[发明专利]光半导体电极、光电化学电池以及能量系统

说明书

技术领域

本发明涉及光半导体电极、具备该光半导体电极的光电化学电池、和具备该光电化学电池的能量系统。

背景技术

以往，公开了利用通过对作为光半导体而起作用的半导体材料照射光而生成的电子和空穴，来分解有机物和水(例如，参照专利文献1)。

专利文献1中公开了如下技术：在电解液中配置n型半导体电极和反电极，通过对n型半导体电极的表面照射光来分解水，并从两电极的表面获取氢和氧。具体来讲，记载了作为n型半导体电极而采用TiO₂电极、ZnO电极、CdS电极等。

但是，在专利文献1所述的技术的情况下，存在基于光照射的水分解反应的量子效率较低的问题。这是因为通过光激励而产生的电子和空穴在用于水分解反应之前进行再结合从而消失的概率较高。

因此，提出了各种用于使通过光激励而产生的空穴与电子的电荷分离功能提高的技术。还提出了一种光催化剂薄膜，作为在自然光下获得高光催化剂性能的光催化剂薄膜，而在底座上制作的光催化剂薄膜中注入Nb、V以及Cr等金属离子中的至少一种离子，使带隙或电位梯度在厚度方向上变化从而形成倾斜膜(参照专利文献2)。

此外，还提出了如下技术：将在导电性基材上依次配置有第1化合物半导体层和具有与所述第1化合物半导体层不同的带隙的第2化合物半导体层的多层薄膜状光催化剂浸渍在含有硫化氢的溶液中，对该多层薄膜状光催化剂照射光来制造氢(参照专利文献3)。

此外，还提出了一种光半导体电极，将具有光催化剂功能的半导体膜与具有电荷分离功能的半导体膜接合，通过使该接合为欧姆接合从而实现较高的量子效率(参照专利文献4)。

作为其他提高光半导体电极的量子效率的技术，在非专利文献1中，提出了在光催化剂层上承载氧化铱来作为助催化剂，从而提高光半导体电极的光催化剂性能。在非专利文献1中，公开了通过利用光电沉积法来在氮化钽(Ta₃N₅)光半导体电极上承载氧化铱，从而与未承载氧化铱相比，光照射时的光电流增加。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭和51-123779号公报

专利文献2：日本特开2002-143688号公报

专利文献3：日本特开2003-154272号公报

专利文献4：国际公开第2010/050226号

非专利文献

非专利文献1：D.Yokoyama et al.，Thin Solid Films vol 519(2011)，p.2087-2092

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献2～4所述的技术中，通过对光半导体层实施离子注入、多层膜化，从而实现在光半导体层产生的激励电子与空穴容易电荷分离的结构。通过该结构，空穴与电子的再结合被抑制，其结果，光催化剂性能提高。此外，非专利文献1公开了氧化铱对于水的氧化反应，作为助催化剂是有效的。

但是，对于这些光半导体电极，还以光半导体的水分解反应的活性提高为目的而要求进一步的改善。

因此，本发明的目的在于，提供一种对水分解反应示出更高的光催化剂活性的光半导体电极。

解决课题的手段

本发明的光半导体电极具备：

导电体；和

第1半导体层，其被设置在所述导电体上，

所述第1半导体层包含：光半导体、和含有铱元素的氧化物，

含有所述铱元素的氧化物的费米能级，在真空能级基准下，比所述光半导体的费米能级更为负，并且比-4.44eV更为负。

发明效果

根据本发明，能够提供一种对水分解反应示出较高的光催化剂活性的光半导体电极。

附图说明

图1是表示在真空能级基准下，助催化剂的费米能级比光半导体的费米能级更为负的情况下的、构成光半导体电极的导电体、光半导体以及助催化剂的接合前的能带构造的示意图。

图2是表示在真空能级基准下，助催化剂的费米能级比光半导体的费米能级更为负的情况下的、构成光半导体电极的导电体、光半导体以及助催化剂的接合后的能带构造的示意图。

图3是表示在真空能级基准下，助催化剂的费米能级比光半导体的费米能级更为正的情况下的、构成光半导体电极的导电体、光半导体以及助催化剂的接合前的能带构造的示意图。