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高変換効率SiC光電極およびそれを用いた水素製造装置 コモンズ

国内特許コード P150011972
掲載日 2015年5月7日
出願番号 特願2015-076647
公開番号 特開2016-145141
出願日 平成27年4月3日(2015.4.3)
公開日 平成28年8月12日(2016.8.12)
優先権データ
  • 特願2014-227634 (2014.11.10) JP
  • 特願2015-014184 (2015.1.28) JP
発明者
  • 加藤 正史
  • 長谷川 貴大
  • 市川 尚澄
出願人
  • 国立大学法人 名古屋工業大学
発明の名称 高変換効率SiC光電極およびそれを用いた水素製造装置 コモンズ
発明の概要 【課題】SiCを用いて光照射による水分解のエネルギー変換効率を向上させる。
【解決手段】SiC単結晶基板上にSiC膜をエピタキシャル成長させ、さらに当該SiC単結晶基板の前記SiC膜とは反対側の面に金属電極を形成したSiCを含む光電極であり、あるいは前記光電極の構成に加えて前記SiC膜上の電解液と接触する面にPdまたはPtを主体に含む膜が形成された、SiCを含む光電極。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


光電極は水を分解して太陽エネルギーを水素エネルギーに変換できるため、再生可能エネルギーの生成に有望であることは広く知られているところである。従来、この光電極に用いる半導体材料として酸化チタンなどが知られているが、エネルギー変換効率が低く実用化できないという課題があった。



それに対して本発明者らはSiCをこの光照射による水分解技術に用いるという提案をしており、それは特許文献1に記載の多結晶SiCではなく、非特許文献1および非特許文献2に記載の単結晶SiCを用いるという提案である。理論的には単結晶SiCにより5%以上のエネルギー変換効率(以下、単に「変換効率」ということがある。)が期待できるものの、非特許文献1では0.17%という変換効率が報告されている。一方、本発明者らは非特許文献2にて報告した単結晶SiCのエネルギー変換効率は0.38%であり、理論値とは未だ大きな差異があるのが現状である。その理由として、3C-SiCの低い結晶品質による光励起キャリアの再結合による光電流の低減、あるいはSiC光電極と金属電極との界面での電気抵抗により光電流が制限されること、さらにはSiC内の電子と電解液中の水素イオンとの反応エネルギー障壁が高いこと等の原因が考えられる。

産業上の利用分野


本発明は、シリコンカーバイドを用いた光電極に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
SiC単結晶基板上にSiC膜をエピタキシャル成長させ、さらに当該SiC単結晶基板の前記SiC膜とは反対側の面に金属電極を形成したSiCを含む光電極。

【請求項2】
前記SiC単結晶上のSiC膜が、on-axisのp型4H-SiC基板上にp型3C-SiC膜をエピタキシャル成長させたものである、請求項1に記載のSiCを含む光電極。

【請求項3】
前記p型4H-SiC基板の不純物濃度が1×1015/cm~1×1019/cmであり、前記p型3C-SiC膜の不純物濃度が1×1014/cm~1×1017/cmである、請求項2に記載の光電極。

【請求項4】
前記SiC膜の電解液と接触する面にPdまたはPtを主体に含む膜が形成された、請求項1~3のいずれかに記載の光電極。

【請求項5】
前記Pdを主体に含む膜が光化学堆積法で形成され、前記Ptを主体に含む膜が電気化学堆積法により形成される請求項4に記載の光電極。

【請求項6】
請求項1~5のいずれかに記載の光電極を用いた水素製造装置。

国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2015076647thum.jpg
出願権利状態 公開
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