化物半导体作为III族元素含有镓以及从由铟和铝构成的组中选择的至少一种元素。

5.根据权利要求1所述的光电化学元件，其中，

所述基板是蓝宝石基板，

所述第一n型半导体层和所述第二n型半导体层是通过外延生长得到的结晶膜。

6.根据权利要求1所述的光电化学元件，其中，

所述第一n型半导体层由含有镓、铟和锌的n型氧化物半导体组成。

7.根据权利要求1所述的光电化学元件，其中，

所述第二n型半导体层由n型半导体组成，该n型半导体具有含有镓、铟和锌的氧化物的一部分氧被置换为氮的组成。

8.一种光电化学元件，其具备：

半导体电极，包括基板、在所述基板上配置的第一p型半导体层、在所述第一p型半导体层上彼此分离开配置的第二p型半导体层和导电体；

异性极，与所述导电体电连接；

电解液，与所述第二p型半导体层和所述异性极的表面接触；以及

容器，收容所述半导体电极、所述异性极和所述电解液，

在所述半导体电极中，以真空能级为基准，

(I)所述第二p型半导体层中的传导带和价电子带的带边能级分别小于所述第一p型半导体层中的传导带和价电子带的带边能级，

(II)所述第一p型半导体层的费米能级小于所述第二p型半导体层的费米能级，且

(III)所述导电体的费米能级小于所述第一p型半导体层的费米能级，

所述光电化学元件通过对所述第二p型半导体层照射光而产生氢。

9.根据权利要求8所述的光电化学元件，其中，

在所述电解液的pH值为0、温度为25℃的情况下，以真空能级为基准，

所述第一p型半导体层的费米能级为-5.67eV以下，且所述第二p型半导体层中的传导带的带边能级为-4.44eV以上。

10.根据权利要求8所述的光电化学元件，其中，

所述第一p型半导体层由p型氮化镓组成。

11.根据权利要求8所述的光电化学元件，其中，

所述第二p型半导体层由p型III族氮化物半导体组成，该p型III族氮化物半导体作为III族元素含有镓以及从由铟和铝构成的组中选择的至少一种元素。

12.根据权利要求8所述的光电化学元件，其中，

所述基板是蓝宝石基板，

所述第一p型半导体层和所述第二p型半导体层是通过外延生长得到的结晶膜。

13.根据权利要求1或8所述的光电化学元件，其中，

所述异性极配置在所述导电体上。

14.一种能量系统，其具备：

权利要求1或8所述的光电化学元件；

氢储藏器，通过第一管道与所述光电化学元件连接，并储藏在所述光电化学元件内生成的氢；以及

燃料电池，通过第二管道与所述氢储藏器连接，并将所述氢储藏器中储藏的氢转换为电力。