光触媒反応を利用した薄膜電気化学素子及びその製造方法
【課題】光触媒機能と電力発生機能をあわせもつ薄膜電気化学素子と、電解質膜や電極膜を安定な状態で薄膜化することが可能な当該薄膜電気化学素子製造方法を提供する。
【解決手段】薄膜電気化学素子１００は、バイコールガラス１と、バイコールガラス１の表面にそれぞれ形成された電子伝導層である第一伝導層２と、プライマー層３と、光触媒機能を有する第一の電極４と、電解質層５と、酸素を還元する機能を有する第二の電極６と、電子伝導層である第二伝導層７から構成されている。そして、プライマー層３、第一伝導層４、第一の電極４、電解質層６、第二の電極６、第二伝導層７は、カチオン性物質とアニオン性物質とが交互に積層した構造を有している。本構成とすることにより、欠損部がなく平滑であり、且つ、層間に作用する静電気力により強固に密着した層を形成させることが可能となる。
【解決手段】薄膜電気化学素子１００は、バイコールガラス１と、バイコールガラス１の表面にそれぞれ形成された電子伝導層である第一伝導層２と、プライマー層３と、光触媒機能を有する第一の電極４と、電解質層５と、酸素を還元する機能を有する第二の電極６と、電子伝導層である第二伝導層７から構成されている。そして、プライマー層３、第一伝導層４、第一の電極４、電解質層６、第二の電極６、第二伝導層７は、カチオン性物質とアニオン性物質とが交互に積層した構造を有している。本構成とすることにより、欠損部がなく平滑であり、且つ、層間に作用する静電気力により強固に密着した層を形成させることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光触媒反応を利用した薄膜電気化学素子及びその製造方法に関する。そしてより詳細には、積層構造を有する電解質層、電極層、及び電子伝導層を備えた薄膜電気化学素子、及びこれらの構造を形成させ薄膜電気化学素子を作成する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から光触媒によって有機物を酸化、分解することが可能であることは知られているが、光触媒により有機物を分解するとともに、当該反応により生成する電子もしくはプロトンを利用して発電を行う、いわゆる薄膜電気化学素子は知られていない。すなわち、このような薄膜電気化学素子を実現すれば、例えば太陽光を利用して工業排水や家庭排水などを分解無害化するとともに反応により生成する電子もしくはプロトンを利用して発電することも可能になる。
【０００３】
光触媒活性を有する材料としては、酸化チタンが知られている。酸化チタンは紫外光を照射することで、電子が伝導体から価電子帯に励起され、ホールが生成する。このホールは酸化力が強く、有機物から電子を引き抜く（すなわち、有機物を酸化・分解する）作用がある。しかしながら、この際生成する電子もしくはプロトンを利用して発電を行うためには、光触媒に作用光が到達してホールが生成し、作用対象の有機物が前記ホールと接触して酸化、分解し、かつその際生成する電子ならびにプロトンを輸送する手段を備えていなければならない。このような条件をすべて満たすためには、プロトンの輸送を行う電解質膜を、光触媒に光が到達できるほどに薄くする必要があるが、このような薄膜電気化学素子は知られていない。また、電解質基材（アニオン性物質）とポリカチオン（カチオン性物質）を交互に積層して得られる極めて薄い膜から構成される電解質層を構成要素とする薄膜電気化学素子も知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、均一の膜厚を保持しつつ電解質膜や電極膜を光が透過できるほどに薄膜化することは非常に難易度が高い。また、電解質膜や電極膜の薄膜化により、これらの膜が基材基板や他層から剥がれ易くなってしまう。これらの要因で、有機物を分解し、かつ発電する薄膜電気化学素子は実現されていなかった。
【０００５】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、電解質や電極を安定な状態で薄膜化した薄膜電気化学素子、及び電解質層や電極層を安定な状態で薄膜化することが可能な薄膜電気化学素子製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するために、請求項１に係る発明の薄膜電気化学素子は、光触媒活性を有している第一の電極と、酸素を還元する機能を有している第二の電極と、イオン伝導性を有する電解質層とを少なくとも備えており、前記第一の電極と前記第二の電極とが前記電解質層を介して対向配置された構成を有する。
【０００７】
また、請求項２に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記電解質層はアニオン性物質とカチオン性物質とが交互に積層した構造を有していることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項２に記載の発明の構成に加えて、前記電解質層を構成する前記アニオン性物質はアニオン性高分子であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項２乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記電解質層を構成する前記カチオン性物質はカチオン性高分子であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項３乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記アニオン性高分子は、スルホ基（−ＳＯ３Ｈ）もしくはホスホ基（−ＰＯ（ＯＨ）２）のうち、少なくとも一方を備えた高分子電解質であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項４乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記カチオン性高分子は、第１級アミン塩、第２級アミン塩、第３級アミン塩、及び第４級アンモニウム塩のうちいずれかであることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第一の電極は、アニオン性物質と、光触媒活性を有しているカチオン性物質とが交互に積層した構造を有していることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項７に記載の発明の構成に加えて、前記第一の電極を構成する前記光触媒活性を有しているカチオン性物質は、酸化チタンもしくは酸化チタンを含む基材であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項９に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項７又は８の発明の構成に加えて、前記第一の電極を構成する前記アニオン性物質は、オキシチオフェン系の高分子であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項１０に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第二の電極は、酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質と、カチオン性物質とが交互に積層した構造を有していることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１１に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１０に記載の発明の構成に加えて、前記第二の電極を構成する酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質は、白金微粒子もしくは白金微粒子を含む基材であることを特徴とする請求項１０に記載の薄膜電気化学素子。
【００１７】
また、請求項１２に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１０又は１１のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第二の電極を構成するカチオン性物質は、請求項６に記載のカチオン性高分子であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１３に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第一の電極における前記電解質層と接する面の反対側の面に、電子伝導層である第一伝導層が積層されていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１４に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１３に記載の発明の構成に加えて、前記第一伝導層は、オキシチオフェン系の高分子もしくは金属の薄膜で構成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１５に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１乃至１４のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第二の電極における前記電解質層と接する面の反対側の面に、電子伝導層である第二伝導層が積層されていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１６に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１５に記載の発明の構成に加えて、前記第二伝導層は、オキシチオフェン系の高分子で構成されていることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１７に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１３乃至１６のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第一伝導層は、多孔質性基材基板の表面に積層されており、前記第一伝導層における前記第一の電極と接する面の反対側の面にて、当該第一伝導層と前記基材基板とが接していることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１８に係る発明の薄膜電気化学素子製造方法は、多孔質性基材基板上に電子伝導層である第一伝導層を形成させる工程と、当該電子伝導層である第一伝導層を形成させる工程にて形成された第一伝導層面に前記第一の電極を形成する工程と、当該第一の電極を形成する工程にて形成された第一の電極面上に電解質層を形成する工程と、当該電解質層を形成する工程にて形成された電解質層面上に前記第二の電極を形成する工程と、当該第二の電極を形成する工程にて形成された第二の電極面上に電子伝導層である第二伝導層を形成させる工程を備えている。
【００２４】
また、請求項１９に係る発明の薄膜電気化学素子製造方法は、請求項１８に記載の発明の構成に加えて、前記第一の電極を形成する工程がアニオン性物質と、光触媒活性を有しているカチオン性物質とを交互に積層する工程を備えている。
【００２５】
また、請求項２０に係る発明の薄膜電気化学素子製造方法は、請求項１８又は１９のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記電解質層を形成する工程がアニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層する工程を備えている。
【００２６】
また、請求項２１に係る発明の薄膜電気化学素子製造方法は、請求項１８乃至２０のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第二の電極を形成する工程が酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質と、カチオン性物質とを交互に積層する工程備えている。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１に記載の薄膜電気化学素子では、イオン伝導性を有する電解質層を挟んで、電極を対抗配置し、一方の電極が光触媒活性を有する電極、他方が酸素を還元する機能を有している電極とすることで、光の作用を利用して有機物を酸化、分解するとともに、当該反応により生成する電子もしくはプロトンを利用して発電を行う、いわゆる、薄膜電気化学素子を構成することが可能となる。
【００２８】
また、請求項２に係る発明の薄膜電気化学素子では、電解質層を積層構造とすることにより、膜厚が均一で薄い層を形成させることが可能となる。これにより、プロトンが電解質内を拡散する場合における拡散抵抗率を小さくすることが可能となり、出力の大きな電気化学素子を作成することが可能となる。また、相互に親和性の高いアニオン性物質とカチオン性物質とを積層した構造とすることにより、剥離しにくく安定な電解質層を形成させることが可能となる。また薄膜化により、作用光の透過が容易になり、かつ電解質層に使用される材料の使用量を抑制することができるので、安価に電気化学素子を作成することが可能となる。さらに、電気化学素子全体の構成を小型化することが可能となる。
【００２９】
また、請求項３に係る発明の薄膜電気化学素子では、アニオン性物質としてアニオン性高分子を採用することにより、水分とか溶剤成分のある環境でも溶け出さない、より安定な薄膜を形成することが可能となる。
【００３０】
また、請求項４に係る発明の薄膜電気化学素子では、カチオン性物質としてカチオン性高分子を採用することにより、水分とか溶剤成分のある環境でも溶け出さない、より安定な薄膜を形成することが可能となる。さらに、相互に親和性の高いアニオン性高分子とカチオン性高分子とを積層した構造とすることにより、剥離しにくく安定な電解質層を形成させることが可能となる。
【００３１】
また、請求項５に係る発明の薄膜電気化学素子では、スルホ基（ＳＯ３Ｈ）やホスホ基（ＰＯ（ＯＨ）２）を備えた高分子は負に帯電するアニオン性であるので、積層構造とした状態にてカチオン性物質との親和性が強く、カチオン性物質と良好に吸着する。これにより、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、さらに均一膜厚で安定な薄膜電解層とすることが可能となる。
【００３２】
また、請求項６に係る発明の薄膜電気化学素子では、アミン塩もしくはアンモニウム塩を有する高分子は正に帯電するカチオン性であるので、積層構造とした状態にてアニオン性物質との親和性が強く、アニオン性物質と良好に吸着する。これにより、請求項４又は５のいずれかに記載の発明の効果に加えて、さらに均一膜厚で安定な電解質層薄膜とすることが可能となる。
【００３３】
また、請求項７に係る発明の薄膜電気化学素子では、第一の電極を積層構造とすることにより、膜厚が均一で薄い電極を形成させることが可能となる。また、相互に親和性の高いアニオン性物質とカチオン性物質とを積層した構造とすることにより、剥離しにくく安定な電極層を形成させることが可能となる。また薄膜化により、電極層に使用される高分子の使用量を抑制することが可能となるので、安価に電気化学素子を作成することが可能となる。さらに、電気化学素子全体の構成を薄膜化することが可能となる。
【００３４】
また、請求項８に係る発明の薄膜電気化学素子では、第一の電極を構成する前記カチオン性物質を、酸化チタンもしくは酸化チタンを含む基材とすることでさらに好ましい光触媒活性を有する電極が構成され、光の作用を利用して有機物を酸化、分解するとともに、反応により生成する電子もしくはプロトンを利用して発電を行ういわゆる薄膜電気化学素子が構成することが可能となる。
【００３５】
また、請求項９に係る発明の薄膜電気化学素子では、第一の電極を構成するアニオン性物質をオキシチオフェン系の高分子とすることで、請求項７又は８のいずれかに記載の発明の効果に加えて、さらに安定な前記第一の電極を有する薄膜電気化学素子を構成することができる。
【００３６】
また、請求項１０に係る発明の薄膜電気化学素子は、第二の電極を積層構造とすることにより、膜厚が均一で薄い第二の電極を形成させることが可能となる。また、相互に親和性の高いアニオン性物質とカチオン性物質とを積層した構造とすることにより、剥離しにくく安定な電極層を形成させることが可能となるとともに、第二の電極の薄膜化により、作用光の透過が可能となるとともに、電極層に使用される電極物質の使用量を抑制することができるので、安価に電気化学素子を作成することが可能となる。さらに、電気化学素子全体の構成を薄膜化することが可能となる。
【００３７】
また、請求項１１に係る発明の薄膜電気化学素子では、第二の電極を構成する前記アニオン性物質を、白金微粒子もしくは白金微粒子を含む基材とすることでさらに好ましい酸素を還元する機能を有している電極が構成され、光の作用を利用して有機物を酸化、分解するとともに、反応により生成する電子もしくはプロトンを利用して発電を行ういわゆる薄膜電気化学素子を構成することが可能となる。
【００３８】
また、請求項１２に係る発明の薄膜電気化学素子では、アミン塩もしくはアンモニウム塩高分子は正に帯電するカチオン性であるので、積層構造とした状態にてアニオン性物質との親和性が強く、アニオン性物質と良好に吸着する。これにより、請求項１０又は１１のいずれかに記載の発明の効果に加えて、さらに均一膜厚で安定な第二の電極を構成することが可能となる。
【００３９】
また、請求項１３に係る発明の薄膜電気化学素子では、第一の電極に電子伝導層（第一伝導層）を隣接させて配置することにより、第一の電極と電子伝導層（第一伝導層）との間の電子の授受を促進させる。これにより、請求項１乃至１２に記載の発明の効果に加えて、薄膜電気化学素子の発電効率をさらに高めることが可能となる。
【００４０】
また、請求項１４に係る発明の薄膜電気化学素子では、電子伝導層である第一伝導層をオキシチオフェン系の高分子もしくは金属の薄膜で構成することにより、請求項１３に記載の発明の効果の中でも、とくに好ましい薄膜電気化学素子を構成することが可能となる。
【００４１】
また、請求項１５に係る発明の薄膜電気化学素子では、第二の電極に電子伝導層（第二伝導層）を隣接させて配置することにより、第二の電極と電子伝導層（第二伝導層）との間の電子の授受を促進させる。これにより、請求項１又は１４に記載の発明の効果に加えて、さらに薄膜電気化学素子の発電効率を高めることが可能となる。
【００４２】
また、請求項１６に係る発明の薄膜電気化学素子では、電子伝導層である第二伝導層をオキシチオフェン系の高分子で構成することにより、請求項１５に記載の発明の効果の中でも、とくに好ましい薄膜電気化学素子を構成することが可能となる。
【００４３】
また、請求項１７に係る発明の薄膜電気化学素子では、前記第一伝導層は、多孔質性基材基板の表面に積層されており、前記第一伝導層における前記第一の電極と接する面の反対側の面にて、当該第一伝導層と前記基材基板とが接している。この工夫により、請求項１３乃至１６のいずれかに記載の発明の構成に加えて、第一の電極及び電解質層を基材基板上に積層した状態で、基材基板を透して第一の電極に有機物を供給して酸化、分解反応を生じさせることが可能となり、かつその際生成する電子ならびにプロトンの働きのより電極（第一の電極、第二の電極）間に電圧を発生させることが可能となる。
【００４４】
また、請求項１８に係る発明の薄膜電気化学素子製造方法では、多孔質性基材基板上に電子伝導層である第一伝導層と、光触媒活性を有している第一の電極と、電解質層と、酸素を還元する機能を有している第二の電極と、第二伝導層とを形成させることにより、光の作用を利用して、当該多孔質性基材基板を透過して供給された有機物の酸化、分解反応を生じさせることが可能となり、かつその際生成する電子ならびにプロトンの働きにより電極（第一の電極、第二の電極）間に電圧を発生させることが可能となる。すなわち、電気化学素子の作成が可能となる。
【００４５】
また、請求項１９に係る発明の薄膜電気化学素子では、請求項１８に記載の発明の構成に加えて、アニオン性物質と、光触媒機能を有するカチオン性物質とを積層させて第一の電極を形成させる。このように、第一の電極を積層構造とすることにより、膜厚が均一で薄い電極層を形成させることが可能となる。これにより、有機物の酸化、分解機能を有し、かつ電極自体の薄膜化が計られることとなり、出力の大きな薄膜電気化学素子を作成することが可能となる。また、第一の電極を相互に親和性の高いアニオン性物質とカチオン性物質とを積層した構造とすることにより、剥離しにくく安定な電極を形成させることが可能となる。また薄膜化により、第一の電極に使用される材料の使用量を抑制することが可能となるので、安価に電気化学素子を作成することが可能となる。さらに、電気化学素子全体の構成を小型化することが可能となる。
【００４６】
また、請求項２０に係る発明の薄膜電気化学素子では、アニオン性物質とカチオン性物質とを積層させて電解質層を形成させる。このように、電解質層を積層構造とすることにより、膜厚が均一で薄い層を形成させることが可能となる。これにより、プロトンが電解質内を拡散する場合における拡散抵抗率を小さくすることが可能となり、出力の大きな電気化学素子を作成することが可能となる。また、相互に親和性の高いアニオン性物質とカチオン性物質とを積層した構造とすることにより、剥離しにくく安定な電解質層を形成させることが可能となる。また薄膜化により、電解質層に使用される材料の使用量を抑制することが可能となるので、安価に燃料電池を作成することが可能となる。さらに、電気化学素子全体の構成を小型化することが可能となる。
【００４７】
また、請求項２１に係る発明の薄膜電気化学素子では、酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質と、カチオン性物質とを積層させて第二の電極を形成させる。このように、第二の電極を積層構造とすることにより、膜厚が均一で薄い電極を形成させることが可能となる。また薄膜化により、作用光の透過が可能となるとともに、第二の電極に使用される材料の使用量を抑制することができるので、安価に電気化学素子を作成することが可能となる。さらに電気化学素子全体の構成を小型化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明を具体化した薄膜電気化学素子１００、及び、薄膜電気化学素子製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、これらの図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものであり、記載されている内容は、特に特定的な記載がない限り、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。
【００４９】
はじめに、図１を参照し、薄膜電気化学素子１００の構成について説明する。図１は、薄膜電気化学素子１００の構成を示す模式図である。
【００５０】
図１に示すように、薄膜電気化学素子１００は、バイコールガラス１と、バイコールガラス１の表面に形成された電子伝導層である第一伝導層２と、プライマー層３と、第一の電極４と、電解質層５と、第二の電極６と、電子伝導層である第二伝導層７から構成されている。そしてこれらは、バイコールガラス１の表面に形成された第一伝導層２における、バイコールガラス１と接する面の反対側面にプライマー層３が積層され、プライマー層３における第一伝導層２と接する面の反対側面に第一の電極４が積層され、第一の電極４におけるプライマー層３と接する面の反対側面に電解質層５が積層され、電解質層５における第一の電極４と接する面の反対側面に第二の電極６が積層され、第二の電極６における電解質層５と接する面の反対側面に第二伝導層７が積層された状態となっている。
【００５１】
また、第一伝導層２と第二伝導層７には、電極リード線２１及び２２がそれぞれ接続されている。そして、電極リード線２１における第一伝導層２と接続する側の反対側端、及び電極リード線２２における第二伝導層７と接続する側の反対側端には、負荷２３が接続される。そして、薄膜電気化学素子１００にて電気化学反応を生じさせることにより、電極リード線２１及び２２を介し、第一伝導層２から第二伝導層７に向けて電子を流すことが可能となる。これにより、負荷２３に電流を通流させることが可能となっている。
【００５２】
バイコールガラス１は、各層（第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）を支持するとともに、薄膜電気化学素子１００本体に強度を持たせるための基材基板として使用される。また、バイコールガラス１は、多孔質性を備えており、気体や液体を透過させることが可能となっている。外部から有機物を、矢印３２方向からバイコールガラス１を透過させて供給するとともに、矢印３１方向から太陽光もしくは紫外光を照射し、第一の電極４、電解質層５、及び第二の電極６において当該有機物の酸化、分解とそれに伴う電気化学反応を生じさせることが可能となっている（詳細は後述する）。
【００５３】
なお、本実施の形態では、上述の各層（第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６）を構成する材料としてカチオン性物質及びアニオン性物質を使用する（詳細は後述する）。ここでカチオン性物質とは、正電荷を有する物質を示し、アニオン性物質とは、負電荷を有する物質を示している。そして、アニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層させることにより、バイコールガラス１上に安定的に上述の各層を形成させることを可能としている。また、バイコールガラス１をプラス又はマイナスに帯電させた状態で各層を積層させることにより、各層をバイコールガラス１に対して強固に密着させることが可能としている。
【００５４】
バイコールガラス１としては、多孔質性を有し、気体や液体を透過させることが可能な材料であれば特に限定されず、従来周知の材料が使用可能である。例えば、炭素微粒子（カーボンブラック）に疎水性バインダー粒子（フッ素樹脂粉末）を混合し、これをホットプレスして多孔質状に作製された基材基板が使用される。なおこのように作製された材料基板はマイナイスに帯電しやすい特性を有する。
【００５５】
また、バイコールガラス１として、多孔質ステンレスや多孔質ステンレス管を使用することが可能である。なおこれらの材料を使用することにより、第一伝導層２を省略することが可能となる。
【００５６】
バイコールガラス１の表面には、第一伝導層２が形成される。第一伝導層２は、電気化学反応により第一の電極４より発生する電流を集電し、外部に取り出し易くするために設けられる電子伝導層である。第一伝導層２は、外部に電子を取り出す場合における電子の通流障壁を下げる働きを有するため、電子を取り出すための電極が接続された場合に、効率よく電子を電極に受け渡すことができる。また、第二伝導層７は、第二の電極６において電気化学反応を生じさせるために外部から電子が供給される場合において、電子を供給し易くするために設けられる電子伝導層である。第二伝導層７は、外部から電子が供給される場合における電子の通流障壁を下げる働きを有するため、電子を供給する為の電極が接続された場合に、効率よく電子を第二の電極６に受け渡すことができる。
【００５７】
第一伝導層２を構成する材料については、電子伝導性を有している材料であれば特に限定されず、従来周知の材料が使用可能である。例えば、金やＢａｙｔｒｏｎ（登録商標）が使用可能である。また、第一伝導層２の積層方法としては、使用する電子伝導性材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の方法が使用可能である。例えば、スパッタリング、イオンプレーティングなどの真空蒸着法やディップコート法、スピンコート法が使用可能である。
【００５８】
なお図１においては、電極リード線２１及び２２は第一伝導層２及び第二伝導層７に接続された構成となっているが、本発明はこの構成に限定されない。上述の多孔質ステンレスや多孔質ステンレス管ように、バイコールガラス１の材質が電子伝導性を有している場合には、バイコールガラス１に電極リード線２１を接続した構成であっても、効率よく電子を通流させ、負荷に電流を流すことが可能となる。
【００５９】
プライマー層３は、第一伝導層２と第一の電極４の密着性が良くない場合に設けられ、両層のつなぎ役を果たすとともに、隣接して積層される第一の電極４を均一層厚にて平滑に交互積層させることを可能とするための下地として設けられている。プライマー層３は電子伝導性を有しており、前述のように、アニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層させた構成となっている。
【００６０】
プライマー層３を構成する材料については、第一伝導層２と第一の電極４との両層との密着性がよく、電子伝導性があり、表面に積層されることにより平滑な表面を形成させることが可能な材料が使用可能である。例えば、カチオン性物質であるポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ＰＤＤＡ）や、アニオン性物質であるポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）が使用可能である。なお、隣接する層（第一伝導層２、第一の電極４）の有する帯電極性と反対極性を有する物質をプライマー層３として使用することにより、双方の間には引き合う方向に静電気的な力が作用する。このため、隣接層と強固に密着したプライマー層３を形成させることが可能となる。また、上述の物質を複数使用し、アニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層させてもよい。カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層することにより、双方の層の間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、層間が強固に密着し、且つ欠損部のないプライマー層３を形成させることが可能となる。また、プライマー層３の積層方法としては、プライマー層３として使用する材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の方法が使用可能である。例えば、ディップコート法やスピンコート法が使用可能である。
【００６１】
第一伝導層２は、隣接する第一の電極４で発生する電子が流れる場合における通流障壁を下げる役割を担う層である。第一の電極４において発生する電子を、プライマー３を介して集電し、接続する電極リード線２１経由で外部に取り出し易くするために設けられる。図１に示す構成では、第一の電極４にて発生し、第一伝導層２にて集電された電子は、第一伝導層２に取り付けられた電極リード線２１を介して外部に流れ、負荷２３に供給される。
【００６２】
第一伝導層２を構成する材料については、電子伝導性を有している材料であれば特に限定されず、従来周知の材料が使用可能である。金属、例えば金をスパッタリングで蒸着したものとか、カチオン性物質であるＰＤＤＡや、アニオン性物質であるＢａｙｔｒｏｎ（登録商標）が使用可能である。なお、隣接する層（バイコールガラス１、プライマー層３など）の有する帯電極性と反対極性を有する物質を使用することにより、双方の間には引き合う方向に静電気的な力が作用する。このため、隣接層と強固に密着した第一伝導層４を形成させることが可能となる。またこれらの物質を複数使用し、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層させてもよい。アニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層することにより、双方の層の間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、層間が強固に密着、且つ欠損部のない第一伝導層２を形成させることが可能となる。また、第一伝導層２の積層方法としては、第一伝導層２として使用する材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の方法が使用される。例えば、ディップコート法やスピンコート法が使用可能である。
【００６３】
第一の電極４は光触媒活性を有しており、上部から（矢印３１の方向）照射される光の作用により発現する光触媒機能を利用して、バイコールガラス１を透過して供給される有機物もしくは水素を酸化、分解し、プロトンならびに電子とを生成するために設けられる。図１に示す構成では、生成した電子は、第一伝導層２にて集電され、電極リード線２１を介して外部に取り出される。また、生成したプロトンは、電解質層５を透過して第二の電極６に伝達される。
【００６４】
第一の電極４を構成する材料としては、光触媒活性を有している従来周知の材料が使用可能である。例えば、チタン化合物、好ましくは酸化チタンが使われるが、酸化チタンの形態としては無機チタン化合物でも有機チタン化合物でもよい。また、酸化チタンはカチオン性物質であるので、従来周知のアニオン性物質と組み合わせることで積層構造とするが可能である。カチオン性物質としてはオキシチオフェン系の高分子、例えば、Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標）が使用可能である。なお、隣接する層（プライマー３、電解質層５など）の有する帯電極性と反対極性を有する物質を使用することにより、双方の間には引き合う方向に静電気的な力が作用する。このため、隣接層と強固に密着した第一の電極４を形成させることが可能となる。また、酸化チタン（カチオン性物質）とアニオン性物質とを交互に積層させることにより、双方の層の間には引き合う方向に力が作用するため、層間が強固に密着し、且つ欠損部の第一の電極４を形成させることが可能となる。また、第一の電極４の積層方法としては、第一の電極４として使用する材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の方法が使用される。例えば、ディップコート法やスピンコート法が使用可能である。
【００６５】
電解質層５は、第一の電極４にて生成したプロトンを第二の電極に伝達させるとともに、有機物と酸化剤（例えば、酸素）とが混ざり合わないように隔離するために設けられる。なお、電解質層５の一部に欠損等が存在していると、第一の電極４と第二の電極６との間で短絡現象が発生し、電池として作用しなくなってしまう。ここで本実施の形態では、電解質層５はカチオン性物質とアニオン性物質とを積層させた積層構造を有している。これにより、電解質層５を薄膜化させた場合であっても、欠損部の発生を防止することが可能となり、薄膜電気化学素子１００の短絡発生を防止することが可能となる。
【００６６】
電解質層５を構成する材料については、カチオン性物質とアニオン性物質とが使用される。例えば、カチオン性物質としてはポリアリルアミンハイドロクロリド（ＰＡＨ）が使用可能であり、アニオン性物質としてはＮａｆｉｏｎ（登録商標）が使用可能である。カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層することにより、双方の層の間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、強固に密着し、且つ、欠損部のない電解質層５を形成させることが可能となる。なお、カチオン性物質としては、第１級アミン塩、第２級アミン塩、第３級アミン塩、及び第４級アンモニウム塩のいずれかであることが好ましい。これらの基は、正に帯電するカチオン性を有しているので、積層構造とした場合にアニオン性物質との親和性が強いためである。また、アニオン性物質としては、スルホ基（ＳＯ３Ｈ）やホスホ基（ＰＯ（ＯＨ）２）を有していることが好ましい。これらの基は、負に帯電するアニオン性を有しているので、積層構造とした場合にカチオン性物質との親和性が強いためである。これらの物質を使用することにより、より強固に密着し、欠損部のない電解質層５を形成させることが可能となる。
【００６７】
また、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層する場合における積層方法は、電解質層５として使用する材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の積層方法が使用可能である。例えば、ディップコート法やスピンコート法が使用可能である。
【００６８】
第二の電極６は、第一の電極４にて生成し、電解質層５を透過することにより第二の電極６の近傍に到達したプロトンと、外部より供給される酸化剤（例えば、酸素）と、電極リード線２２より供給される電子とから水を生成させるために設けられている。生成された水は外部に排出される。
【００６９】
第二の電極６を構成する材料としては、電気化学素子の電極触媒として使用される従来周知の材料が使用可能である。例えば、白金や、カーボンブラックに白金粒子を担持させたカーボン担持白金が使用可能である。また、積層構造とする際のカチオン性物質及びアニオン性物質として従来周知の材料が使用可能である。例えば、カチオン性物質としてはＰＤＤＡが使用可能であり、アニオン性物質としては白金コロイドが使用可能である。なお、隣接する層（電解質層５、第二伝導層７など）の有する帯電極性と反対極性を有する物質を使用することにより、双方の間には引き合う方向に静電気的な力が作用する。このため、隣接層と強固に密着した第二の電極６を形成させることが可能となる。また、これらの物質を複数使用し、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層させることにより、双方の層の間には引き合う方向に力が作用するため、層間が強固に密着し、且つ欠損部のない第二の電極６を形成させることが可能となる。また、第二の電極６の積層方法としては、第二の電極６として使用する材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の方法が使用される。例えば、ディップコート法やスピンコート法が使用可能である。
【００７０】
第二伝導層７は、電極リード線２２を介して流れ込む電子を、第二伝導層７に隣接する第二の電極６へ流す場合における電子の通流障壁を下げる役割を担う層であり、電子の第二の電極６への流入を促進するために設けられている。これにより、電極リード線２１より負荷２３を経由して電極リード線２２に流れ込む電子は、第二伝導層７を経由して第二の電極６に供給される。
【００７１】
第二伝導層７を構成する材料については、電子伝導性を有している材料であれば特に限定されず、従来周知の材料が使用可能である。例えば、カチオン性物質であるＰＤＤＡや、アニオン性物質であるオキシチオフェン系の高分子、例えばＢａｙｔｒｏｎ（登録商標）が使用可能である。なお、隣接する層（第二の電極６）の有する帯電極性と反対極性を有する物質を使用することにより、双方の間には引き合う方向に静電気的な力が作用する。このため、隣接層と強固に密着した第二伝導層７を形成させることが可能となる。またこれらの物質を複数使用し、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層させてもよい。アニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層することにより、双方の層の間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、層間が強固に密着し、且つ欠損部のない第二伝導層７を形成させることが可能となる。また、第二伝導層７の積層方法としては、第二伝導層７として使用する材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の方法が使用される。例えば、ディップコート法やスピンコート法が使用可能である。
【００７２】
次に、上述にて説明した薄膜電気化学素子１００の駆動原理について、図１を参照して概説する。薄膜電気化学素子１００にて電気化学反応を生じさせ、起電力を生じさせるために、はじめに、バイコールガラス１における上述の各層（第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）が積層される側と反対側面（矢印３２の方向）より、有機物が供給される。また、矢印３１の方向から太陽光もしくは紫外光と、酸化剤（例えば、酸素）が供給される。
【００７３】
すると、バイコールガラス１に供給された有機物は、バイコールガラス１を透過し、さらに第一伝導層２、プライマー層３をも浸透し、第一の電極４に到達する。そして、第一の電極４にて有機物は、上方（矢印３１の方向）から到達する光の作用と、光触媒活性を有している第一の電極４の光触媒機能により酸化、分解され、プロトンと電子とが生成する。
【００７４】
生成した電子は、第一伝導層２を経由し、第一伝導層２に接続された状態の電極リード線２１を介して外部に取り出される。取り出された電子は、接続された状態の負荷２３に供給された後、電極リード線２２へと流れ込む。また、生成したプロトンは、電解質層５を浸透し、第二の電極６に到達する。
【００７５】
第二の電極６には、電極リード線２２より流れ込んだ電子が、第二伝導層７を経由して供給される。また、酸化剤（例えば、酸素）が、第二伝導層７を透過して、第二の電極６に到達する。そして、第二の電極６において、プロトンと電子と酸化剤とが反応し、水が生成する。生成した水は、第二伝導層７を経由し、外部に排出される。
【００７６】
以上のような光触媒機能と電気化学反応とを組み合わせたプロセスを薄膜電気化学素子１００内にて生じさせることにより、薄膜電気化学素子１００は、有機物を酸化、分解して電気を発生する「電気化学リアクター」として作用し、負荷２３に電流を通流させることが可能となる。なお、図１に示す構成では、取り出せる電圧は理論上約１．２Ｖ程度であるので、本構成を多段とし、直列に接続することにより、大きな電圧を取り出すことが可能となる。
【００７７】
ここで、プロトンが電解質層５を透過する場合における拡散抵抗成分が小さいほど、プロトンの透過により生ずる電圧降下のレベルが小さくなり、より大きな電圧を取り出すことができるため、発電効率が向上する。この拡散抵抗成分は、電解質層５の層厚を薄くすることにより小さくすることが可能となる。ところが、電解質層５の薄膜層を形成させた場合、部分的に欠損部分が発生する可能性が高くなるという問題点がある。ここで電解質層５に欠損部が生じている場合、第一の電極４にて発生した電子が電解質層５を経由して直接第二の電極６に到達してしまう現象が発生し、外部に取り出せる電流が減少して発電効率が減少してしまう。
【００７８】
ところが本発明の薄膜電気化学素子１００は、電解質層５をカチオン性物質とアニオン性物質とを積層させて形成させることにより、従来の電解質層形成方法と比較して層の欠損部の発生を抑制することが可能となる。これにより、第一の電極４と第二の電極６との間の短絡の発生を抑制しつつ、層を薄化することが可能となっている。これにより、プロトンが電解質層５を透過する場合における抵抗成分を小さくすることが可能となるので、電圧降下量を小さく抑え、発電効率を向上させることが可能となっている。
【００７９】
また本発明の薄膜電気化学素子１００では、作用光が第一の電極４へ到達する必要があるが、作用光である太陽光もしくは紫外光が第一の電極４へ到達することができるほどに各層（電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）を薄膜化する必要がある。本発明では、各層（電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）を積層構造とすることで各層（電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）の積算厚みを、光透過が可能である１０乃至１０００ナノメートルとすることによりこの条件をクリアした。
【００８０】
本発明では、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層させることにより、層間に発生する引き合う方向の静電気力により強固に層間を密着させ、剥離しにくい電解質層５を形成させる。これにより、層厚を作用光が透過できるほどまで薄化した状態でも強度的に優れた電解質層５を形成させることが可能となっている。
【００８１】
また本発明は、各層（第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）をカチオン性物質とアニオン性物質とを積層させて形成させることにより、電解質層５と同様、層の欠損部の発生を抑制しつつ全体の層厚を薄化することが可能となっている。このため、薄膜電気化学素子１００全体の積層方向の厚さを抑制することが可能となり、小型化が可能となっている。さらに、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層させ、層間に引き合う方向の静電気力を生じさせることにより、強度に優れた各層（第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）を形成させることが可能となっている。
【００８２】
次に、薄膜電気化学素子１００の製造方法について、図２を参照して説明する。図２は、薄膜電気化学素子１００の製造方法を示すフローチャートである。なお、以下の実施形態においては、マイナスに帯電する特性を有するバイコールガラス１を使用して薄膜電気化学素子１００を製造する場合を想定して説明する。しかしながら、バイコールガラス１の帯電特性はこのような場合に限定されず、プラスに帯電する特性を有するバイコールガラス１を使用して薄膜電気化学素子１００を作成してもかまわない。また、以下の説明においては、図１におけるバイコールガラス１に積層する各層（第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）が形成される側を上側と定義する。
【００８３】
図２に示すように、薄膜電気化学素子１００を製造する工程では、はじめに、バイコールガラス１の上側に第一伝導層２を形成させる（Ｓ１１）。以下、第一伝導層２をバイコールガラス１の表面に形成させる工程を、「第一伝導層形成工程」という。
【００８４】
次いで、第一伝導層形成工程にてバイコールガラス１の上側に形成させた第一伝導層２の上側に、プライマー層３を積層させる（Ｓ１３、Ｓ１５）。プライマー層３を構成する材料として、カチオン性物質（以下、「プライマーカチオン」という。）とアニオン性物質（以下「プライマーアニオン」という。）との２種類を準備し、其々の物質を交互に積層することによって、プライマー層３を形成させる。以下、プライマー層３を第一伝導層２上に形成させる工程を、「プライマー層形成工程」という。
【００８５】
プライマー層形成工程では、はじめに、バイコールガラス１の帯電極性（マイナス）と反対の極性を有するプライマーカチオンを、第一伝導層２の上側に積層させる（Ｓ１３）。この場合、電子伝導性を有する第一伝導層２の帯電極性はバイコールガラス１と同じになるので、第一伝導層２とプライマーカチオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。次いで、積層されたプライマーカチオンの上側に、プライマーカチオンの極性（プラス）と反対の極性を有するプライマーアニオンを積層させる（Ｓ１５）。この場合、プライマーカチオンとプライマーアニオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。
【００８６】
次いで、Ｓ１３及びＳ１５にて積層させたプライマーカチオンとプライマーアニオンとが、所定の層数分積層されたか否かを判断する（Ｓ１７）。ここで、所定の層数分積層されていない場合には（Ｓ１７：ＮＯ）、Ｓ１３に戻って、プライマーアニオンの上側にプライマーカチオンを積層させる（Ｓ１３）。この場合、プライマーアニオンとプライマーカチオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。そして上述の処理を繰り返し、プライマーカチオンとプライマーアニオンとが交互に積層される（Ｓ１３、Ｓ１５）。一方、プライマーカチオンとプライマーアニオンとが所定の層数分積層された場合には（Ｓ１７：ＹＥＳ）、プライマー層形成工程を終了し、次いで、第一の電極４の形成工程を実行する。
【００８７】
プライマー層形成工程が終了すると、次いで、プライマー層形成工程にて形成させたプライマー層３の上側に、第一の電極４を積層させる（Ｓ１９、Ｓ２１）。第一の電極４を構成する材料として、カチオン性物質（以下、「第一の電極カチオン」という。）とアニオン性物質（以下、「第一の電極アニオン」という。）との２種類を準備し、其々の物質を交互に積層することによって、第一の電極４を形成させる。以下、第一の電極４をプライマー層３上に形成させる工程を、「第一の電極形成工程」という。
【００８８】
第一の電極形成工程では、はじめに、プライマー層３の最上層の帯電極性（最上層にはプライマーアニオンが積層されており、帯電極性はマイナスである。Ｓ１５参照）と反対の極性を有する第一伝導カチオンを、プライマー層３の上側に積層させる（Ｓ１９）。この場合、第一伝導カチオンとプライマー層３との間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。次いで、積層された第一の電極カチオンと反対の極性を有する第一の電極アニオンが、第一の電極カチオンの上側に積層される（Ｓ２１）。この場合、第一の電極カチオンと第一の電極アニオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。
【００８９】
次いで、Ｓ１９及びＳ２１にて積層された第一の電極カチオンと第一の電極アニオンとが、所定の層数分積層されたか否かを判断する（Ｓ２３）。ここで、所定の層数分積層されていない場合には（Ｓ２３：ＮＯ）、Ｓ１９に戻って、第一の電極アニオンの上側に第一の電極カチオンを積層させる（Ｓ１９）。この場合、第一の電極アニオンと第一の電極カチオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。そして上述の処理を繰り返し、第一の電極カチオンと第一の電極アニオンとが交互に積層される（Ｓ１９、Ｓ２１）。一方、第一の電極カチオンと第一の電極アニオンとが所定の層数分積層された場合には（Ｓ２３：ＹＥＳ）、第一の電極形成工程を終了し、次いで、電解層５の形成工程を実行する。
【００９０】
第一の電極形成工程が終了すると、次いで、第一の電極形成工程にて形成させた第一の電極４の上側に、電解質層５を積層させる（Ｓ２５、Ｓ２７）。電解質層５を構成する材料として、カチオン性物質（以下、「電解質カチオン」という。）とアニオン性物質（以下、「電解質アニオン」という。）との２種類を準備し、其々の物質を交互に積層することによって、電解質層５を形成させる。以下、電解質層５を第一の電極上に形成させる工程を、「電解質層形成工程」という。
【００９１】
電解質層形成工程では、はじめに、第一の電極４の最上層の帯電極性（最上層にはアノードアニオンが積層されており、帯電極性はマイナスである。Ｓ２１参照）と反対の極性を有する電解質カチオンを、第一の電極４の上側に積層させる（Ｓ２５）。この場合、電解質カチオンと第一の電極４との間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。次いで、積層された電解質カチオンと反対の極性を有する電解質アニオンが、電解質カチオンの上側に積層される（Ｓ２７）。この場合、電解質カチオンと電解質アニオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。
【００９２】
次いで、Ｓ２５及びＳ２７にて積層された電解質カチオンと電解質アニオンとが、所定の層数分積層されたか否かを判断する（Ｓ２９）。ここで、所定の層数分積層されていない場合には（Ｓ２９：ＮＯ）、Ｓ２５に戻って、電解質アニオンの上側に電解質カチオンを積層させる（Ｓ２５）。この場合、電解質アニオンと電解質カチオンとの間には引きあう方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。そして上述の処理を繰り返し、電解質カチオンと電解質アニオンとが交互に積層される（Ｓ２５、Ｓ２７）。一方、電解質カチオンと電解質アニオンとが所定の層数分積層された場合には（Ｓ２９：ＹＥＳ）、電解質層形成工程を終了し、次いで、第二の電極６の形成工程を実行する。
【００９３】
電解質層形成工程が終了すると、次いで、電解質層形成工程にて形成させた電解質層５の上側に、第二の電極６を積層させる（Ｓ３１、Ｓ３３）。第二の電極６を構成する材料として、カチオン性物質（以下、「第二の電極カチオン」という。）とアニオン性物質（以下、「第二の電極アニオン」という。）との２種類を準備し、其々の物質を交互に積層することによって、第二の電極６を形成させる。以下、第二の電極６を電解質層５上に形成させる工程を、「第二の電極形成工程」という。
【００９４】
第二の電極形成工程では、はじめに、電解質層５の最上層の帯電極性（最上層には電解質アニオンが積層されており、帯電極性はマイナスである。Ｓ２７参照）と反対の極性を有する第二の電極カチオンを、電解質層５の上側に積層させる（Ｓ３１）。この場合、第二の電極カチオンと電解質層５との間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。次いで、積層された第二の電極カチオンと反対の極性を有する第二の電極アニオンが、第二の電極カチオンの上側に積層される（Ｓ３３）。この場合、第二の電極カチオンと第二の電極アニオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。
【００９５】
次いで、Ｓ３１及びＳ３３にて積層された第二の電極カチオンと第二の電極アニオンとが、所定の層数分積層されたか否かを判断する（Ｓ３５）。ここで、所定の層数分積層されていない場合には（Ｓ３５：ＮＯ）、Ｓ３１に戻って、第二の電極アニオンの上側に第二の電極カチオンを積層させる（Ｓ３７）。この場合、第二の電極アニオンと第二の電極カチオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。そして上述の処理を繰り返し、第二の電極カチオンと第二の電極アニオンとが交互に積層される（Ｓ３１、Ｓ３３）。一方、第二の電極カチオンと第二の電極アニオンとが所定の層数分積層された場合には（Ｓ３５：ＹＥＳ）、第二の電極形成工程を終了し、次いで、第二伝導層７の形成工程を実行する。
【００９６】
第二の電極形成工程が終了すると、次いで、第二の電極形成工程にて形成させた第二の電極６の上側に、第二伝導層７を積層させる（Ｓ３７、Ｓ３９）。第二伝導層７を構成する材料として、カチオン性物質（以下、「第二伝導カチオン」という。）とアニオン性物質（以下、「第二伝導アニオン」という。）との２種類を準備し、其々の物質を交互に積層することによって、第二伝導層７を形成させる。以下、第二伝導層７を第二の電極６上に形成させる工程を、「第二伝導層形成工程」という。ただし、第二伝導層が単一層からなる場合は、以下の積層工程は省略することができる。
【００９７】
第二伝導層形成工程では、はじめに、第二の電極６の最上層の帯電極性（最上層にはカソードアニオンが積層されており、帯電極性はマイナスである。Ｓ３１参照）と反対の極性を有する第二伝導カチオンを、第二の電極６の上側に積層させる（Ｓ３７）。この場合、第二伝導カチオンと第二の電極６との間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。
【００９８】
次いで、積層された第二伝導カチオンと反対の極性を有する第二伝導アニオンが、第二伝導カチオンの上側に積層される（Ｓ３９）。この場合、第二伝導カチオンと第二伝導アニオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。
【００９９】
次いで、Ｓ３７及びＳ３９にて積層された第二伝導カチオンと第二伝導アニオンとが、所定の層数分積層されたか否かを判断する（Ｓ４１）。ここで、所定の層数分積層されていない場合には（Ｓ４１：ＮＯ）、Ｓ３７に戻って、第二伝導アニオンの上側に第二伝導カチオンを積層させる（Ｓ３７）。この場合、第二伝導アニオンと第二伝導カチオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。そして上述の処理を繰り返し、第二伝導カチオンと第二伝導アニオンとが交互に積層される（Ｓ３７、Ｓ３９）。一方、第二伝導カチオンと第二伝導アニオンとが所定の層数分積層された場合には（Ｓ４１：ＹＥＳ）、第二伝導層形成工程を終了する。以上の工程を遂行することにより薄膜電気化学素子製造工程が終了する。
【０１００】
本発明の薄膜電気化学素子の製造方法は前述の工程に限らず、第二伝導層の保護が必要な場合は、第二伝導層形成工程が終了すると（Ｓ４１：ＹＥＳ）、形成された第二伝導層７の上側に、バイコールガラスが貼付される。
（
【０１０１】
以上説明した工程を経ることにより、欠損部のない薄層から構成される薄膜電気化学素子１００が製造される。本製造方法では、電解質層５をカチオン性物質とアニオン性物質とを積層させて形成させることにより、薄層化した場合であっても欠損部のない電解質層５を形成させることが可能となる。これにより、第一の電極４と第二の電極６との短絡発生を防止しつつ、電解質層５の薄膜化により電圧降下を抑制することが可能となるので、発電効率の高い電気化学素子を製造することが可能となる。また、カチオン性物質とアニオン性物質との間に作用する静電気力により、層間が強固に密着するので、層の剥離の発生を防止することが可能となり、安定で耐久性のある電気化学素子を製造することが可能となる。また、薄層化により電解質層５を構成する材料の使用量を抑制することが可能となるので、電気化学素子の低コスト化が可能となる。さらに、薄層化により、薄膜電気化学素子１００の積層方向の厚さを小さくすることが可能となるので、光の透過が可能になり、光触媒機能の発現とそれに続く電気化学反応を生じせしめ、有機物を酸化、分解して電気を発生する電気化学リアクター、すなわち、薄型電気化学素子を実現することが可能となる。
【０１０２】
また、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７について、カチオン性物質とアニオン性物質とを積層させて形成させることにより、薄層化した場合であっても欠損部の発生を防止することが可能となる。これにより、層間の短絡の発生を防止しつつ、電気化学素子を小型化することが可能となる。また、カチオン性物質とアニオン性物質との間に作用する静電気力により、層間が強固に密着するので、層の剥離の発生を防止することが可能となり、安定で耐久性のある電気化学素子を製造することが可能となる。さらに、構成材料の使用量を抑制することが可能となるので、電気化学素子の低コスト化が可能となる。
【０１０３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【０１０４】
上述の薄膜電気化学素子１００では、第一伝導層２及び第二伝導層７を含む構成を有していたが、本発明はこの構成に限定されず、第一伝導層２及び第二伝導層７を含まない構成であっても上述の説明と同様の原理にて駆動し、起電力を発生させることが可能である。なおこのような構成の場合には、第一の電極４や第二の電極に電極リード線２１及び２２を接続することにより、発生した起電力を外部に取り出すことが可能となる。
【０１０５】
上述の薄膜電気化学素子１００では、プライマー層３を含む構成を有していたが、本発明はこの構成に限定されず、プライマー層３を含まない構成であっても上述の説明と同様の原理にて駆動し、起電力を発生させることが可能である。
【０１０６】
上述の薄膜電気化学素子１００において、プライマー層３を構成する材料として電子伝導性を有する材料を使用することにより、プライマー層３に電極リード線２１及び２２接続することにより、発生した起電力を外部に取り出すことが可能となる。
【０１０７】
上述の薄膜電気化学素子１００では、バイコールガラス１を含む構成を有していたが、本発明はこの構成に限定されず、バイコールガラス１を含まない構成であっても上述の説明と同様の原理にて駆動し、起電力を発生させることが可能である。
【０１０８】
本発明の薄膜電気化学素子製造方法では、第一伝導層形成工程、プライマー層形成工程、及び第二伝導層形成工程を省略した製造方法とし、第一伝導層２、プライマー層３、及び第二伝導層７を形成させない方法であってもよい。
【０１０９】
上述の薄膜電気化学素子製造方法では、プライマー層形成工程、第一の電極形成工程、電解質層形成工程、第二の電極形成工程、及び第二伝導層形成工程において、カチオン性物質をはじめに積層し、次いで、アニオン性物質を積層していた。しかしながら本発明はこの方法限定されない。従って、積層する場合における下地層の帯電極性がプラスである場合には、マイナスの極性を有するアニオン性物質をはじめに積層してもかまわない。
【０１１０】
上述の薄膜電気化学素子製造方法では、プライマー層形成工程、第一の電極形成工程、電解質層形成工程、第二の電極形成工程、及び第二伝導層形成工程において、アニオン性物質を積層させた後、所定の層数分積層されたか否かを判断していた。しかしながら本発明はこの判断方法に限定されない。従って、カチオン性物質が積層された後も同様に、所定の層数分積層されたか否かを判断してもよい。
【０１１１】
上述の薄膜電気化学素子製造方法では、プライマー層形成工程、第一の電極形成工程、電解質層形成工程、第二の電極形成工程、及び第二伝導層形成工程において、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層させることによって、各層を形成させていた。しかしながら本発明はこの積層方法に限定されない。従って、唯一の物質を積層させることにより、各層を形成させてもかまわない。
【実施例】
【０１１２】
次に、本発明の実施例について説明する。以下「１．薄膜電気化学素子１００の構成」「２．使用した材料について」「３．薄膜電気化学素子１００作成手順概略」「４．評価方法及び評価条件」「５．評価結果」の順に説明する。
１．薄膜電気化学素子１００の構成
【０１１３】
はじめに、作成した薄膜電気化学素子１００の構成について、図３を参照して説明する。図３は、作成した薄膜電気化学素子１００の断面構成を示す模式図である。なお、図３における紙面上側を薄膜電気化学素子１００の上側と定義する。
【０１１４】
図３に示すように、本実施例では、バイコールガラス１上に、第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７を順に積層させた。また、第一伝導層２及び第二伝導層７にそれぞれ電極リード線２１及び２２を接続した。
【０１１５】
そして、バイコールガラス１の下側（矢印３２の方向）から有機物を供給し、光触媒作用ならびに電気化学反応を、第一の電極４、電解質層５及び第二の電極６にて生じさせることにより、接続した電極リード線２１及び電極リード線２２より電流を取り出した。また、電気化学反応時において供給されるべき酸化剤（例えば、酸素）は、作成した薄膜電気化学素子１００内への強制的な供給は行わず、第二伝導層７の上側に空気を接触させることにより自然供給させた。また作用光として紫外光（中心波長：３６５ｎｍ、強度：０．１〜１００ｍＷ／ｃｍ２）を上部（矢印３１の方向）から照射した。
２．使用した材料について
【０１１６】
バイコールガラス１として、ＵＳＡ Ｃｏｒｎｉｎｇ社製「製品名」を使用し、２ｃｍ×３ｃｍの大きさにカットして使用し、バイコールガラスに第一伝導層２として金をスパッタリングで蒸着した。さらに、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、および第二の電極６は、それぞれ、プライマーカチオンとプライマーアニオン、第一の電極カチオンと第一の電極アニオン、電解質カチオンと電解質アニオン、及び、第二の電極カチオンと第二の電極アニオンを交互に積層させることにより形成させた。それぞれの層の積層数は、プライマーカチオン及びプライマーアニオンとを４層ずつ、第一の電極カチオンと第一の電極アニオンとを４層ずつ、電解質カチオンと電解質アニオンとを１０層ずつ、第二の電極カチオンと第二の電極アニオンとを４層ずつ、とした。また、第二伝導層７は第二伝導アニオン（Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標））の単層とした。
【０１１７】
プライマー層３を構成するプライマーカチオンとしてＰＤＤＡを使用し、プライマーアニオンとしてＰＳＳを使用した。また、第一の電極４を構成する第一の電極カチオンとして酸化チタンコロイドを使用し、第一の電極アニオンとしてＢａｙｔｒｏｎ（登録商標）を使用した。また、電解質層５を構成する電解質カチオンとしてＰＡＨを使用し、電解質アニオンとしてＮａｆｉｏｎ（登録商標）を使用した。また、第二の電極６を構成する第二の電極カチオンとしてＰＤＤＡを使用し、第二の電極アニオンとして白金コロイドを使用した。また、第二伝導層７を構成する第二伝導アニオンとしてＢａｙｔｒｏｎ（登録商標）を使用した。上述の内容をまとめて表１に示す。
【表１】
【０１１８】
ＰＤＤＡはＡｌｄｒｉｃｈ社製「製品名」を使用した。そして、０．５ｍｏｌ／ｌの塩化ナトリウム水溶液を加え、ＰＤＤＡの含有量が１ｍｇ／ｍｌとなるように濃度を調整して使用した。また、ＰＳＳはＡｌｄｒｉｃｈ社製「製品名」を使用した。そして、ＰＤＤＡと同様、０．５ｍｏｌ／ｌの塩化ナトリウム水溶液を加え、ＰＳＳの含有量が１ｍｇ／ｍｌとなるように濃度を調整して使用した。
【０１１９】
また、白金コロイドは、１重量部のヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸（６水和物）水溶液（「試薬Ａ」という。）、メタノール（「試薬Ｂ」という。）、０．０４ｍｏｌ／ｌのクエン酸３ナトリウム水溶液（「試薬Ｃ」という。）を準備し、試薬Ａ（１００μｌ）、試薬Ｂ（９０００μｌ）、及び試薬Ｃ（２００μｌ）を混合した後、紫外光（中心波長：３６５ｎｍ、強度：１０ｍＷ／ｃｍ２）を１０分間照射し、光還元法を生じさせることにより生成される、白金ナノ粒子が分散したコロイド溶液を使用した。
【０１２０】
また、ＰＡＨはＡｌｄｒｉｃｈ社製「製品名」を使用した。そして、０．５ｍｏｌ／ｌの塩化ナトリウム水溶液を加え、ＰＡＨの含有量が１ｍｇ／ｍｌとなるように濃度を調整して使用した。また、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）はＡｌｄｒｉｃｈ社製「製品名」を使用した。そして、９０体積％のメタノール水溶液を加え、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）の含有量が１ｍｇ／ｍｌとなるように濃度を調整して使用した。
【０１２１】
また、Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標）はティーエーケミカル株式会社製「製品名」を使用した。そして０．５ｍｏｌ／ｌの塩化ナトリウム水溶液を加え、Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標）の含有量が１ｍｇ／ｍｌとなるように濃度を調整して使用した。
【０１２２】
３．薄膜電気化学素子１００作成手順概略
【０１２３】
次に、薄膜電気化学素子１００の作成手順の概略について、図４〜図７を参照して説明する。図４は、バイコールガラス１に第一伝導層形成する際の前処理工程を示す模式図であり、図５は、第一伝導層形成工程終了後、各層（プライマー層３〜第二伝導層７）を積層する際の前処理工程を示す模式図であり、図６はプライマー層３〜第二伝導層７を積層させる積層工程を示す模式図であり、図７は電極リード線２１及び２２を接続する工程を示す模式図である。
【０１２４】
はじめに、図４を参照して、バイコールガラス１に対する前処理工程について説明する。図４に示すように、はじめに、電極リード線２２を接続する場合に電極リード線２１と短絡してしまうことを防止するために、バイコールガラス１の一部分にマスキングテープ４１（日東電工社製熱剥離シート「リバアルファ」）を貼付し、貼付部分に第一伝導層２が積層されないようにした。
【０１２５】
図４に示すように、第一伝導層形成工程では、一部分にマスキングテープ４１が貼付された状態のバイコールガラス１に第一伝導層２を形成させた。積層方法としてスパッタリング法を採用し、金からなる第一伝導層２をバイコールガラス１の表面に形成させた。
【０１２６】
次いで図５に示すように、前処理工程にて貼付したマスキングテープ４１を剥離した。次いで、形成させた第一伝導層２に電極リード線２１を接続するため、第一伝導層２の一部分にマスキングテープ４２（日東電工社製熱剥離シート「リバアルファ」）を貼付し、貼付部分に他の層が積層されないようにした。
【０１２７】
次に、図６を参照し、プライマー層３〜第二伝導層７を積層させる積層工程について説明する。図６に示すように、積層工程では、上述したプライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、及び第二伝導層７を、第一伝導層２の上側に順次積層させた。
【０１２８】
プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、及び第二伝導層７の積層方法としては、スピンコート法を採用した。スピンコーターに第一伝導層２が積層された状態のバイコールガラス１をセットし、回転数を２０００〜３０００ｒｐｍに設定してバイコールガラス１を回転させた状態で、上方から上述の調整試薬を順次滴下することにより、各層を形成させた。
【０１２９】
調整試薬の滴下は１滴ずつ行った。また滴下後、直ぐにイオン交換水を数滴滴下することにより余分な試薬を除去した。そしてイオン交換水滴下後、直ぐに次層を構成する試薬を１滴滴下した。この工程を、所望の層数分繰り返すことにより、プライマー３（プライマーカチオン（ＰＤＤＡ）とプライマーアニオン（ＰＳＳ）とを交互に４層ずつ）、第一の電極４（第一の電極カチオン（酸化チタンコロイド）と第一の電極アニオン（Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標））とを交互に４層ずつ）、電解質層５（電解質カチオン（ＰＡＨ）と電解質アニオン（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標））とを交互に１０層ずつ）、第二の電極６（第二の電極カチオン（ＰＤＤＡ）と第二の電極アニオン（白金コロイド）とを交互に４層ずつ）を順次積層させた。さらに、その上に第二伝導層７（Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標）の単層）を積層した。
【０１３０】
これにより、カチオン性物質及びアニオン性物質からなる層厚が１００〜１５０ｎｍ程度の透明な層を形成させた。ちなみに、構成物質１分子は、ＰＤＤＡ、ＰＳＳ、ＰＡＨ：約１ｎｍ、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）：約５〜１０ｎｍ程度の層厚をそれぞれ有する。
【０１３１】
次に、図７を参照して、電極リード線２１及び２２の接続工程について説明する。この工程では、図７に示すように、第一伝導層２上に貼付された状態のマスキングテープ４２を剥離し、第一伝導層２の剥離部分に銅製のワイヤーを銀ペーストにより固定し、電極リード線２１とした。また、最上層の第二伝導層７における、前処理工程においてマスキングテープを貼付した部分に相当する部分（マスキングテープ４１の貼付け部分）に、同様に銅製のワイヤーを銀ペーストにより固定し、電極リード線２２とした。以上の工程を経て、薄膜電気化学素子１００を作成した。作成した薄膜電気化学素子１００の積層方向の厚さは１００〜１５０ｎｍのオーダーとなり、従来の電気化学素子の積層方向の厚さ（数百μｍ）と比較して非常に薄い電気化学素子を作成することが可能であることがわかった。
４．評価方法及び評価条件
【０１３２】
次に、作成した薄膜電気化学素子１００の評価方法について説明する。作成した薄膜電気化学素子１００について、開回路電圧測定を行い、作成した薄膜電気化学素子１００における負荷をかけていない状態での電極リード線２１と電極リード線２２との間の電圧を測定した。
【０１３３】
開回路電圧を測定する測定器としては、Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ社製ポテンショ・ガルバノスタット「１２８７」を使用した。そして、有機物としてメタノールを供給した条件で開回路電圧を測定し、さらに、負荷をかけた場合の起電力を測定して薄膜電気化学素子１００の電池特性を評価した。有機物としてメタノールを供給する場合には、２０体積％のメタノール水溶液を調整し、調整したメタノール水溶液を、シリンジを使用してバイコールガラス１の下側に供給した。いずれの測定の際にも、第一の電極４の光触媒機能を発現させるための作用光としては、紫外光（中心波長：３６５ｎｍ）を上部（図７の矢印３１の方向）から照射した。
【０１３４】
また、作用光としては紫外光を用い、紫外光強度を種々変化させて薄膜電気化学素子１００の出力を測定した。
５．評価結果
【０１３５】
はじめに、開回路電圧の測定結果について、図８及び図９を参照して説明する。図８は、メタノールを供給した場合における電極リード線２１と電極リード線２２との間に発生する開回路電圧の経時変化特性を現わしており、紫外光（中心波長：３６５ｎｍ、強度：３．４ｍＷ／ｃｍ２）を照射すると電圧が発生し、照射を止めると起電力がなくなることを示している。図８中、ＵＶ ＯＮは紫外光の照射を開始したことを示し、ＵＶ ＯＦＦは紫外光の照射を停止したことを示す。図８の横軸は経過時間を示すが、例えば、１１０秒時点で紫外光の照射を開始するとただちに起電力の発生があり、１２０秒の時点で紫外光の照射を停止すると起電力は元のレベルまで低下する。さらに、１３０秒時点で再度紫外光を照射すると起電力が発生し、１０秒後に停止すると起電力は降下する。本発明の光触媒機能の発現と電気化学反応による起電力発生を示している。この結果から作成した薄膜電気化学素子１００が電気化学リアクター（有機物の酸化、分解を行うとともに電力を発生する反応器）として使用可能であることが明らかとなった。
【０１３６】
図９は、紫外光の強度を２０ｍＷ／ｃｍ２とした場合（中心波長：３６５ｎｍ、強度：２０ｍＷ／ｃｍ２）の、図８と同様な起電力発生の様子を示す。横軸は経過時間を示すが、経過時間１０秒時点で紫外光を照射開始するとともに起電力が発生し、２０秒時点で紫外光の照射を停止すると、速やかに起電力が失われることを示している。
【０１３７】
図１０は、開回路ではなく、外部負荷を０．０８Ｖかけた場合の本発明による薄膜電気化学素子の発生電力の結果を示している。
【０１３８】
図１１は、図１０を得た際と同様に外部負荷をかけた条件で、紫外光の強度を変化させ場合の発生電力の変化を示している。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】薄膜電気化学素子１００の断面構成を示す模式図である。
【図２】薄膜電気化学素子１００の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】作成した薄膜電気化学素子１００の断面構成を示す模式図である。
【図４】バイコールガラス１に対する前処理工程を示す模式図である。
【図５】第一伝導層２に対する前処理工程を示す模式図である。
【図６】プライマー層３〜第二伝導層７を積層させる積層工程を示す模式図である。
【図７】電極リード線２１及び２２を接続する工程を示す模式図である。
【図８】薄膜電気化学素子１００にメタノールを供給した場合における開回路電圧の経時変化特性（その１）である。
【図９】薄膜電気化学素子１００にメタノールを供給した場合における開回路電圧の経時変化特性（その２）である。
【図１０】外部負荷をかけた条件での電力発生を示す。
【図１１】作用光（紫外光）の強度変化に伴う電力発生特性を示す。
【符号の説明】
【０１４０】
１ バイコールガラス
２ 第一伝導層
３ プライマー層
４ 第一の電極
５ 電解質層
６ 第二の電極
７ 第二伝導層
【技術分野】
【０００１】
本発明は光触媒反応を利用した薄膜電気化学素子及びその製造方法に関する。そしてより詳細には、積層構造を有する電解質層、電極層、及び電子伝導層を備えた薄膜電気化学素子、及びこれらの構造を形成させ薄膜電気化学素子を作成する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から光触媒によって有機物を酸化、分解することが可能であることは知られているが、光触媒により有機物を分解するとともに、当該反応により生成する電子もしくはプロトンを利用して発電を行う、いわゆる薄膜電気化学素子は知られていない。すなわち、このような薄膜電気化学素子を実現すれば、例えば太陽光を利用して工業排水や家庭排水などを分解無害化するとともに反応により生成する電子もしくはプロトンを利用して発電することも可能になる。
【０００３】
光触媒活性を有する材料としては、酸化チタンが知られている。酸化チタンは紫外光を照射することで、電子が伝導体から価電子帯に励起され、ホールが生成する。このホールは酸化力が強く、有機物から電子を引き抜く（すなわち、有機物を酸化・分解する）作用がある。しかしながら、この際生成する電子もしくはプロトンを利用して発電を行うためには、光触媒に作用光が到達してホールが生成し、作用対象の有機物が前記ホールと接触して酸化、分解し、かつその際生成する電子ならびにプロトンを輸送する手段を備えていなければならない。このような条件をすべて満たすためには、プロトンの輸送を行う電解質膜を、光触媒に光が到達できるほどに薄くする必要があるが、このような薄膜電気化学素子は知られていない。また、電解質基材（アニオン性物質）とポリカチオン（カチオン性物質）を交互に積層して得られる極めて薄い膜から構成される電解質層を構成要素とする薄膜電気化学素子も知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、均一の膜厚を保持しつつ電解質膜や電極膜を光が透過できるほどに薄膜化することは非常に難易度が高い。また、電解質膜や電極膜の薄膜化により、これらの膜が基材基板や他層から剥がれ易くなってしまう。これらの要因で、有機物を分解し、かつ発電する薄膜電気化学素子は実現されていなかった。
【０００５】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、電解質や電極を安定な状態で薄膜化した薄膜電気化学素子、及び電解質層や電極層を安定な状態で薄膜化することが可能な薄膜電気化学素子製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するために、請求項１に係る発明の薄膜電気化学素子は、光触媒活性を有している第一の電極と、酸素を還元する機能を有している第二の電極と、イオン伝導性を有する電解質層とを少なくとも備えており、前記第一の電極と前記第二の電極とが前記電解質層を介して対向配置された構成を有する。
【０００７】
また、請求項２に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記電解質層はアニオン性物質とカチオン性物質とが交互に積層した構造を有していることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項２に記載の発明の構成に加えて、前記電解質層を構成する前記アニオン性物質はアニオン性高分子であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項２乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記電解質層を構成する前記カチオン性物質はカチオン性高分子であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項３乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記アニオン性高分子は、スルホ基（−ＳＯ３Ｈ）もしくはホスホ基（−ＰＯ（ＯＨ）２）のうち、少なくとも一方を備えた高分子電解質であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項４乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記カチオン性高分子は、第１級アミン塩、第２級アミン塩、第３級アミン塩、及び第４級アンモニウム塩のうちいずれかであることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第一の電極は、アニオン性物質と、光触媒活性を有しているカチオン性物質とが交互に積層した構造を有していることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項７に記載の発明の構成に加えて、前記第一の電極を構成する前記光触媒活性を有しているカチオン性物質は、酸化チタンもしくは酸化チタンを含む基材であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項９に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項７又は８の発明の構成に加えて、前記第一の電極を構成する前記アニオン性物質は、オキシチオフェン系の高分子であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項１０に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第二の電極は、酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質と、カチオン性物質とが交互に積層した構造を有していることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１１に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１０に記載の発明の構成に加えて、前記第二の電極を構成する酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質は、白金微粒子もしくは白金微粒子を含む基材であることを特徴とする請求項１０に記載の薄膜電気化学素子。
【００１７】
また、請求項１２に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１０又は１１のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第二の電極を構成するカチオン性物質は、請求項６に記載のカチオン性高分子であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１３に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第一の電極における前記電解質層と接する面の反対側の面に、電子伝導層である第一伝導層が積層されていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１４に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１３に記載の発明の構成に加えて、前記第一伝導層は、オキシチオフェン系の高分子もしくは金属の薄膜で構成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１５に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１乃至１４のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第二の電極における前記電解質層と接する面の反対側の面に、電子伝導層である第二伝導層が積層されていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１６に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１５に記載の発明の構成に加えて、前記第二伝導層は、オキシチオフェン系の高分子で構成されていることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１７に係る発明の薄膜電気化学素子は、請求項１３乃至１６のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第一伝導層は、多孔質性基材基板の表面に積層されており、前記第一伝導層における前記第一の電極と接する面の反対側の面にて、当該第一伝導層と前記基材基板とが接していることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１８に係る発明の薄膜電気化学素子製造方法は、多孔質性基材基板上に電子伝導層である第一伝導層を形成させる工程と、当該電子伝導層である第一伝導層を形成させる工程にて形成された第一伝導層面に前記第一の電極を形成する工程と、当該第一の電極を形成する工程にて形成された第一の電極面上に電解質層を形成する工程と、当該電解質層を形成する工程にて形成された電解質層面上に前記第二の電極を形成する工程と、当該第二の電極を形成する工程にて形成された第二の電極面上に電子伝導層である第二伝導層を形成させる工程を備えている。
【００２４】
また、請求項１９に係る発明の薄膜電気化学素子製造方法は、請求項１８に記載の発明の構成に加えて、前記第一の電極を形成する工程がアニオン性物質と、光触媒活性を有しているカチオン性物質とを交互に積層する工程を備えている。
【００２５】
また、請求項２０に係る発明の薄膜電気化学素子製造方法は、請求項１８又は１９のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記電解質層を形成する工程がアニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層する工程を備えている。
【００２６】
また、請求項２１に係る発明の薄膜電気化学素子製造方法は、請求項１８乃至２０のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第二の電極を形成する工程が酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質と、カチオン性物質とを交互に積層する工程備えている。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１に記載の薄膜電気化学素子では、イオン伝導性を有する電解質層を挟んで、電極を対抗配置し、一方の電極が光触媒活性を有する電極、他方が酸素を還元する機能を有している電極とすることで、光の作用を利用して有機物を酸化、分解するとともに、当該反応により生成する電子もしくはプロトンを利用して発電を行う、いわゆる、薄膜電気化学素子を構成することが可能となる。
【００２８】
また、請求項２に係る発明の薄膜電気化学素子では、電解質層を積層構造とすることにより、膜厚が均一で薄い層を形成させることが可能となる。これにより、プロトンが電解質内を拡散する場合における拡散抵抗率を小さくすることが可能となり、出力の大きな電気化学素子を作成することが可能となる。また、相互に親和性の高いアニオン性物質とカチオン性物質とを積層した構造とすることにより、剥離しにくく安定な電解質層を形成させることが可能となる。また薄膜化により、作用光の透過が容易になり、かつ電解質層に使用される材料の使用量を抑制することができるので、安価に電気化学素子を作成することが可能となる。さらに、電気化学素子全体の構成を小型化することが可能となる。
【００２９】
また、請求項３に係る発明の薄膜電気化学素子では、アニオン性物質としてアニオン性高分子を採用することにより、水分とか溶剤成分のある環境でも溶け出さない、より安定な薄膜を形成することが可能となる。
【００３０】
また、請求項４に係る発明の薄膜電気化学素子では、カチオン性物質としてカチオン性高分子を採用することにより、水分とか溶剤成分のある環境でも溶け出さない、より安定な薄膜を形成することが可能となる。さらに、相互に親和性の高いアニオン性高分子とカチオン性高分子とを積層した構造とすることにより、剥離しにくく安定な電解質層を形成させることが可能となる。
【００３１】
また、請求項５に係る発明の薄膜電気化学素子では、スルホ基（ＳＯ３Ｈ）やホスホ基（ＰＯ（ＯＨ）２）を備えた高分子は負に帯電するアニオン性であるので、積層構造とした状態にてカチオン性物質との親和性が強く、カチオン性物質と良好に吸着する。これにより、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、さらに均一膜厚で安定な薄膜電解層とすることが可能となる。
【００３２】
また、請求項６に係る発明の薄膜電気化学素子では、アミン塩もしくはアンモニウム塩を有する高分子は正に帯電するカチオン性であるので、積層構造とした状態にてアニオン性物質との親和性が強く、アニオン性物質と良好に吸着する。これにより、請求項４又は５のいずれかに記載の発明の効果に加えて、さらに均一膜厚で安定な電解質層薄膜とすることが可能となる。
【００３３】
また、請求項７に係る発明の薄膜電気化学素子では、第一の電極を積層構造とすることにより、膜厚が均一で薄い電極を形成させることが可能となる。また、相互に親和性の高いアニオン性物質とカチオン性物質とを積層した構造とすることにより、剥離しにくく安定な電極層を形成させることが可能となる。また薄膜化により、電極層に使用される高分子の使用量を抑制することが可能となるので、安価に電気化学素子を作成することが可能となる。さらに、電気化学素子全体の構成を薄膜化することが可能となる。
【００３４】
また、請求項８に係る発明の薄膜電気化学素子では、第一の電極を構成する前記カチオン性物質を、酸化チタンもしくは酸化チタンを含む基材とすることでさらに好ましい光触媒活性を有する電極が構成され、光の作用を利用して有機物を酸化、分解するとともに、反応により生成する電子もしくはプロトンを利用して発電を行ういわゆる薄膜電気化学素子が構成することが可能となる。
【００３５】
また、請求項９に係る発明の薄膜電気化学素子では、第一の電極を構成するアニオン性物質をオキシチオフェン系の高分子とすることで、請求項７又は８のいずれかに記載の発明の効果に加えて、さらに安定な前記第一の電極を有する薄膜電気化学素子を構成することができる。
【００３６】
また、請求項１０に係る発明の薄膜電気化学素子は、第二の電極を積層構造とすることにより、膜厚が均一で薄い第二の電極を形成させることが可能となる。また、相互に親和性の高いアニオン性物質とカチオン性物質とを積層した構造とすることにより、剥離しにくく安定な電極層を形成させることが可能となるとともに、第二の電極の薄膜化により、作用光の透過が可能となるとともに、電極層に使用される電極物質の使用量を抑制することができるので、安価に電気化学素子を作成することが可能となる。さらに、電気化学素子全体の構成を薄膜化することが可能となる。
【００３７】
また、請求項１１に係る発明の薄膜電気化学素子では、第二の電極を構成する前記アニオン性物質を、白金微粒子もしくは白金微粒子を含む基材とすることでさらに好ましい酸素を還元する機能を有している電極が構成され、光の作用を利用して有機物を酸化、分解するとともに、反応により生成する電子もしくはプロトンを利用して発電を行ういわゆる薄膜電気化学素子を構成することが可能となる。
【００３８】
また、請求項１２に係る発明の薄膜電気化学素子では、アミン塩もしくはアンモニウム塩高分子は正に帯電するカチオン性であるので、積層構造とした状態にてアニオン性物質との親和性が強く、アニオン性物質と良好に吸着する。これにより、請求項１０又は１１のいずれかに記載の発明の効果に加えて、さらに均一膜厚で安定な第二の電極を構成することが可能となる。
【００３９】
また、請求項１３に係る発明の薄膜電気化学素子では、第一の電極に電子伝導層（第一伝導層）を隣接させて配置することにより、第一の電極と電子伝導層（第一伝導層）との間の電子の授受を促進させる。これにより、請求項１乃至１２に記載の発明の効果に加えて、薄膜電気化学素子の発電効率をさらに高めることが可能となる。
【００４０】
また、請求項１４に係る発明の薄膜電気化学素子では、電子伝導層である第一伝導層をオキシチオフェン系の高分子もしくは金属の薄膜で構成することにより、請求項１３に記載の発明の効果の中でも、とくに好ましい薄膜電気化学素子を構成することが可能となる。
【００４１】
また、請求項１５に係る発明の薄膜電気化学素子では、第二の電極に電子伝導層（第二伝導層）を隣接させて配置することにより、第二の電極と電子伝導層（第二伝導層）との間の電子の授受を促進させる。これにより、請求項１又は１４に記載の発明の効果に加えて、さらに薄膜電気化学素子の発電効率を高めることが可能となる。
【００４２】
また、請求項１６に係る発明の薄膜電気化学素子では、電子伝導層である第二伝導層をオキシチオフェン系の高分子で構成することにより、請求項１５に記載の発明の効果の中でも、とくに好ましい薄膜電気化学素子を構成することが可能となる。
【００４３】
また、請求項１７に係る発明の薄膜電気化学素子では、前記第一伝導層は、多孔質性基材基板の表面に積層されており、前記第一伝導層における前記第一の電極と接する面の反対側の面にて、当該第一伝導層と前記基材基板とが接している。この工夫により、請求項１３乃至１６のいずれかに記載の発明の構成に加えて、第一の電極及び電解質層を基材基板上に積層した状態で、基材基板を透して第一の電極に有機物を供給して酸化、分解反応を生じさせることが可能となり、かつその際生成する電子ならびにプロトンの働きのより電極（第一の電極、第二の電極）間に電圧を発生させることが可能となる。
【００４４】
また、請求項１８に係る発明の薄膜電気化学素子製造方法では、多孔質性基材基板上に電子伝導層である第一伝導層と、光触媒活性を有している第一の電極と、電解質層と、酸素を還元する機能を有している第二の電極と、第二伝導層とを形成させることにより、光の作用を利用して、当該多孔質性基材基板を透過して供給された有機物の酸化、分解反応を生じさせることが可能となり、かつその際生成する電子ならびにプロトンの働きにより電極（第一の電極、第二の電極）間に電圧を発生させることが可能となる。すなわち、電気化学素子の作成が可能となる。
【００４５】
また、請求項１９に係る発明の薄膜電気化学素子では、請求項１８に記載の発明の構成に加えて、アニオン性物質と、光触媒機能を有するカチオン性物質とを積層させて第一の電極を形成させる。このように、第一の電極を積層構造とすることにより、膜厚が均一で薄い電極層を形成させることが可能となる。これにより、有機物の酸化、分解機能を有し、かつ電極自体の薄膜化が計られることとなり、出力の大きな薄膜電気化学素子を作成することが可能となる。また、第一の電極を相互に親和性の高いアニオン性物質とカチオン性物質とを積層した構造とすることにより、剥離しにくく安定な電極を形成させることが可能となる。また薄膜化により、第一の電極に使用される材料の使用量を抑制することが可能となるので、安価に電気化学素子を作成することが可能となる。さらに、電気化学素子全体の構成を小型化することが可能となる。
【００４６】
また、請求項２０に係る発明の薄膜電気化学素子では、アニオン性物質とカチオン性物質とを積層させて電解質層を形成させる。このように、電解質層を積層構造とすることにより、膜厚が均一で薄い層を形成させることが可能となる。これにより、プロトンが電解質内を拡散する場合における拡散抵抗率を小さくすることが可能となり、出力の大きな電気化学素子を作成することが可能となる。また、相互に親和性の高いアニオン性物質とカチオン性物質とを積層した構造とすることにより、剥離しにくく安定な電解質層を形成させることが可能となる。また薄膜化により、電解質層に使用される材料の使用量を抑制することが可能となるので、安価に燃料電池を作成することが可能となる。さらに、電気化学素子全体の構成を小型化することが可能となる。
【００４７】
また、請求項２１に係る発明の薄膜電気化学素子では、酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質と、カチオン性物質とを積層させて第二の電極を形成させる。このように、第二の電極を積層構造とすることにより、膜厚が均一で薄い電極を形成させることが可能となる。また薄膜化により、作用光の透過が可能となるとともに、第二の電極に使用される材料の使用量を抑制することができるので、安価に電気化学素子を作成することが可能となる。さらに電気化学素子全体の構成を小型化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明を具体化した薄膜電気化学素子１００、及び、薄膜電気化学素子製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、これらの図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものであり、記載されている内容は、特に特定的な記載がない限り、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。
【００４９】
はじめに、図１を参照し、薄膜電気化学素子１００の構成について説明する。図１は、薄膜電気化学素子１００の構成を示す模式図である。
【００５０】
図１に示すように、薄膜電気化学素子１００は、バイコールガラス１と、バイコールガラス１の表面に形成された電子伝導層である第一伝導層２と、プライマー層３と、第一の電極４と、電解質層５と、第二の電極６と、電子伝導層である第二伝導層７から構成されている。そしてこれらは、バイコールガラス１の表面に形成された第一伝導層２における、バイコールガラス１と接する面の反対側面にプライマー層３が積層され、プライマー層３における第一伝導層２と接する面の反対側面に第一の電極４が積層され、第一の電極４におけるプライマー層３と接する面の反対側面に電解質層５が積層され、電解質層５における第一の電極４と接する面の反対側面に第二の電極６が積層され、第二の電極６における電解質層５と接する面の反対側面に第二伝導層７が積層された状態となっている。
【００５１】
また、第一伝導層２と第二伝導層７には、電極リード線２１及び２２がそれぞれ接続されている。そして、電極リード線２１における第一伝導層２と接続する側の反対側端、及び電極リード線２２における第二伝導層７と接続する側の反対側端には、負荷２３が接続される。そして、薄膜電気化学素子１００にて電気化学反応を生じさせることにより、電極リード線２１及び２２を介し、第一伝導層２から第二伝導層７に向けて電子を流すことが可能となる。これにより、負荷２３に電流を通流させることが可能となっている。
【００５２】
バイコールガラス１は、各層（第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）を支持するとともに、薄膜電気化学素子１００本体に強度を持たせるための基材基板として使用される。また、バイコールガラス１は、多孔質性を備えており、気体や液体を透過させることが可能となっている。外部から有機物を、矢印３２方向からバイコールガラス１を透過させて供給するとともに、矢印３１方向から太陽光もしくは紫外光を照射し、第一の電極４、電解質層５、及び第二の電極６において当該有機物の酸化、分解とそれに伴う電気化学反応を生じさせることが可能となっている（詳細は後述する）。
【００５３】
なお、本実施の形態では、上述の各層（第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６）を構成する材料としてカチオン性物質及びアニオン性物質を使用する（詳細は後述する）。ここでカチオン性物質とは、正電荷を有する物質を示し、アニオン性物質とは、負電荷を有する物質を示している。そして、アニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層させることにより、バイコールガラス１上に安定的に上述の各層を形成させることを可能としている。また、バイコールガラス１をプラス又はマイナスに帯電させた状態で各層を積層させることにより、各層をバイコールガラス１に対して強固に密着させることが可能としている。
【００５４】
バイコールガラス１としては、多孔質性を有し、気体や液体を透過させることが可能な材料であれば特に限定されず、従来周知の材料が使用可能である。例えば、炭素微粒子（カーボンブラック）に疎水性バインダー粒子（フッ素樹脂粉末）を混合し、これをホットプレスして多孔質状に作製された基材基板が使用される。なおこのように作製された材料基板はマイナイスに帯電しやすい特性を有する。
【００５５】
また、バイコールガラス１として、多孔質ステンレスや多孔質ステンレス管を使用することが可能である。なおこれらの材料を使用することにより、第一伝導層２を省略することが可能となる。
【００５６】
バイコールガラス１の表面には、第一伝導層２が形成される。第一伝導層２は、電気化学反応により第一の電極４より発生する電流を集電し、外部に取り出し易くするために設けられる電子伝導層である。第一伝導層２は、外部に電子を取り出す場合における電子の通流障壁を下げる働きを有するため、電子を取り出すための電極が接続された場合に、効率よく電子を電極に受け渡すことができる。また、第二伝導層７は、第二の電極６において電気化学反応を生じさせるために外部から電子が供給される場合において、電子を供給し易くするために設けられる電子伝導層である。第二伝導層７は、外部から電子が供給される場合における電子の通流障壁を下げる働きを有するため、電子を供給する為の電極が接続された場合に、効率よく電子を第二の電極６に受け渡すことができる。
【００５７】
第一伝導層２を構成する材料については、電子伝導性を有している材料であれば特に限定されず、従来周知の材料が使用可能である。例えば、金やＢａｙｔｒｏｎ（登録商標）が使用可能である。また、第一伝導層２の積層方法としては、使用する電子伝導性材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の方法が使用可能である。例えば、スパッタリング、イオンプレーティングなどの真空蒸着法やディップコート法、スピンコート法が使用可能である。
【００５８】
なお図１においては、電極リード線２１及び２２は第一伝導層２及び第二伝導層７に接続された構成となっているが、本発明はこの構成に限定されない。上述の多孔質ステンレスや多孔質ステンレス管ように、バイコールガラス１の材質が電子伝導性を有している場合には、バイコールガラス１に電極リード線２１を接続した構成であっても、効率よく電子を通流させ、負荷に電流を流すことが可能となる。
【００５９】
プライマー層３は、第一伝導層２と第一の電極４の密着性が良くない場合に設けられ、両層のつなぎ役を果たすとともに、隣接して積層される第一の電極４を均一層厚にて平滑に交互積層させることを可能とするための下地として設けられている。プライマー層３は電子伝導性を有しており、前述のように、アニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層させた構成となっている。
【００６０】
プライマー層３を構成する材料については、第一伝導層２と第一の電極４との両層との密着性がよく、電子伝導性があり、表面に積層されることにより平滑な表面を形成させることが可能な材料が使用可能である。例えば、カチオン性物質であるポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ＰＤＤＡ）や、アニオン性物質であるポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）が使用可能である。なお、隣接する層（第一伝導層２、第一の電極４）の有する帯電極性と反対極性を有する物質をプライマー層３として使用することにより、双方の間には引き合う方向に静電気的な力が作用する。このため、隣接層と強固に密着したプライマー層３を形成させることが可能となる。また、上述の物質を複数使用し、アニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層させてもよい。カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層することにより、双方の層の間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、層間が強固に密着し、且つ欠損部のないプライマー層３を形成させることが可能となる。また、プライマー層３の積層方法としては、プライマー層３として使用する材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の方法が使用可能である。例えば、ディップコート法やスピンコート法が使用可能である。
【００６１】
第一伝導層２は、隣接する第一の電極４で発生する電子が流れる場合における通流障壁を下げる役割を担う層である。第一の電極４において発生する電子を、プライマー３を介して集電し、接続する電極リード線２１経由で外部に取り出し易くするために設けられる。図１に示す構成では、第一の電極４にて発生し、第一伝導層２にて集電された電子は、第一伝導層２に取り付けられた電極リード線２１を介して外部に流れ、負荷２３に供給される。
【００６２】
第一伝導層２を構成する材料については、電子伝導性を有している材料であれば特に限定されず、従来周知の材料が使用可能である。金属、例えば金をスパッタリングで蒸着したものとか、カチオン性物質であるＰＤＤＡや、アニオン性物質であるＢａｙｔｒｏｎ（登録商標）が使用可能である。なお、隣接する層（バイコールガラス１、プライマー層３など）の有する帯電極性と反対極性を有する物質を使用することにより、双方の間には引き合う方向に静電気的な力が作用する。このため、隣接層と強固に密着した第一伝導層４を形成させることが可能となる。またこれらの物質を複数使用し、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層させてもよい。アニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層することにより、双方の層の間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、層間が強固に密着、且つ欠損部のない第一伝導層２を形成させることが可能となる。また、第一伝導層２の積層方法としては、第一伝導層２として使用する材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の方法が使用される。例えば、ディップコート法やスピンコート法が使用可能である。
【００６３】
第一の電極４は光触媒活性を有しており、上部から（矢印３１の方向）照射される光の作用により発現する光触媒機能を利用して、バイコールガラス１を透過して供給される有機物もしくは水素を酸化、分解し、プロトンならびに電子とを生成するために設けられる。図１に示す構成では、生成した電子は、第一伝導層２にて集電され、電極リード線２１を介して外部に取り出される。また、生成したプロトンは、電解質層５を透過して第二の電極６に伝達される。
【００６４】
第一の電極４を構成する材料としては、光触媒活性を有している従来周知の材料が使用可能である。例えば、チタン化合物、好ましくは酸化チタンが使われるが、酸化チタンの形態としては無機チタン化合物でも有機チタン化合物でもよい。また、酸化チタンはカチオン性物質であるので、従来周知のアニオン性物質と組み合わせることで積層構造とするが可能である。カチオン性物質としてはオキシチオフェン系の高分子、例えば、Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標）が使用可能である。なお、隣接する層（プライマー３、電解質層５など）の有する帯電極性と反対極性を有する物質を使用することにより、双方の間には引き合う方向に静電気的な力が作用する。このため、隣接層と強固に密着した第一の電極４を形成させることが可能となる。また、酸化チタン（カチオン性物質）とアニオン性物質とを交互に積層させることにより、双方の層の間には引き合う方向に力が作用するため、層間が強固に密着し、且つ欠損部の第一の電極４を形成させることが可能となる。また、第一の電極４の積層方法としては、第一の電極４として使用する材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の方法が使用される。例えば、ディップコート法やスピンコート法が使用可能である。
【００６５】
電解質層５は、第一の電極４にて生成したプロトンを第二の電極に伝達させるとともに、有機物と酸化剤（例えば、酸素）とが混ざり合わないように隔離するために設けられる。なお、電解質層５の一部に欠損等が存在していると、第一の電極４と第二の電極６との間で短絡現象が発生し、電池として作用しなくなってしまう。ここで本実施の形態では、電解質層５はカチオン性物質とアニオン性物質とを積層させた積層構造を有している。これにより、電解質層５を薄膜化させた場合であっても、欠損部の発生を防止することが可能となり、薄膜電気化学素子１００の短絡発生を防止することが可能となる。
【００６６】
電解質層５を構成する材料については、カチオン性物質とアニオン性物質とが使用される。例えば、カチオン性物質としてはポリアリルアミンハイドロクロリド（ＰＡＨ）が使用可能であり、アニオン性物質としてはＮａｆｉｏｎ（登録商標）が使用可能である。カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層することにより、双方の層の間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、強固に密着し、且つ、欠損部のない電解質層５を形成させることが可能となる。なお、カチオン性物質としては、第１級アミン塩、第２級アミン塩、第３級アミン塩、及び第４級アンモニウム塩のいずれかであることが好ましい。これらの基は、正に帯電するカチオン性を有しているので、積層構造とした場合にアニオン性物質との親和性が強いためである。また、アニオン性物質としては、スルホ基（ＳＯ３Ｈ）やホスホ基（ＰＯ（ＯＨ）２）を有していることが好ましい。これらの基は、負に帯電するアニオン性を有しているので、積層構造とした場合にカチオン性物質との親和性が強いためである。これらの物質を使用することにより、より強固に密着し、欠損部のない電解質層５を形成させることが可能となる。
【００６７】
また、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層する場合における積層方法は、電解質層５として使用する材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の積層方法が使用可能である。例えば、ディップコート法やスピンコート法が使用可能である。
【００６８】
第二の電極６は、第一の電極４にて生成し、電解質層５を透過することにより第二の電極６の近傍に到達したプロトンと、外部より供給される酸化剤（例えば、酸素）と、電極リード線２２より供給される電子とから水を生成させるために設けられている。生成された水は外部に排出される。
【００６９】
第二の電極６を構成する材料としては、電気化学素子の電極触媒として使用される従来周知の材料が使用可能である。例えば、白金や、カーボンブラックに白金粒子を担持させたカーボン担持白金が使用可能である。また、積層構造とする際のカチオン性物質及びアニオン性物質として従来周知の材料が使用可能である。例えば、カチオン性物質としてはＰＤＤＡが使用可能であり、アニオン性物質としては白金コロイドが使用可能である。なお、隣接する層（電解質層５、第二伝導層７など）の有する帯電極性と反対極性を有する物質を使用することにより、双方の間には引き合う方向に静電気的な力が作用する。このため、隣接層と強固に密着した第二の電極６を形成させることが可能となる。また、これらの物質を複数使用し、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層させることにより、双方の層の間には引き合う方向に力が作用するため、層間が強固に密着し、且つ欠損部のない第二の電極６を形成させることが可能となる。また、第二の電極６の積層方法としては、第二の電極６として使用する材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の方法が使用される。例えば、ディップコート法やスピンコート法が使用可能である。
【００７０】
第二伝導層７は、電極リード線２２を介して流れ込む電子を、第二伝導層７に隣接する第二の電極６へ流す場合における電子の通流障壁を下げる役割を担う層であり、電子の第二の電極６への流入を促進するために設けられている。これにより、電極リード線２１より負荷２３を経由して電極リード線２２に流れ込む電子は、第二伝導層７を経由して第二の電極６に供給される。
【００７１】
第二伝導層７を構成する材料については、電子伝導性を有している材料であれば特に限定されず、従来周知の材料が使用可能である。例えば、カチオン性物質であるＰＤＤＡや、アニオン性物質であるオキシチオフェン系の高分子、例えばＢａｙｔｒｏｎ（登録商標）が使用可能である。なお、隣接する層（第二の電極６）の有する帯電極性と反対極性を有する物質を使用することにより、双方の間には引き合う方向に静電気的な力が作用する。このため、隣接層と強固に密着した第二伝導層７を形成させることが可能となる。またこれらの物質を複数使用し、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層させてもよい。アニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層することにより、双方の層の間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、層間が強固に密着し、且つ欠損部のない第二伝導層７を形成させることが可能となる。また、第二伝導層７の積層方法としては、第二伝導層７として使用する材料を薄膜化して積層することが可能であれば特に限定されず、従来周知の方法が使用される。例えば、ディップコート法やスピンコート法が使用可能である。
【００７２】
次に、上述にて説明した薄膜電気化学素子１００の駆動原理について、図１を参照して概説する。薄膜電気化学素子１００にて電気化学反応を生じさせ、起電力を生じさせるために、はじめに、バイコールガラス１における上述の各層（第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）が積層される側と反対側面（矢印３２の方向）より、有機物が供給される。また、矢印３１の方向から太陽光もしくは紫外光と、酸化剤（例えば、酸素）が供給される。
【００７３】
すると、バイコールガラス１に供給された有機物は、バイコールガラス１を透過し、さらに第一伝導層２、プライマー層３をも浸透し、第一の電極４に到達する。そして、第一の電極４にて有機物は、上方（矢印３１の方向）から到達する光の作用と、光触媒活性を有している第一の電極４の光触媒機能により酸化、分解され、プロトンと電子とが生成する。
【００７４】
生成した電子は、第一伝導層２を経由し、第一伝導層２に接続された状態の電極リード線２１を介して外部に取り出される。取り出された電子は、接続された状態の負荷２３に供給された後、電極リード線２２へと流れ込む。また、生成したプロトンは、電解質層５を浸透し、第二の電極６に到達する。
【００７５】
第二の電極６には、電極リード線２２より流れ込んだ電子が、第二伝導層７を経由して供給される。また、酸化剤（例えば、酸素）が、第二伝導層７を透過して、第二の電極６に到達する。そして、第二の電極６において、プロトンと電子と酸化剤とが反応し、水が生成する。生成した水は、第二伝導層７を経由し、外部に排出される。
【００７６】
以上のような光触媒機能と電気化学反応とを組み合わせたプロセスを薄膜電気化学素子１００内にて生じさせることにより、薄膜電気化学素子１００は、有機物を酸化、分解して電気を発生する「電気化学リアクター」として作用し、負荷２３に電流を通流させることが可能となる。なお、図１に示す構成では、取り出せる電圧は理論上約１．２Ｖ程度であるので、本構成を多段とし、直列に接続することにより、大きな電圧を取り出すことが可能となる。
【００７７】
ここで、プロトンが電解質層５を透過する場合における拡散抵抗成分が小さいほど、プロトンの透過により生ずる電圧降下のレベルが小さくなり、より大きな電圧を取り出すことができるため、発電効率が向上する。この拡散抵抗成分は、電解質層５の層厚を薄くすることにより小さくすることが可能となる。ところが、電解質層５の薄膜層を形成させた場合、部分的に欠損部分が発生する可能性が高くなるという問題点がある。ここで電解質層５に欠損部が生じている場合、第一の電極４にて発生した電子が電解質層５を経由して直接第二の電極６に到達してしまう現象が発生し、外部に取り出せる電流が減少して発電効率が減少してしまう。
【００７８】
ところが本発明の薄膜電気化学素子１００は、電解質層５をカチオン性物質とアニオン性物質とを積層させて形成させることにより、従来の電解質層形成方法と比較して層の欠損部の発生を抑制することが可能となる。これにより、第一の電極４と第二の電極６との間の短絡の発生を抑制しつつ、層を薄化することが可能となっている。これにより、プロトンが電解質層５を透過する場合における抵抗成分を小さくすることが可能となるので、電圧降下量を小さく抑え、発電効率を向上させることが可能となっている。
【００７９】
また本発明の薄膜電気化学素子１００では、作用光が第一の電極４へ到達する必要があるが、作用光である太陽光もしくは紫外光が第一の電極４へ到達することができるほどに各層（電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）を薄膜化する必要がある。本発明では、各層（電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）を積層構造とすることで各層（電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）の積算厚みを、光透過が可能である１０乃至１０００ナノメートルとすることによりこの条件をクリアした。
【００８０】
本発明では、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層させることにより、層間に発生する引き合う方向の静電気力により強固に層間を密着させ、剥離しにくい電解質層５を形成させる。これにより、層厚を作用光が透過できるほどまで薄化した状態でも強度的に優れた電解質層５を形成させることが可能となっている。
【００８１】
また本発明は、各層（第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）をカチオン性物質とアニオン性物質とを積層させて形成させることにより、電解質層５と同様、層の欠損部の発生を抑制しつつ全体の層厚を薄化することが可能となっている。このため、薄膜電気化学素子１００全体の積層方向の厚さを抑制することが可能となり、小型化が可能となっている。さらに、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層させ、層間に引き合う方向の静電気力を生じさせることにより、強度に優れた各層（第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）を形成させることが可能となっている。
【００８２】
次に、薄膜電気化学素子１００の製造方法について、図２を参照して説明する。図２は、薄膜電気化学素子１００の製造方法を示すフローチャートである。なお、以下の実施形態においては、マイナスに帯電する特性を有するバイコールガラス１を使用して薄膜電気化学素子１００を製造する場合を想定して説明する。しかしながら、バイコールガラス１の帯電特性はこのような場合に限定されず、プラスに帯電する特性を有するバイコールガラス１を使用して薄膜電気化学素子１００を作成してもかまわない。また、以下の説明においては、図１におけるバイコールガラス１に積層する各層（第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７）が形成される側を上側と定義する。
【００８３】
図２に示すように、薄膜電気化学素子１００を製造する工程では、はじめに、バイコールガラス１の上側に第一伝導層２を形成させる（Ｓ１１）。以下、第一伝導層２をバイコールガラス１の表面に形成させる工程を、「第一伝導層形成工程」という。
【００８４】
次いで、第一伝導層形成工程にてバイコールガラス１の上側に形成させた第一伝導層２の上側に、プライマー層３を積層させる（Ｓ１３、Ｓ１５）。プライマー層３を構成する材料として、カチオン性物質（以下、「プライマーカチオン」という。）とアニオン性物質（以下「プライマーアニオン」という。）との２種類を準備し、其々の物質を交互に積層することによって、プライマー層３を形成させる。以下、プライマー層３を第一伝導層２上に形成させる工程を、「プライマー層形成工程」という。
【００８５】
プライマー層形成工程では、はじめに、バイコールガラス１の帯電極性（マイナス）と反対の極性を有するプライマーカチオンを、第一伝導層２の上側に積層させる（Ｓ１３）。この場合、電子伝導性を有する第一伝導層２の帯電極性はバイコールガラス１と同じになるので、第一伝導層２とプライマーカチオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。次いで、積層されたプライマーカチオンの上側に、プライマーカチオンの極性（プラス）と反対の極性を有するプライマーアニオンを積層させる（Ｓ１５）。この場合、プライマーカチオンとプライマーアニオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。
【００８６】
次いで、Ｓ１３及びＳ１５にて積層させたプライマーカチオンとプライマーアニオンとが、所定の層数分積層されたか否かを判断する（Ｓ１７）。ここで、所定の層数分積層されていない場合には（Ｓ１７：ＮＯ）、Ｓ１３に戻って、プライマーアニオンの上側にプライマーカチオンを積層させる（Ｓ１３）。この場合、プライマーアニオンとプライマーカチオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。そして上述の処理を繰り返し、プライマーカチオンとプライマーアニオンとが交互に積層される（Ｓ１３、Ｓ１５）。一方、プライマーカチオンとプライマーアニオンとが所定の層数分積層された場合には（Ｓ１７：ＹＥＳ）、プライマー層形成工程を終了し、次いで、第一の電極４の形成工程を実行する。
【００８７】
プライマー層形成工程が終了すると、次いで、プライマー層形成工程にて形成させたプライマー層３の上側に、第一の電極４を積層させる（Ｓ１９、Ｓ２１）。第一の電極４を構成する材料として、カチオン性物質（以下、「第一の電極カチオン」という。）とアニオン性物質（以下、「第一の電極アニオン」という。）との２種類を準備し、其々の物質を交互に積層することによって、第一の電極４を形成させる。以下、第一の電極４をプライマー層３上に形成させる工程を、「第一の電極形成工程」という。
【００８８】
第一の電極形成工程では、はじめに、プライマー層３の最上層の帯電極性（最上層にはプライマーアニオンが積層されており、帯電極性はマイナスである。Ｓ１５参照）と反対の極性を有する第一伝導カチオンを、プライマー層３の上側に積層させる（Ｓ１９）。この場合、第一伝導カチオンとプライマー層３との間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。次いで、積層された第一の電極カチオンと反対の極性を有する第一の電極アニオンが、第一の電極カチオンの上側に積層される（Ｓ２１）。この場合、第一の電極カチオンと第一の電極アニオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。
【００８９】
次いで、Ｓ１９及びＳ２１にて積層された第一の電極カチオンと第一の電極アニオンとが、所定の層数分積層されたか否かを判断する（Ｓ２３）。ここで、所定の層数分積層されていない場合には（Ｓ２３：ＮＯ）、Ｓ１９に戻って、第一の電極アニオンの上側に第一の電極カチオンを積層させる（Ｓ１９）。この場合、第一の電極アニオンと第一の電極カチオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。そして上述の処理を繰り返し、第一の電極カチオンと第一の電極アニオンとが交互に積層される（Ｓ１９、Ｓ２１）。一方、第一の電極カチオンと第一の電極アニオンとが所定の層数分積層された場合には（Ｓ２３：ＹＥＳ）、第一の電極形成工程を終了し、次いで、電解層５の形成工程を実行する。
【００９０】
第一の電極形成工程が終了すると、次いで、第一の電極形成工程にて形成させた第一の電極４の上側に、電解質層５を積層させる（Ｓ２５、Ｓ２７）。電解質層５を構成する材料として、カチオン性物質（以下、「電解質カチオン」という。）とアニオン性物質（以下、「電解質アニオン」という。）との２種類を準備し、其々の物質を交互に積層することによって、電解質層５を形成させる。以下、電解質層５を第一の電極上に形成させる工程を、「電解質層形成工程」という。
【００９１】
電解質層形成工程では、はじめに、第一の電極４の最上層の帯電極性（最上層にはアノードアニオンが積層されており、帯電極性はマイナスである。Ｓ２１参照）と反対の極性を有する電解質カチオンを、第一の電極４の上側に積層させる（Ｓ２５）。この場合、電解質カチオンと第一の電極４との間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。次いで、積層された電解質カチオンと反対の極性を有する電解質アニオンが、電解質カチオンの上側に積層される（Ｓ２７）。この場合、電解質カチオンと電解質アニオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。
【００９２】
次いで、Ｓ２５及びＳ２７にて積層された電解質カチオンと電解質アニオンとが、所定の層数分積層されたか否かを判断する（Ｓ２９）。ここで、所定の層数分積層されていない場合には（Ｓ２９：ＮＯ）、Ｓ２５に戻って、電解質アニオンの上側に電解質カチオンを積層させる（Ｓ２５）。この場合、電解質アニオンと電解質カチオンとの間には引きあう方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。そして上述の処理を繰り返し、電解質カチオンと電解質アニオンとが交互に積層される（Ｓ２５、Ｓ２７）。一方、電解質カチオンと電解質アニオンとが所定の層数分積層された場合には（Ｓ２９：ＹＥＳ）、電解質層形成工程を終了し、次いで、第二の電極６の形成工程を実行する。
【００９３】
電解質層形成工程が終了すると、次いで、電解質層形成工程にて形成させた電解質層５の上側に、第二の電極６を積層させる（Ｓ３１、Ｓ３３）。第二の電極６を構成する材料として、カチオン性物質（以下、「第二の電極カチオン」という。）とアニオン性物質（以下、「第二の電極アニオン」という。）との２種類を準備し、其々の物質を交互に積層することによって、第二の電極６を形成させる。以下、第二の電極６を電解質層５上に形成させる工程を、「第二の電極形成工程」という。
【００９４】
第二の電極形成工程では、はじめに、電解質層５の最上層の帯電極性（最上層には電解質アニオンが積層されており、帯電極性はマイナスである。Ｓ２７参照）と反対の極性を有する第二の電極カチオンを、電解質層５の上側に積層させる（Ｓ３１）。この場合、第二の電極カチオンと電解質層５との間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。次いで、積層された第二の電極カチオンと反対の極性を有する第二の電極アニオンが、第二の電極カチオンの上側に積層される（Ｓ３３）。この場合、第二の電極カチオンと第二の電極アニオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。
【００９５】
次いで、Ｓ３１及びＳ３３にて積層された第二の電極カチオンと第二の電極アニオンとが、所定の層数分積層されたか否かを判断する（Ｓ３５）。ここで、所定の層数分積層されていない場合には（Ｓ３５：ＮＯ）、Ｓ３１に戻って、第二の電極アニオンの上側に第二の電極カチオンを積層させる（Ｓ３７）。この場合、第二の電極アニオンと第二の電極カチオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。そして上述の処理を繰り返し、第二の電極カチオンと第二の電極アニオンとが交互に積層される（Ｓ３１、Ｓ３３）。一方、第二の電極カチオンと第二の電極アニオンとが所定の層数分積層された場合には（Ｓ３５：ＹＥＳ）、第二の電極形成工程を終了し、次いで、第二伝導層７の形成工程を実行する。
【００９６】
第二の電極形成工程が終了すると、次いで、第二の電極形成工程にて形成させた第二の電極６の上側に、第二伝導層７を積層させる（Ｓ３７、Ｓ３９）。第二伝導層７を構成する材料として、カチオン性物質（以下、「第二伝導カチオン」という。）とアニオン性物質（以下、「第二伝導アニオン」という。）との２種類を準備し、其々の物質を交互に積層することによって、第二伝導層７を形成させる。以下、第二伝導層７を第二の電極６上に形成させる工程を、「第二伝導層形成工程」という。ただし、第二伝導層が単一層からなる場合は、以下の積層工程は省略することができる。
【００９７】
第二伝導層形成工程では、はじめに、第二の電極６の最上層の帯電極性（最上層にはカソードアニオンが積層されており、帯電極性はマイナスである。Ｓ３１参照）と反対の極性を有する第二伝導カチオンを、第二の電極６の上側に積層させる（Ｓ３７）。この場合、第二伝導カチオンと第二の電極６との間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。
【００９８】
次いで、積層された第二伝導カチオンと反対の極性を有する第二伝導アニオンが、第二伝導カチオンの上側に積層される（Ｓ３９）。この場合、第二伝導カチオンと第二伝導アニオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。
【００９９】
次いで、Ｓ３７及びＳ３９にて積層された第二伝導カチオンと第二伝導アニオンとが、所定の層数分積層されたか否かを判断する（Ｓ４１）。ここで、所定の層数分積層されていない場合には（Ｓ４１：ＮＯ）、Ｓ３７に戻って、第二伝導アニオンの上側に第二伝導カチオンを積層させる（Ｓ３７）。この場合、第二伝導アニオンと第二伝導カチオンとの間には引き合う方向に静電気的な力が作用するため、双方は強固に密着する。そして上述の処理を繰り返し、第二伝導カチオンと第二伝導アニオンとが交互に積層される（Ｓ３７、Ｓ３９）。一方、第二伝導カチオンと第二伝導アニオンとが所定の層数分積層された場合には（Ｓ４１：ＹＥＳ）、第二伝導層形成工程を終了する。以上の工程を遂行することにより薄膜電気化学素子製造工程が終了する。
【０１００】
本発明の薄膜電気化学素子の製造方法は前述の工程に限らず、第二伝導層の保護が必要な場合は、第二伝導層形成工程が終了すると（Ｓ４１：ＹＥＳ）、形成された第二伝導層７の上側に、バイコールガラスが貼付される。
（
【０１０１】
以上説明した工程を経ることにより、欠損部のない薄層から構成される薄膜電気化学素子１００が製造される。本製造方法では、電解質層５をカチオン性物質とアニオン性物質とを積層させて形成させることにより、薄層化した場合であっても欠損部のない電解質層５を形成させることが可能となる。これにより、第一の電極４と第二の電極６との短絡発生を防止しつつ、電解質層５の薄膜化により電圧降下を抑制することが可能となるので、発電効率の高い電気化学素子を製造することが可能となる。また、カチオン性物質とアニオン性物質との間に作用する静電気力により、層間が強固に密着するので、層の剥離の発生を防止することが可能となり、安定で耐久性のある電気化学素子を製造することが可能となる。また、薄層化により電解質層５を構成する材料の使用量を抑制することが可能となるので、電気化学素子の低コスト化が可能となる。さらに、薄層化により、薄膜電気化学素子１００の積層方向の厚さを小さくすることが可能となるので、光の透過が可能になり、光触媒機能の発現とそれに続く電気化学反応を生じせしめ、有機物を酸化、分解して電気を発生する電気化学リアクター、すなわち、薄型電気化学素子を実現することが可能となる。
【０１０２】
また、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７について、カチオン性物質とアニオン性物質とを積層させて形成させることにより、薄層化した場合であっても欠損部の発生を防止することが可能となる。これにより、層間の短絡の発生を防止しつつ、電気化学素子を小型化することが可能となる。また、カチオン性物質とアニオン性物質との間に作用する静電気力により、層間が強固に密着するので、層の剥離の発生を防止することが可能となり、安定で耐久性のある電気化学素子を製造することが可能となる。さらに、構成材料の使用量を抑制することが可能となるので、電気化学素子の低コスト化が可能となる。
【０１０３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【０１０４】
上述の薄膜電気化学素子１００では、第一伝導層２及び第二伝導層７を含む構成を有していたが、本発明はこの構成に限定されず、第一伝導層２及び第二伝導層７を含まない構成であっても上述の説明と同様の原理にて駆動し、起電力を発生させることが可能である。なおこのような構成の場合には、第一の電極４や第二の電極に電極リード線２１及び２２を接続することにより、発生した起電力を外部に取り出すことが可能となる。
【０１０５】
上述の薄膜電気化学素子１００では、プライマー層３を含む構成を有していたが、本発明はこの構成に限定されず、プライマー層３を含まない構成であっても上述の説明と同様の原理にて駆動し、起電力を発生させることが可能である。
【０１０６】
上述の薄膜電気化学素子１００において、プライマー層３を構成する材料として電子伝導性を有する材料を使用することにより、プライマー層３に電極リード線２１及び２２接続することにより、発生した起電力を外部に取り出すことが可能となる。
【０１０７】
上述の薄膜電気化学素子１００では、バイコールガラス１を含む構成を有していたが、本発明はこの構成に限定されず、バイコールガラス１を含まない構成であっても上述の説明と同様の原理にて駆動し、起電力を発生させることが可能である。
【０１０８】
本発明の薄膜電気化学素子製造方法では、第一伝導層形成工程、プライマー層形成工程、及び第二伝導層形成工程を省略した製造方法とし、第一伝導層２、プライマー層３、及び第二伝導層７を形成させない方法であってもよい。
【０１０９】
上述の薄膜電気化学素子製造方法では、プライマー層形成工程、第一の電極形成工程、電解質層形成工程、第二の電極形成工程、及び第二伝導層形成工程において、カチオン性物質をはじめに積層し、次いで、アニオン性物質を積層していた。しかしながら本発明はこの方法限定されない。従って、積層する場合における下地層の帯電極性がプラスである場合には、マイナスの極性を有するアニオン性物質をはじめに積層してもかまわない。
【０１１０】
上述の薄膜電気化学素子製造方法では、プライマー層形成工程、第一の電極形成工程、電解質層形成工程、第二の電極形成工程、及び第二伝導層形成工程において、アニオン性物質を積層させた後、所定の層数分積層されたか否かを判断していた。しかしながら本発明はこの判断方法に限定されない。従って、カチオン性物質が積層された後も同様に、所定の層数分積層されたか否かを判断してもよい。
【０１１１】
上述の薄膜電気化学素子製造方法では、プライマー層形成工程、第一の電極形成工程、電解質層形成工程、第二の電極形成工程、及び第二伝導層形成工程において、カチオン性物質とアニオン性物質とを交互に積層させることによって、各層を形成させていた。しかしながら本発明はこの積層方法に限定されない。従って、唯一の物質を積層させることにより、各層を形成させてもかまわない。
【実施例】
【０１１２】
次に、本発明の実施例について説明する。以下「１．薄膜電気化学素子１００の構成」「２．使用した材料について」「３．薄膜電気化学素子１００作成手順概略」「４．評価方法及び評価条件」「５．評価結果」の順に説明する。
１．薄膜電気化学素子１００の構成
【０１１３】
はじめに、作成した薄膜電気化学素子１００の構成について、図３を参照して説明する。図３は、作成した薄膜電気化学素子１００の断面構成を示す模式図である。なお、図３における紙面上側を薄膜電気化学素子１００の上側と定義する。
【０１１４】
図３に示すように、本実施例では、バイコールガラス１上に、第一伝導層２、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、第二伝導層７を順に積層させた。また、第一伝導層２及び第二伝導層７にそれぞれ電極リード線２１及び２２を接続した。
【０１１５】
そして、バイコールガラス１の下側（矢印３２の方向）から有機物を供給し、光触媒作用ならびに電気化学反応を、第一の電極４、電解質層５及び第二の電極６にて生じさせることにより、接続した電極リード線２１及び電極リード線２２より電流を取り出した。また、電気化学反応時において供給されるべき酸化剤（例えば、酸素）は、作成した薄膜電気化学素子１００内への強制的な供給は行わず、第二伝導層７の上側に空気を接触させることにより自然供給させた。また作用光として紫外光（中心波長：３６５ｎｍ、強度：０．１〜１００ｍＷ／ｃｍ２）を上部（矢印３１の方向）から照射した。
２．使用した材料について
【０１１６】
バイコールガラス１として、ＵＳＡ Ｃｏｒｎｉｎｇ社製「製品名」を使用し、２ｃｍ×３ｃｍの大きさにカットして使用し、バイコールガラスに第一伝導層２として金をスパッタリングで蒸着した。さらに、プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、および第二の電極６は、それぞれ、プライマーカチオンとプライマーアニオン、第一の電極カチオンと第一の電極アニオン、電解質カチオンと電解質アニオン、及び、第二の電極カチオンと第二の電極アニオンを交互に積層させることにより形成させた。それぞれの層の積層数は、プライマーカチオン及びプライマーアニオンとを４層ずつ、第一の電極カチオンと第一の電極アニオンとを４層ずつ、電解質カチオンと電解質アニオンとを１０層ずつ、第二の電極カチオンと第二の電極アニオンとを４層ずつ、とした。また、第二伝導層７は第二伝導アニオン（Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標））の単層とした。
【０１１７】
プライマー層３を構成するプライマーカチオンとしてＰＤＤＡを使用し、プライマーアニオンとしてＰＳＳを使用した。また、第一の電極４を構成する第一の電極カチオンとして酸化チタンコロイドを使用し、第一の電極アニオンとしてＢａｙｔｒｏｎ（登録商標）を使用した。また、電解質層５を構成する電解質カチオンとしてＰＡＨを使用し、電解質アニオンとしてＮａｆｉｏｎ（登録商標）を使用した。また、第二の電極６を構成する第二の電極カチオンとしてＰＤＤＡを使用し、第二の電極アニオンとして白金コロイドを使用した。また、第二伝導層７を構成する第二伝導アニオンとしてＢａｙｔｒｏｎ（登録商標）を使用した。上述の内容をまとめて表１に示す。
【表１】
【０１１８】
ＰＤＤＡはＡｌｄｒｉｃｈ社製「製品名」を使用した。そして、０．５ｍｏｌ／ｌの塩化ナトリウム水溶液を加え、ＰＤＤＡの含有量が１ｍｇ／ｍｌとなるように濃度を調整して使用した。また、ＰＳＳはＡｌｄｒｉｃｈ社製「製品名」を使用した。そして、ＰＤＤＡと同様、０．５ｍｏｌ／ｌの塩化ナトリウム水溶液を加え、ＰＳＳの含有量が１ｍｇ／ｍｌとなるように濃度を調整して使用した。
【０１１９】
また、白金コロイドは、１重量部のヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸（６水和物）水溶液（「試薬Ａ」という。）、メタノール（「試薬Ｂ」という。）、０．０４ｍｏｌ／ｌのクエン酸３ナトリウム水溶液（「試薬Ｃ」という。）を準備し、試薬Ａ（１００μｌ）、試薬Ｂ（９０００μｌ）、及び試薬Ｃ（２００μｌ）を混合した後、紫外光（中心波長：３６５ｎｍ、強度：１０ｍＷ／ｃｍ２）を１０分間照射し、光還元法を生じさせることにより生成される、白金ナノ粒子が分散したコロイド溶液を使用した。
【０１２０】
また、ＰＡＨはＡｌｄｒｉｃｈ社製「製品名」を使用した。そして、０．５ｍｏｌ／ｌの塩化ナトリウム水溶液を加え、ＰＡＨの含有量が１ｍｇ／ｍｌとなるように濃度を調整して使用した。また、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）はＡｌｄｒｉｃｈ社製「製品名」を使用した。そして、９０体積％のメタノール水溶液を加え、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）の含有量が１ｍｇ／ｍｌとなるように濃度を調整して使用した。
【０１２１】
また、Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標）はティーエーケミカル株式会社製「製品名」を使用した。そして０．５ｍｏｌ／ｌの塩化ナトリウム水溶液を加え、Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標）の含有量が１ｍｇ／ｍｌとなるように濃度を調整して使用した。
【０１２２】
３．薄膜電気化学素子１００作成手順概略
【０１２３】
次に、薄膜電気化学素子１００の作成手順の概略について、図４〜図７を参照して説明する。図４は、バイコールガラス１に第一伝導層形成する際の前処理工程を示す模式図であり、図５は、第一伝導層形成工程終了後、各層（プライマー層３〜第二伝導層７）を積層する際の前処理工程を示す模式図であり、図６はプライマー層３〜第二伝導層７を積層させる積層工程を示す模式図であり、図７は電極リード線２１及び２２を接続する工程を示す模式図である。
【０１２４】
はじめに、図４を参照して、バイコールガラス１に対する前処理工程について説明する。図４に示すように、はじめに、電極リード線２２を接続する場合に電極リード線２１と短絡してしまうことを防止するために、バイコールガラス１の一部分にマスキングテープ４１（日東電工社製熱剥離シート「リバアルファ」）を貼付し、貼付部分に第一伝導層２が積層されないようにした。
【０１２５】
図４に示すように、第一伝導層形成工程では、一部分にマスキングテープ４１が貼付された状態のバイコールガラス１に第一伝導層２を形成させた。積層方法としてスパッタリング法を採用し、金からなる第一伝導層２をバイコールガラス１の表面に形成させた。
【０１２６】
次いで図５に示すように、前処理工程にて貼付したマスキングテープ４１を剥離した。次いで、形成させた第一伝導層２に電極リード線２１を接続するため、第一伝導層２の一部分にマスキングテープ４２（日東電工社製熱剥離シート「リバアルファ」）を貼付し、貼付部分に他の層が積層されないようにした。
【０１２７】
次に、図６を参照し、プライマー層３〜第二伝導層７を積層させる積層工程について説明する。図６に示すように、積層工程では、上述したプライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、及び第二伝導層７を、第一伝導層２の上側に順次積層させた。
【０１２８】
プライマー層３、第一の電極４、電解質層５、第二の電極６、及び第二伝導層７の積層方法としては、スピンコート法を採用した。スピンコーターに第一伝導層２が積層された状態のバイコールガラス１をセットし、回転数を２０００〜３０００ｒｐｍに設定してバイコールガラス１を回転させた状態で、上方から上述の調整試薬を順次滴下することにより、各層を形成させた。
【０１２９】
調整試薬の滴下は１滴ずつ行った。また滴下後、直ぐにイオン交換水を数滴滴下することにより余分な試薬を除去した。そしてイオン交換水滴下後、直ぐに次層を構成する試薬を１滴滴下した。この工程を、所望の層数分繰り返すことにより、プライマー３（プライマーカチオン（ＰＤＤＡ）とプライマーアニオン（ＰＳＳ）とを交互に４層ずつ）、第一の電極４（第一の電極カチオン（酸化チタンコロイド）と第一の電極アニオン（Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標））とを交互に４層ずつ）、電解質層５（電解質カチオン（ＰＡＨ）と電解質アニオン（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標））とを交互に１０層ずつ）、第二の電極６（第二の電極カチオン（ＰＤＤＡ）と第二の電極アニオン（白金コロイド）とを交互に４層ずつ）を順次積層させた。さらに、その上に第二伝導層７（Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標）の単層）を積層した。
【０１３０】
これにより、カチオン性物質及びアニオン性物質からなる層厚が１００〜１５０ｎｍ程度の透明な層を形成させた。ちなみに、構成物質１分子は、ＰＤＤＡ、ＰＳＳ、ＰＡＨ：約１ｎｍ、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）：約５〜１０ｎｍ程度の層厚をそれぞれ有する。
【０１３１】
次に、図７を参照して、電極リード線２１及び２２の接続工程について説明する。この工程では、図７に示すように、第一伝導層２上に貼付された状態のマスキングテープ４２を剥離し、第一伝導層２の剥離部分に銅製のワイヤーを銀ペーストにより固定し、電極リード線２１とした。また、最上層の第二伝導層７における、前処理工程においてマスキングテープを貼付した部分に相当する部分（マスキングテープ４１の貼付け部分）に、同様に銅製のワイヤーを銀ペーストにより固定し、電極リード線２２とした。以上の工程を経て、薄膜電気化学素子１００を作成した。作成した薄膜電気化学素子１００の積層方向の厚さは１００〜１５０ｎｍのオーダーとなり、従来の電気化学素子の積層方向の厚さ（数百μｍ）と比較して非常に薄い電気化学素子を作成することが可能であることがわかった。
４．評価方法及び評価条件
【０１３２】
次に、作成した薄膜電気化学素子１００の評価方法について説明する。作成した薄膜電気化学素子１００について、開回路電圧測定を行い、作成した薄膜電気化学素子１００における負荷をかけていない状態での電極リード線２１と電極リード線２２との間の電圧を測定した。
【０１３３】
開回路電圧を測定する測定器としては、Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ社製ポテンショ・ガルバノスタット「１２８７」を使用した。そして、有機物としてメタノールを供給した条件で開回路電圧を測定し、さらに、負荷をかけた場合の起電力を測定して薄膜電気化学素子１００の電池特性を評価した。有機物としてメタノールを供給する場合には、２０体積％のメタノール水溶液を調整し、調整したメタノール水溶液を、シリンジを使用してバイコールガラス１の下側に供給した。いずれの測定の際にも、第一の電極４の光触媒機能を発現させるための作用光としては、紫外光（中心波長：３６５ｎｍ）を上部（図７の矢印３１の方向）から照射した。
【０１３４】
また、作用光としては紫外光を用い、紫外光強度を種々変化させて薄膜電気化学素子１００の出力を測定した。
５．評価結果
【０１３５】
はじめに、開回路電圧の測定結果について、図８及び図９を参照して説明する。図８は、メタノールを供給した場合における電極リード線２１と電極リード線２２との間に発生する開回路電圧の経時変化特性を現わしており、紫外光（中心波長：３６５ｎｍ、強度：３．４ｍＷ／ｃｍ２）を照射すると電圧が発生し、照射を止めると起電力がなくなることを示している。図８中、ＵＶ ＯＮは紫外光の照射を開始したことを示し、ＵＶ ＯＦＦは紫外光の照射を停止したことを示す。図８の横軸は経過時間を示すが、例えば、１１０秒時点で紫外光の照射を開始するとただちに起電力の発生があり、１２０秒の時点で紫外光の照射を停止すると起電力は元のレベルまで低下する。さらに、１３０秒時点で再度紫外光を照射すると起電力が発生し、１０秒後に停止すると起電力は降下する。本発明の光触媒機能の発現と電気化学反応による起電力発生を示している。この結果から作成した薄膜電気化学素子１００が電気化学リアクター（有機物の酸化、分解を行うとともに電力を発生する反応器）として使用可能であることが明らかとなった。
【０１３６】
図９は、紫外光の強度を２０ｍＷ／ｃｍ２とした場合（中心波長：３６５ｎｍ、強度：２０ｍＷ／ｃｍ２）の、図８と同様な起電力発生の様子を示す。横軸は経過時間を示すが、経過時間１０秒時点で紫外光を照射開始するとともに起電力が発生し、２０秒時点で紫外光の照射を停止すると、速やかに起電力が失われることを示している。
【０１３７】
図１０は、開回路ではなく、外部負荷を０．０８Ｖかけた場合の本発明による薄膜電気化学素子の発生電力の結果を示している。
【０１３８】
図１１は、図１０を得た際と同様に外部負荷をかけた条件で、紫外光の強度を変化させ場合の発生電力の変化を示している。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】薄膜電気化学素子１００の断面構成を示す模式図である。
【図２】薄膜電気化学素子１００の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】作成した薄膜電気化学素子１００の断面構成を示す模式図である。
【図４】バイコールガラス１に対する前処理工程を示す模式図である。
【図５】第一伝導層２に対する前処理工程を示す模式図である。
【図６】プライマー層３〜第二伝導層７を積層させる積層工程を示す模式図である。
【図７】電極リード線２１及び２２を接続する工程を示す模式図である。
【図８】薄膜電気化学素子１００にメタノールを供給した場合における開回路電圧の経時変化特性（その１）である。
【図９】薄膜電気化学素子１００にメタノールを供給した場合における開回路電圧の経時変化特性（その２）である。
【図１０】外部負荷をかけた条件での電力発生を示す。
【図１１】作用光（紫外光）の強度変化に伴う電力発生特性を示す。
【符号の説明】
【０１４０】
１ バイコールガラス
２ 第一伝導層
３ プライマー層
４ 第一の電極
５ 電解質層
６ 第二の電極
７ 第二伝導層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒活性を有している第一の電極と、酸素を還元する機能を有している第二の電極と、イオン伝導性を有する電解質層とを少なくとも備えており、前記第一の電極と前記第二の電極とが前記電解質層を介して対向配置された構成を有する薄膜電気化学素子。
【請求項２】
前記電解質層はアニオン性物質とカチオン性物質とが交互に積層した構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の薄膜電気化学素子。
【請求項３】
前記電解質層を構成する前記アニオン性物質はアニオン性高分子であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜電気化学素子。
【請求項４】
前記電解質層を構成する前記カチオン性物質はカチオン性高分子であることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項５】
前記アニオン性高分子は、スルホ基（−ＳＯ３Ｈ）もしくはホスホ基（−ＰＯ（ＯＨ）２）のうち、少なくとも一方を備えた高分子電解質であることを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項６】
前記カチオン性高分子は、第１級アミン塩、第２級アミン塩、第３級アミン塩、及び第４級アンモニウム塩のうちいずれかであることを特徴とする請求項４又は５のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項７】
前記第一の電極は、アニオン性物質と、光触媒活性を有しているカチオン性物質とが交互に積層した構造を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項８】
前記第一の電極を構成する前記光触媒活性を有しているカチオン性物質は、酸化チタンもしくは酸化チタンを含む基材であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜電気化学素子。
【請求項９】
前記第一の電極を構成する前記アニオン性物質は、オキシチオフェン系の高分子であることを特徴とする請求項７又は８のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１０】
前記第二の電極は、酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質と、カチオン性物質とが交互に積層した構造を有していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１１】
前記第二の電極を構成する酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質は、白金微粒子もしくは白金微粒子を含む基材であることを特徴とする請求項１０に記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１２】
前記第二の電極を構成するカチオン性物質は、請求項６に記載のカチオン性高分子であることを特徴とする請求項１０又は１１のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１３】
前記第一の電極における前記電解質層と接する面の反対側の面に、電子伝導層である第一伝導層が積層されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１４】
前記第一伝導層は、オキシチオフェン系の高分子もしくは金属の薄膜で構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１５】
前記第二の電極における前記電解質層と接する面の反対側の面に、電子伝導層である第二伝導層が積層されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１６】
前記第二伝導層は、オキシチオフェン系の高分子で構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１７】
前記第一伝導層は、多孔質性基材基板の表面に積層されており、前記第一伝導層における前記第一の電極と接する面の反対側の面にて、当該第一伝導層と前記基材基板とが接していることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１８】
多孔質性基材基板上に電子伝導層である第一伝導層を形成させる工程と、当該電子伝導層である第一伝導層を形成させる工程にて形成された第一伝導層面に前記第一の電極を形成する工程と、当該第一の電極を形成する工程にて形成された第一の電極面上に電解質層を形成する工程と、当該電解質層を形成する工程にて形成された電解質層面上に前記第二の電極を形成する工程と、当該第二の電極を形成する工程にて形成された第二の電極面上に電子伝導層である第二伝導層を形成させる工程を備えている薄膜電気化学素子製造方法。
【請求項１９】
前記第一の電極を形成する工程がアニオン性物質と、光触媒活性を有しているカチオン性物質とを交互に積層する工程を備えている請求項１８に記載の薄膜電気化学素子製造方法。
【請求項２０】
前記電解質層を形成する工程がアニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層する工程を備えている請求項１８又は１９のいずれかに記載の薄膜電気化学素子製造方法。
【請求項２１】
前記第二の電極を形成する工程が酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質と、カチオン性物質とを交互に積層する工程を備えている請求項１８乃至２０のいずれかに記載の薄膜電気化学素子製造方法。
【請求項１】
光触媒活性を有している第一の電極と、酸素を還元する機能を有している第二の電極と、イオン伝導性を有する電解質層とを少なくとも備えており、前記第一の電極と前記第二の電極とが前記電解質層を介して対向配置された構成を有する薄膜電気化学素子。
【請求項２】
前記電解質層はアニオン性物質とカチオン性物質とが交互に積層した構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の薄膜電気化学素子。
【請求項３】
前記電解質層を構成する前記アニオン性物質はアニオン性高分子であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜電気化学素子。
【請求項４】
前記電解質層を構成する前記カチオン性物質はカチオン性高分子であることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項５】
前記アニオン性高分子は、スルホ基（−ＳＯ３Ｈ）もしくはホスホ基（−ＰＯ（ＯＨ）２）のうち、少なくとも一方を備えた高分子電解質であることを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項６】
前記カチオン性高分子は、第１級アミン塩、第２級アミン塩、第３級アミン塩、及び第４級アンモニウム塩のうちいずれかであることを特徴とする請求項４又は５のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項７】
前記第一の電極は、アニオン性物質と、光触媒活性を有しているカチオン性物質とが交互に積層した構造を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項８】
前記第一の電極を構成する前記光触媒活性を有しているカチオン性物質は、酸化チタンもしくは酸化チタンを含む基材であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜電気化学素子。
【請求項９】
前記第一の電極を構成する前記アニオン性物質は、オキシチオフェン系の高分子であることを特徴とする請求項７又は８のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１０】
前記第二の電極は、酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質と、カチオン性物質とが交互に積層した構造を有していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１１】
前記第二の電極を構成する酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質は、白金微粒子もしくは白金微粒子を含む基材であることを特徴とする請求項１０に記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１２】
前記第二の電極を構成するカチオン性物質は、請求項６に記載のカチオン性高分子であることを特徴とする請求項１０又は１１のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１３】
前記第一の電極における前記電解質層と接する面の反対側の面に、電子伝導層である第一伝導層が積層されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１４】
前記第一伝導層は、オキシチオフェン系の高分子もしくは金属の薄膜で構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１５】
前記第二の電極における前記電解質層と接する面の反対側の面に、電子伝導層である第二伝導層が積層されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１６】
前記第二伝導層は、オキシチオフェン系の高分子で構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１７】
前記第一伝導層は、多孔質性基材基板の表面に積層されており、前記第一伝導層における前記第一の電極と接する面の反対側の面にて、当該第一伝導層と前記基材基板とが接していることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれかに記載の薄膜電気化学素子。
【請求項１８】
多孔質性基材基板上に電子伝導層である第一伝導層を形成させる工程と、当該電子伝導層である第一伝導層を形成させる工程にて形成された第一伝導層面に前記第一の電極を形成する工程と、当該第一の電極を形成する工程にて形成された第一の電極面上に電解質層を形成する工程と、当該電解質層を形成する工程にて形成された電解質層面上に前記第二の電極を形成する工程と、当該第二の電極を形成する工程にて形成された第二の電極面上に電子伝導層である第二伝導層を形成させる工程を備えている薄膜電気化学素子製造方法。
【請求項１９】
前記第一の電極を形成する工程がアニオン性物質と、光触媒活性を有しているカチオン性物質とを交互に積層する工程を備えている請求項１８に記載の薄膜電気化学素子製造方法。
【請求項２０】
前記電解質層を形成する工程がアニオン性物質とカチオン性物質とを交互に積層する工程を備えている請求項１８又は１９のいずれかに記載の薄膜電気化学素子製造方法。
【請求項２１】
前記第二の電極を形成する工程が酸素を還元する機能を有しているアニオン性物質と、カチオン性物質とを交互に積層する工程を備えている請求項１８乃至２０のいずれかに記載の薄膜電気化学素子製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１５７６９（Ｐ２０１０−１５７６９Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７３４９１（Ｐ２００８−１７３４９１）
【出願日】平成２０年７月２日（２００８．７．２）
【出願人】（３０４０２７３４９）国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２日（２００８．７．２）
【出願人】（３０４０２７３４９）国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]