特開 2024-80967 太陽電池モジュール及びこれを用いた電気化学反応デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024080967

(43)【公開日】2024-06-17

(54)【発明の名称】太陽電池モジュール及びこれを用いた電気化学反応デバイス

(51)【国際特許分類】

   H10K 30/57 20230101AFI20240610BHJP

【ＦＩ】

H10K30/57

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022194342

(22)【出願日】2022-12-05

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹田 康彦

(72)【発明者】

【氏名】山中 健一

(72)【発明者】

【氏名】加藤 直彦

【テーマコード（参考）】

5F151

5F251

【Ｆターム（参考）】

5F151AA02

5F151AA10

5F151AA20

5F151DA16

5F251AA02

5F251AA10

5F251AA20

5F251DA16

(57)【要約】

【課題】バンドギャップが従来の最適条件から外れたトップセルを適用しても光電変換効率が高い太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】光入射側から、トップセル１０を個数ｎ_ｔｏｐ直列接続したトップモジュールと、ミドルセル１４とボトムセル１２を積層したミドル／ボトム積層セルを個数ｎ_ｍｂ直列接続したミドル／ボトムモジュールと、を積層し、トップモジュールとミドル／ボトムモジュールを並列接続し、個数ｎ_ｔｏｐと個数ｎ_ｍｂの比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐは、トップモジュールの最大出力動作電圧Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}とミドル／ボトムモジュールの最大出力動作電圧Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）が２｜Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}－Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）｜／｜Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}＋Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）｜＜０．２を満たすように構成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バンドギャップが各々異なる太陽電池セルであるトップセル、ミドルセル及びボトムセルを組み合わせた太陽電池モジュールであって、
光入射側から、前記トップセルを個数ｎ_ｔｏｐ直列接続したトップモジュールと、前記ミドルセルと前記ボトムセルを積層したミドル／ボトム積層セルを個数ｎ_ｍｂ直列接続したミドル／ボトムモジュールと、を積層し、
前記トップモジュールと前記ミドル／ボトムモジュールを並列接続し、
前記個数ｎ_ｔｏｐと前記個数ｎ_ｍｂの比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐは、前記トップモジュールの最大出力動作電圧Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}と前記ミドル／ボトムモジュールの最大出力動作電圧Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）が２｜Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}－Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）｜／｜Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}＋Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）｜＜０．２を満たすことを特徴とする太陽電池モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記トップセル及び前記ミドルセルの少なくとも一方は、有機無機ハイブリッドペロブスカイトからなることを特徴とする太陽電池モジュール。

【請求項3】

請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記ボトムセルは、結晶シリコン又はＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２からなることを特徴とする太陽電池モジュール。

【請求項4】

請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}は、１．６ｅＶ以上２．４ｅＶ以下であることを特徴とする太陽電池モジュール。

【請求項5】

請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対して、前記ミドルセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｍｉｄ）}は、０．３Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋０．８８±０．１ｅＶの範囲であることを特徴とする太陽電池モジュール。

【請求項6】

請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対して、比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐは０．４４Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋０．０４±０．１５の範囲であることを特徴とする太陽電池モジュール。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールと、
電気化学リアクタ又は複数の電気化学リアクタを直列接続した電気化学リアクタモジュールと、
を組み合わせたことを特徴とする電気化学反応デバイス。

【請求項8】

請求項７に記載の電気化学反応デバイスであって、
前記電気化学リアクタは、水（Ｈ_２Ｏ）から水素（Ｈ_２）と酸素（Ｏ_２）を生成するリアクタであることを特徴とする電気化学反応デバイス。

【請求項9】

請求項８に記載の電気化学反応デバイスであって、
前記電気化学リアクタモジュールは、前記電気化学リアクタを個数ｎ_ＥＣ直列接続して構成され、
前記個数ｎ_ｔｏｐと前記個数ｎ_ＥＣの比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣは－０．３４Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋２．２１－０．０５以上－０．３４Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋２．２１＋０．１以下の範囲であることを特徴とする電気化学反応デバイス。

【請求項10】

請求項７に記載の電気化学反応デバイスであって、
前記電気化学リアクタは、二酸化炭素（ＣＯ_２）を還元するリアクタであることを特徴とする電気化学反応デバイス。

【請求項11】

請求項７に記載の電気化学反応デバイスであって、
前記電気化学リアクタは、二酸化炭素（ＣＯ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）から一酸化炭素（ＣＯ）又はギ酸（ＨＣＯＯＨ）を生成するリアクタであることを特徴とする電気化学反応デバイス。

【請求項12】

請求項１１に記載の電気化学反応デバイスであって、
前記電気化学リアクタモジュールは、前記電気化学リアクタを個数ｎ_ＥＣ直列接続して構成され、
前記個数ｎ_ｔｏｐと前記個数ｎ_ＥＣの比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣは－０．３８Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋２．３５－０．０５以上－０．３８Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋２．３５＋０．１以下の範囲であることを特徴とする電気化学反応デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池モジュール及びこれを用いた電気化学反応デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

太陽光エネルギーの利用は、カーボンニュートラルを実現するために必須の技術である。太陽電池を用いた太陽光発電は既に世の中に広く普及しているが、全発電量に占める割合は僅かである。したがって、光電変換効率（η_ＳＣ）の向上が求められている。

【0003】

さらに、太陽光エネルギーを用いて水（Ｈ_２Ｏ）から水素（Ｈ_２）を、二酸化炭素（ＣＯ_２）から一酸化炭素（ＣＯ）やギ酸（ＨＣＯＯＨ）等を合成する人工光合成の研究が精力的に行われている。現状では、太陽電池と電気化学リアクタを組み合わせたデバイスは、光触媒を用いたデバイスに比べて、太陽光エネルギーから化学エネルギーへの変換効率（η_ＳＴＣ）が高い。しかしながら、これらのデバイスにおいても変換効率（η_ＳＴＣ）の向上が要求されており、太陽電池の光電変換効率（η_ＳＣ）の向上が必要である。

【0004】

太陽電池の光電変換効率（η_ＳＣ）を向上させる最も確実な方法は複数種の太陽電池セルを多接合化する技術である。例えば、バンドギャップが異なる３種類の太陽電池セル（バンドギャップが大きい順にトップセル、ミドルセル、ボトムセル）を積層して直列接続した直列３接合（３Ｓ）モジュール、ミドルセルとボトムセルを積層して直列接続した直列２接合（２Ｓ）セルとトップセルを積層すると共に並列接続した直列／並列３接合（３Ｓ／Ｐ）モジュールが提案されている。このようなモジュールの構成とすることによって光電変換効率（η_ＳＣ）を高くすることができる。また、これらの太陽電池モジュールと電気化学リアクタを組み合わせることによって、電気化学反応デバイスの太陽光エネルギーから生成物の化学エネルギーへの変換効率（η_ＳＴＣ）を高めることができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】T.Takeda, et al., J. Appl. Phys. 127, 204503 (2020)

【非特許文献2】T.Takeda, et al., J. Appl. Phys. 132, 075002 (2022)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

３Ｓモジュール、３Ｓ／Ｐモジュールによって太陽電池モジュールの光電変換効率（η_ＳＣ）を高め、さらにはその太陽電池モジュールを用いた電気化学反応デバイスの変換効率（η_ＳＴＣ）を高めるためには、バンドギャップが２．２ｅＶ～２．３ｅＶ程度の材料を用いた高効率のトップセルが必要である。

【0007】

しかしながら、一般的に、バンドギャップが大きい高効率の太陽電池セルを作製することは困難である。一方、バンドギャップが上記の適切な値よりも小さいトップセルを用いて３Ｓモジュール、３Ｓ／Ｐモジュールを構成すると、従来の直列２接合（２Ｓ）モジュール、電圧整合ダブルタンデム（２ＶＭ）モジュールよりも太陽電池モジュールの光電変換効率（η_ＳＣ）や電気化学反応デバイスの変換効率（η_ＳＴＣ）が低くなってしまう。

【0008】

そこで、バンドギャップが上記条件から外れたトップセルを適用しても光電変換効率（η_ＳＣ）がより高い太陽電池モジュール及び変換効率（η_ＳＴＣ）がより高い電気化学反応デバイスを提供できることが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の１つの態様は、バンドギャップが各々異なる太陽電池セルであるトップセル、ミドルセル及びボトムセルを組み合わせた太陽電池モジュールであって、光入射側から、前記トップセルを個数ｎ_ｔｏｐ直列接続したトップモジュールと、前記ミドルセルと前記ボトムセルを積層したミドル／ボトム積層セルを個数ｎ_ｍｂ直列接続したミドル／ボトムモジュールと、を積層し、前記トップモジュールと前記ミドル／ボトムモジュールを並列接続し、前記個数ｎ_ｔｏｐと前記個数ｎ_ｍｂの比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐは、前記トップモジュールの最大出力動作電圧Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}と前記ミドル／ボトムモジュールの最大出力動作電圧Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）が２｜Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}－Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）｜／｜Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}＋Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）｜＜０．２を満たすことを特徴とする太陽電池モジュールである。

【0010】

ここで、前記トップセル及び前記ミドルセルの少なくとも一方は、有機無機ハイブリッドペロブスカイトからなることが好適である。

【0011】

また、前記ボトムセルは、結晶シリコン又はＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２からなることが好適である。

【0012】

また、前記トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}は、１．６ｅＶ以上２．４ｅＶ以下であることが好適である。

【0013】

また、前記トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対して、前記ミドルセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｍｉｄ）}は、０．３Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋０．８８±０．１ｅＶの範囲であることが好適である。

【0014】

また、前記トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対して、比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐは０．４４Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋０．０４±０．１５の範囲であることが好適である。

【0015】

本発明の別の態様は、上記の太陽電池モジュールと、電気化学リアクタ又は複数の電気化学リアクタを直列接続した電気化学リアクタモジュールと、を組み合わせたことを特徴とする電気化学反応デバイスである。

【0016】

ここで、前記電気化学リアクタは、水（Ｈ_２Ｏ）から水素（Ｈ_２）と酸素（Ｏ_２）を生成するリアクタであることが好適である。

【0017】

また、前記電気化学リアクタモジュールは、前記電気化学リアクタを個数ｎ_ＥＣ直列接続して構成され、前記個数ｎ_ｔｏｐと前記個数ｎ_ＥＣの比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣは－０．３４Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋２．２１－０．０５以上－０．３４Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋２．２１＋０．１以下の範囲であることが好適である。

【0018】

また、前記電気化学リアクタは、二酸化炭素（ＣＯ_２）を還元するリアクタであることが好適である。

【0019】

また、前記電気化学リアクタは、二酸化炭素（ＣＯ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）から一酸化炭素（ＣＯ）又はギ酸（ＨＣＯＯＨ）を生成するリアクタであることが好適である。

【0020】

また、前記電気化学リアクタモジュールは、前記電気化学リアクタを個数ｎ_ＥＣ直列接続して構成され、前記個数ｎ_ｔｏｐと前記個数ｎ_ＥＣの比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣは－０．３８Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋２．３５－０．０５以上－０．３８Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋２．３５＋０．１以下の範囲であることが好適である。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、バンドギャップが従来の最適条件から外れたトップセルを適用しても光電変換効率（η_ＳＣ）が従来より高い太陽電池モジュール及び変換効率（η_ＳＴＣ）が従来より高い電気化学反応デバイスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施の形態における太陽電池モジュールの構成を示す概念図である。

【図2】太陽電池モジュールの年間平均変換効率のトップセルのバンドギャップ依存性を示す図である。

【図3】トップセルのバンドギャップに対するミドルセルのバンドギャップの最適値を示す図である。

【図4】トップセルのバンドギャップに対するトップセルの直列接続数とミドル／ボトムセルの直列接続数の比の最適値を示す図である。

【図5】ミドルセルのバンドギャップが最適値からずれたときの変換効率への影響を示す図である。

【図6】トップセルの直列接続数とミドル／ボトムセルの直列接続数の比が最適値からずれたときの変換効率への影響を示す図である。

【図7】トップセルの直列接続数とミドル／ボトムセルの直列接続数の比が最適値からずれたときのトップモジュールの最大出力動作電圧とミドル／ボトムモジュールの最大出力動作電圧への影響を示す図である。

【図8】トップモジュールの最大出力動作電圧とミドル／ボトムモジュールの最大出力動作電圧が最適値からずれたときの変換効率への影響を示す図である。

【図9】太陽電池モジュールの年間平均変換効率のトップセルのバンドギャップ依存性を示す図である。

【図10】太陽電池モジュールの構成を示す概念図である。

【図11】本発明の実施の形態における人工光合成デバイスの構成を示す概念図である。

【図12】水素（Ｈ_２）生成用の人工光合成デバイスの年間平均変換効率のトップセルのバンドギャップ依存性を示す図である。

【図13】水素（Ｈ_２）生成用の人工光合成デバイスのトップセルのバンドギャップに対するミドルセルのバンドギャップの最適値を示す図である。

【図14】水素（Ｈ_２）生成用の人工光合成デバイスのトップセルのバンドギャップに対するトップセルの直列接続数とミドル／ボトムセルの直列接続数の比及びＥＣリアクタの直列接続数とトップセルの直列接続数の比の最適値を示す図である。

【図15】水素（Ｈ_２）生成用の人工光合成デバイスのＥＣリアクタの直列接続数とトップセルの直列接続数の比が最適値からずれたときの変換効率への影響を示す図である。

【図16】一酸化炭素（ＣＯ）生成用の人工光合成デバイスの年間平均変換効率のトップセルのバンドギャップ依存性を示す図である。

【図17】一酸化炭素（ＣＯ）生成用の人工光合成デバイスのトップセルのバンドギャップに対するミドルセルのバンドギャップの最適値を示す図である。

【図18】一酸化炭素（ＣＯ）生成用の人工光合成デバイスのトップセルのバンドギャップに対するトップセルの直列接続数とミドル／ボトムセルの直列接続数の比及びＥＣリアクタの直列接続数とトップセルの直列接続数の比の最適値を示す図である。

【図19】一酸化炭素（ＣＯ）生成用の人工光合成デバイスのＥＣリアクタの直列接続数とトップセルの直列接続数の比が最適値からずれたときの変換効率への影響を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１は、各種構成を備えた太陽電池モジュールを示す概念構成図である。図１は、（ａ）直列２接合（２Ｓ）モジュール、（ｂ）電圧整合ダブルタンデム（２ＶＭ）モジュール、（ｃ）直列３接合（３Ｓ）モジュール、（ｄ）直列／並列３接合（３Ｓ／Ｐ）モジュール、及び（ｅ）電圧整合トリプルタンデム（３ＶＭ（２Ｓ））モジュールの構成を示している。

【0024】

２Ｓモジュール及び２ＶＭモジュールは、いずれも光入射側からトップセル１０とボトムセル１２を重ね合わせた構成である。また、３Ｓモジュール、３Ｓ／Ｐモジュール及び３ＶＭ（２Ｓ）モジュールは、いずれも光入射側からトップセル１０、ミドルセル１４及びボトムセル１２を重ね合わせた構成である。

【0025】

２Ｓモジュールは、トップセル１０及びボトムセル１２を直接積層した構成を有する太陽電池モジュールである。２ＶＭモジュールは、トップセル１０及びボトムセル１２を異なる基板上に形成し、ｎ_ｔｏｐ個のトップセル１０及びｎ_ｂｏｔ個のボトムセル１２をそれぞれ直列に接続してトップモジュール及びボトムモジュールを構成し、トップモジュールとボトムモジュールとを並列接続した太陽電池モジュールである。２ＶＭモジュールでは、トップモジュールの個数ｎ_ｔｏｐとボトムモジュールの個数ｎ_ｂｏｔを調整することで、トップモジュールとボトムモジュールの出力電圧を整合させることができる。

【0026】

３Ｓモジュールは、トップセル１０、ミドルセル１４及びボトムセル１２を直接積層した構成を有する太陽電池モジュールである。３Ｓ／Ｐモジュールは、トップセル１０、ミドルセル１４及びボトムセル１２を直接積層した構成であり、ミドルセル１４及びボトムセル１２を組み合わせたモジュールとトップセル１０のみからなるモジュールを並列接続した太陽電池モジュールである。３ＶＭ（２Ｓ）モジュールは、トップセル１０とミドルセル１４及びボトムセル１２を異なる基板上に形成し、ｎ_ｔｏｐ個のトップセル１０とｎ_ｍｂ個のミドルセル１４及びボトムセル１２をそれぞれ直列に接続してトップモジュール及びミドル／ボトムモジュールを構成し、トップモジュールとミドル／ボトムモジュールとを並列接続した太陽電池モジュールである。３ＶＭ（２Ｓ）モジュールでは、トップモジュールの個数ｎ_ｔｏｐとミドル／ボトムモジュールの個数ｎ_ｍｂを調整することで、トップモジュールとミドル／ボトムモジュールの出力電圧を整合させることができる。

【0027】

上記各種の太陽電池モジュールの電流密度－電圧（Ｊ－Ｖ）特性をモデル化し、光電変換効率η_ＳＣを計算した。

【0028】

太陽電池セル（単セル）の電流密度ｊ^（ＳＣ）を、定電流源、ダイオード、直列抵抗の組み合わせからなる等価回路から導かれる数式（１）により表す。

【数1】

【0029】

ここで、ｊ_ｐｈ，ｊ_０，ｒ_ｓは、それぞれ光電流密度、ダイオードの逆飽和電流密度、及び直列抵抗である。ｑ，ｋ_Ｂ，Ｔはそれぞれ電荷素量、Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ定数、素子の温度（３００Ｋ）である。光電変換の外部量子効率η_ＥＱＥが光子エネルギーによらない一定値であると近似すると、光電流密度ｊ_ｐｈはセルに用いられる光吸収材料のバンドギャップＥ_ｇと太陽光の光子数スペクトルｎ_ｓｕｎ（ｈバーω）（ただし、ｈバーはプランク定数ｈを２πで除した値）により決まる。

【数2】

【0030】

タンデムセルの場合は、数式（２）の積分範囲の上限がセルの位置に応じて変化する。２Ｓモジュール及び２ＶＭモジュールのボトムセルの場合は、それぞれのトップセルのバンドギャップである。３Ｓ、３Ｓ／Ｐ、及び３ＶＭ（２Ｓ）モジュールのミドルセルの場合は、それぞれのトップセルのバンドギャップであり、ボトムセルの場合は、それぞれのミドルセルのバンドギャップである。ダイオードの逆飽和電流密度ｊ_０については、一般化されたプランクの法則により表される輻射再結合の成分と、輻射、非輻射の両過程を合わせた全再結合電流密度の比である外部発光効率η_ＥＲＥを導入すると数式（３）が導かれる。

【数3】

【0031】

ただし、Ｆｅｒｍｉ－Ｄｉｒａｃ分布関数がＢｏｌｔｚｍａｎｎ分布関数により近似されている。なお、ｈ，ｃはそれぞれプランク定数、及び真空中の光速度である。

【0032】

数式（１）の太陽電池セル（単セル）の電流密度ｊ^（ＳＣ）により表される特性をもつセルが直列、並列に接続された各タンデム太陽電池モジュールのＪ－Ｖ特性及び光電変換効率η_ＳＣを求めた。

【0033】

上記各種の太陽電池モジュールの電流密度－電圧（Ｊ－Ｖ）特性は、以下の連立方程式を解くことにより求められる。ｊ_ｔｏｐ［ｖ_ｔｏｐ］、ｊ_ｍｉｄ［ｖ_ｍｉｄ］、ｊ_ｂｏｔ［ｖ_ｂｏｔ］はそれぞれ数式（１）により表されるトップセル、ミドルセル、ボトムセルの電流－電圧特性である。
＜２Ｓ太陽電池モジュール＞

【数4】

＜２ＶＭ太陽電池モジュール＞

【数5】

＜３Ｓ太陽電池モジュール＞

【数6】

＜３Ｓ／Ｐ太陽電池モジュール＞

【数7】

＜３ＶＭ（２Ｓ）太陽電池モジュール＞

【数8】

【0034】

ここで、光電変換効率η_ＳＣは電圧Ｖの関数としての電流密度Ｊと電圧Ｖの積の最大値に対する太陽光強度Ｐ_ｓｕｎの比であり、数式（９）で表される。

【数9】

【0035】

なお、透明導電基板や配線の抵抗損失、及び光電変換に寄与しない光吸収、反射による損失は無視した。

【0036】

数値計算の際には、有機無機ハイブリッドペロブスカイト（ＰＶＫ）太陽電池セル、シリコン（Ｓｉ）太陽電池セル、及びＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２太陽電池セルの各々について、数式（１）により得られる発電特性が変換効率の最高値が得られたセルの実測値に近い値となるようにフィッティングにより求めた光電変換の外部量子効率η_ＥＱＥ，外部発光効率η_ＥＲＥ，直列抵抗ｒ_ｓの各値を用いた。

【0037】

表１は、有機無機ハイブリッドペロブスカイト（ＰＶＫ）、結晶シリコン（Ｓｉ）、及びＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２の各単接合太陽電池セルの電流密度－電圧特性のモデル式（数式（１））に用いられた外部量子効率η_ＥＱＥ、外部発光効率η_ＥＲＥ、及び直列抵抗ｒ_ｓと、短絡電流密度ｊ_ＳＣ、開放端電圧ｖ_ＯＣ、形状因子ｆｆ、及び光電変換効率η_ＳＣの計算結果と実測値を示す。

【表1】

【0038】

なお、ＰＶＫ太陽電池セルの実測値はH. Min, D. Y. Lee, J. Kim, G. Kim, K. S. Lee, J. Kim, M. J. Paik, Y. K. Kim, K. S. Kim, M. G. Kim, T. J. Shin, and S. I. Seok, Nature 598, 444 (2021).，Ｓｉ太陽電池セルの実測値はK. Yoshikawa, H. Kawasaki, W. Yoshida, T. Irie, K. Konishi, K. Nakano, T. Uto, D. Adachi, M. Kanematsu, H. Uzu, and K.i Yamamoto, Nat. Energy 2, 17032 (2017).，ＣＩＧＳ太陽電池セルの実測値はM. Nakamura, K. Yamaguchi, Y. Kimoto, Y. Yasaki, T. Kato, and H. Sugimoto, IEEE J. Photovolt. 9, 1863 (2019).を引用した。

【0039】

まず、標準条件であるＡＭ１．５Ｇ光照射（Reference Solar Spectral Irradiance: Air Mass 1.5, National Renewable Energy Laboratory, available from https://rredc.nrel.gov/solar/spectra/am1.5/）、温度３００Ｋにおいて、任意のトップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対して光電変換効率η_ＳＣが最大となるように、ミドルセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｍｉｄ）}、２ＶＭモジュールについてはボトムセルとトップセルの個数の比ｎ_ｂｏｔ／ｎ_ｔｏｐ、３ＶＭ（２Ｓ）モジュールについてはミドル／ボトムセルとトップセルの個数の比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐを最適化した。

【0040】

なお、トップセルの個数ｎ_ｔｏｐ、ボトムセルの個数ｎ_ｂｏｔ及びミドル／ボトムセルの個数ｎ_ｍｂは本来整数である。しかしながら、大きいサイズの太陽電池モジュールであってトップセルの個数ｎ_ｔｏｐ、ボトムセルの個数ｎ_ｂｏｔ及びミドル／ボトムセルの個数ｎ_ｍｂが多ければボトムセルとトップセルの個数の比ｎ_ｂｏｔ／ｎ_ｔｏｐやミドル／ボトムセルとトップセルの個数の比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐを細かい刻みで設定することができる。したがって、これらの比は連続変数として扱った。

【0041】

最適化された構造について、日射スペクトルのデータベース（つくば市、２０１５年）を用いて（ＮＥＤＯ，日射に関するデータベース）、年間平均の光電変換効率η_ＳＣ ^{（ａｎｎｕａｌ）}を計算した。モジュールの温度は３００Ｋの一定値に設定した。

【0042】

図２は、トップセル及びミドルセルにＰＶＫセルを適用し、ボトムセルに結晶シリコン（Ｓｉ）セルを適用したときの２Ｓモジュール、２ＶＭモジュール、３Ｓモジュール、３Ｓ／Ｐモジュール及び３ＶＭ（２Ｓ）モジュールについて年間平均の変換効率η_ＳＣ ^{（ａｎｎｕａｌ）}を計算し、そのトップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対する依存性を求めた結果を示す。図２に示すように、トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＝２．２ｅＶ付近を除いて、３ＶＭ（２Ｓ）モジュールの変換効率η_ＳＣ ^{（ａｎｎｕａｌ）}が最も高い値を示した。３ＶＭ（２Ｓ）モジュール及び３Ｓ／Ｐモジュールは、共に、トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＝２．２ｅＶにて変換効率η_ＳＣ ^{（ａｎｎｕａｌ）}＝４０％が得られた。ただし、３Ｓ／Ｐモジュールに比べて３ＶＭ（２Ｓ）モジュールは変換効率η_ＳＣ ^{（ａｎｎｕａｌ）}のトップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}依存性が小さいので、トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}が最適値からずれても変換効率η_ＳＣ ^{（ａｎｎｕａｌ）}が他のモジュールに比べて高い値で維持されることが判明した。一方、３Ｓモジュールでは、日射スペクトルが変動した時の電流不整合の悪影響が大きく、最適なトップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}であっても、３ＶＭ（２Ｓ）モジュール及び３Ｓ／Ｐモジュールよりも変換効率η_ＳＣ ^{（ａｎｎｕａｌ）}が低い値に留まった。

【0043】

図３及び図４は、３ＶＭ（２Ｓ）モジュールに用いられるトップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対するミドルセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｍｉｄ）}、及びモジュール内のトップセルの直列接続数ｎ_ｔｏｐとミドル／ボトムセルの直列接続数ｎ_ｍｂの比の最適値を求めた結果を示す。これらの最適値は、数式（１０）及び数式（１１）の１次式で表すことができる。なお、トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}は、１．６ｅＶ以上２．４ｅＶ以下の範囲とすることが好適である。

【数10】

【数11】

【0044】

図５及び図６は、それぞれ３ＶＭ（２Ｓ）モジュールに用いられるミドルセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｍｉｄ）}及びトップセルの直列接続数ｎ_ｔｏｐとミドル／ボトムセルの直列接続数ｎ_ｍｂの比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐが最適値からずれたときの影響を調べた結果を示す。縦軸は、ＡＭ１．５Ｇ光を照射した時の変換効率η_ＳＣの相対値である。

【0045】

ミドルセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｍｉｄ）}は最適値からのずれが±０．１ｅＶの範囲にあれば、変換効率η_ＳＣは最大値に対して相対的に約９０％の範囲に収まった。また、トップセルの直列接続数ｎ_ｔｏｐとミドル／ボトムセルの直列接続数ｎ_ｍｂの比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐは最適値からのずれが±０．１５の範囲にあれば、変換効率η_ＳＣは最大値に対して相対的に約９０％の範囲に収まった。

【0046】

なお、比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐが最適値にあるときはトップモジュールの最大出力動作電圧Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}とミドル／ボトムモジュールの最大出力動作電圧Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）が略一致する。しかしながら、比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐが最適値からずれると、図７に示すように両者に差が生ずる。図８は、トップモジュールの最大出力動作電圧Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}とミドル／ボトムモジュールの最大出力動作電圧Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）の相対的な差の関数として変換効率η_ＳＣを求めた結果を示す。図８に示すように、２｜Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}－Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）｜／｜Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}＋Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）｜＜０．２を満たすときに、比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐが最適値であるときの変換効率η_ＳＣの最大値に対して変換効率η_ＳＣを約９０％以上に維持することができた。

【0047】

図９は、トップセル及びミドルセルにＰＶＫセルを適用し、ボトムセルにＣＩＧＳセルを適用したときの２Ｓモジュール、２ＶＭモジュール、３Ｓモジュール、３Ｓ／Ｐモジュール及び３ＶＭ（２Ｓ）モジュールについて年間平均の変換効率η_ＳＣ ^{（ａｎｎｕａｌ）}を計算し、そのトップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対する依存性を求めた結果を示す。図９に示すように、ボトムセルに結晶シリコン（Ｓｉ）セルを適用したときと同様の結果が得られた。したがって、上記の最適化に関する各種条件は、ボトムセルにＣＩＧＳセルを適用したときもボトムセルに結晶シリコン（Ｓｉ）セルを適用したとき同様とすることができる。

【0048】

なお、ボトムセルとしてＣＩＧＳセルを適用する場合、図１０に示すように、透明基板２０上に形成された集積型太陽電池モジュールからなる半透光性のトップモジュールと、基板２２上に形成された集積型２直列太陽電池モジュールからなるミドルモジュール／ボトムモジュールと、を積層した構成してもよい。

【0049】

図１１は、各種の太陽電池モジュールと電気化学（ＥＣ）モジュールとを組み合わせた人工光合成デバイスを示す概念構成図である。図１１（ａ）は、直列２接合（２Ｓ）モジュールと電気化学（ＥＣ）モジュールを組み合わせた人工光合成デバイス（２Ｓ－ＥＣ）の構成を示す。図１１（ｂ）は、電圧整合ダブルタンデム（２ＶＭ）モジュールと電気化学（ＥＣ）モジュールを組み合わせた人工光合成デバイス（２ＶＭ－ｎＥＣ）の構成を示す。図１１（ｃ）は、直列／並列３接合（３Ｓ／Ｐ）モジュールと電気化学（ＥＣ）モジュールを組み合わせた人工光合成デバイス（３Ｓ／Ｐ－ＥＣ）の構成を示す。図１１（ｄ）は、電圧整合トリプルタンデム（３ＶＭ（２Ｓ））モジュールと電気化学（ＥＣ）モジュールを組み合わせた人工光合成デバイス（３ＶＭ（２Ｓ）－ｎＥＣ）の構成を示す。なお、太陽電池モジュールとして３Ｓモジュールを用いると変換効率η_ＳＴＣが大幅に低下することが既に知られているので比較対象から除いた。

【0050】

太陽電池モジュールの電流密度－電圧（Ｊ－Ｖ）特性の曲線と、ＥＣモジュールの負荷曲線の交点（電流密度Ｊ_ｏｐ、電圧Ｖ_ｏｐ）が人工光合成デバイスの動作点である。図１１に示した各人工光合成デバイスの電流密度Ｊ_ｏｐ及び電圧Ｖ_ｏｐは以下の連立方程式を解くことにより求められる。ここで、ｊ_ＥＣ［ｖ_ＥＣ］は、ＥＣリアクタの負荷曲線である。
＜２Ｓ－ＥＣ人工光合成デバイス＞

【数12】

＜２ＶＭ－ｎＥＣ人工光合成デバイス＞

【数13】

ただし、電流密度Ｊ_ｏｐ、電圧Ｖ_ｏｐはＥＣリアクタ１台当たりの値である。
＜３Ｓ／Ｐ－ＥＣ人工光合成デバイス＞

【数14】

＜３ＶＭ（２Ｓ）人工光合成デバイス＞

【数15】

ただし、電流密度Ｊ_ｏｐ、電圧Ｖ_ｏｐはＥＣリアクタ１台当たりの値である。

【0051】

水（Ｈ_２Ｏ）から水素（Ｈ_２）と酸素（Ｏ_２）を生成するＥＣリアクタのファラデー効率η_ＦＥはほぼ１であるとみなすことができる。この反応の熱力学的閾値電圧は１．２３Ｖであるから、太陽光エネルギーから水素（Ｈ_２）の化学エネルギーへの変換効率η_Ｈ２は数式（１６）で表される。

【数16】

【0052】

一方、二酸化炭素（ＣＯ_２）から一酸化炭素（ＣＯ）と酸素（Ｏ_２）を生成するＥＣリアクタのファラデー効率η_ＦＥが１よりも小さく、かつ電圧Ｖ_ｏｐに依存することを考慮する。この反応の熱力学的閾値電圧は１．３４Ｖであるから、一酸化炭素（ＣＯ）の化学エネルギーへの変換効率η_ＣＯは数式（１７）により求められる。

【数17】

【0053】

水素（Ｈ_２）を生成するＥＣリアクタの負荷曲線、一酸化炭素（ＣＯ）を生成するＥＣリアクタの負荷曲線、及びファラデー効率η_ＦＥには、それぞれS. Wen, T. Yang, N. Zhao, L. Ma, and E. Liu, Appl. Catal. B: Environ. 258, 117953 (2019)，S. Verma, Y. Hamasaki, C. Kim, W. Huang, S. Lu, H.-R. M. Jhong, A. A. Gewirth, T. Fujigaya, N. Nakashima, and P. J. A. Kenis, ACS Energy Lett. 4, 193 (2018)のデータを適用した。

【0054】

先に述べたタンデム太陽電池モジュールの場合と同様に、ＡＭ１．５Ｇ光について最適化を行い、水素（Ｈ_２）及び一酸化炭素（ＣＯ）の化学エネルギーへの変換効率η_Ｈ２、η_ＣＯを求めた後に、最適化された構造について年間平均の変換効率η_Ｈ２ ^{（ａｎｎｕａｌ）}、η_ＣＯ ^{（ａｎｎｕａｌ）}を計算した。この際、ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣ等も連続変数と見なした。太陽電池モジュール及びＥＣモジュールの温度は３００Ｋの一定値に設定した。

【0055】

図１２は、水素（Ｈ_２）を生成するＥＣリアクタを用いた人工光合成デバイスの年間平均の変換効率η_Ｈ２ ^{（ａｎｎｕａｌ）}を計算し、そのトップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}依存性を求めた結果を示す。図１２に示すように、全領域において３ＶＭ（２Ｓ）モジュールを適用した人工光合成デバイス３ＶＭ（２Ｓ）－ｎＥＣにおいての変換効率η_Ｈ２ ^{（ａｎｎｕａｌ）}が最も高くなった。太陽電池モジュールの年間平均変換効率η_ＳＣ ^{（ａｎｎｕａｌ）}の傾向と異なるのは、２Ｓモジュールを適用した人工光合成デバイス２Ｓ－ＥＣの変換効率η_Ｈ２ ^{（ａｎｎｕａｌ）}が２ＶＭモジュールを適用した人工光合成デバイス２ＶＭ－ｎＥＣに比べて大幅に低い点が挙げられる。これは、人工光合成デバイス２Ｓ－ＥＣについて太陽電池モジュールの最大出力動作電圧と人工光合成デバイスの動作電圧の差が大きいからである。また、トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}が小さくなると人工光合成デバイス３Ｓ／Ｐ－ＥＣの変換効率η_Ｈ２ ^{（ａｎｎｕａｌ）}が急激に低下する点も挙げられる。これは、トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}が小さいと太陽電池モジュールの最大出力動作電圧が低く、人工光合成デバイスの動作電流が小さくなるからである。

【0056】

図１３は、人工光合成デバイス３ＶＭ（２Ｓ）－ｎＥＣに用いられるモジュール内のトップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対するミドルセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｍｉｄ）}の最適値を示す。また、図１４は、モジュール内のトップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対するトップセルの直列接続数ｎ_ｔｏｐとミドル／ボトムセルの直列接続数ｎ_ｍｂの比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐの最適値、及び、ＥＣリアクタの直列接続数ｎ_ＥＣとトップセルの直列接続数ｎ_ｔｏｐの比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣの最適値を示す。

【0057】

ミドルセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｍｉｄ）}及び比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐの最適値は、ミドルセルとボトムセルの電流整合条件により決まるため、負荷（パワーコンディショナーまたはＥＣリアクタ）には殆ど依存しない。したがって、それぞれ図３及び図４に示した太陽電池の場合とほぼ同じ値となった。一方、比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣの最適値はＥＣリアクタの特性によって決まり、数式（１８）に示される１次式で表すことができる。

【数18】

【0058】

図１５は、人工光合成デバイス３ＶＭ（２Ｓ）－ｎＥＣに用いられる比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣが最適値からずれたときの影響を示す。縦軸は、ＡＭ１．５Ｇ光を照射した時の変換効率η_Ｈ２の相対値である。図１５では、トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}が１．７ｅＶ及び２．０ｅＶの場合について影響を調べた結果を示している。比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣは、その最適値から－０．０５から＋０．１の範囲にあれば、最適値の場合における変換効率η_Ｈ２の約９０％の高い値を維持できる。

【0059】

図１６は、一酸化炭素（ＣＯ）を生成するＥＣリアクタを用いた人工光合成デバイスの年間平均の変換効率η_ＣＯ ^{（ａｎｎｕａｌ）}を計算し、そのトップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}依存性を求めた結果を示す。図１６に示すように、変換効率η_ＣＯ ^{（ａｎｎｕａｌ）}の特性は水素（Ｈ_２）を生成するＥＣリアクタを用いた人工光合成デバイスと同様の傾向を示した。トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＝２．２ｅＶを除いて、人工光合成デバイス３ＶＭ（２Ｓ）－ｎＥＣの変換効率η_ＣＯ ^{（ａｎｎｕａｌ）}が最も高い値を示した。

【0060】

図１７は、人工光合成デバイス３ＶＭ（２Ｓ）－ｎＥＣに用いられるモジュール内のトップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対するミドルセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｍｉｄ）}の最適値を示す。また、図１８は、モジュール内のトップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対するトップセルの直列接続数ｎ_ｔｏｐとミドル／ボトムセルの直列接続数ｎ_ｍｂの比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐの最適値、及び、ＥＣリアクタの直列接続数ｎ_ＥＣとトップセルの直列接続数ｎ_ｔｏｐの比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣの最適値を示す。

【0061】

ミドルセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｍｉｄ）}及び比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐの最適値は、ミドルセルとボトムセルの電流整合条件により決まるため、負荷（パワーコンディショナーまたはＥＣリアクタ）には殆ど依存しない。したがって、それぞれ図３及び図４に示した太陽電池の場合とほぼ同じ値となった。一方、比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣの最適値はＥＣリアクタの特性によって決まり、数式（１９）に示される１次式で表すことができる。

【数19】

【0062】

図１９は、人工光合成デバイス３ＶＭ（２Ｓ）－ｎＥＣに用いられる比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣが最適値からずれたときの影響を示す。縦軸は、ＡＭ１．５Ｇ光を照射した時の変換効率η_ＣＯの相対値である。図１９では、トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}が１．７ｅＶ及び２．０ｅＶの場合について影響を調べた結果を示している。比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣは、その最適値から－０．０５から＋０．１の範囲にあれば、最適値の場合における変換効率η_ＣＯの約９０％の高い値を維持できる。

【0063】

［本発明の構成］
［構成１］
バンドギャップが各々異なる太陽電池セルであるトップセル、ミドルセル及びボトムセルを組み合わせた太陽電池モジュールであって、
光入射側から、前記トップセルを個数ｎ_ｔｏｐ直列接続したトップモジュールと、前記ミドルセルと前記ボトムセルを積層したミドル／ボトム積層セルを個数ｎ_ｍｂ直列接続したミドル／ボトムモジュールと、を積層し、
前記トップモジュールと前記ミドル／ボトムモジュールを並列接続し、
前記個数ｎ_ｔｏｐと前記個数ｎ_ｍｂの比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐは、前記トップモジュールの最大出力動作電圧Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}と前記ミドル／ボトムモジュールの最大出力動作電圧Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）が２｜Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}－Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）｜／｜Ｖ_ＭＰＰ ^{（ｔｏｐ）}＋Ｖ_ＭＰＰ ^（ｍｂ）｜＜０．２を満たすことを特徴とする太陽電池モジュール。
［構成２］
構成１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記トップセル及び前記ミドルセルの少なくとも一方は、有機無機ハイブリッドペロブスカイトからなることを特徴とする太陽電池モジュール。
［構成３］
構成１又は２に記載の太陽電池モジュールであって、
前記ボトムセルは、結晶シリコン又はＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２からなることを特徴とする太陽電池モジュール。
［構成４］
構成１～３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールであって、
前記トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}は、１．６ｅＶ以上２．４ｅＶ以下であることを特徴とする太陽電池モジュール。
［構成５］
構成１～３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールであって、
前記トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対して、前記ミドルセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｍｉｄ）}は、０．３Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋０．８８±０．１ｅＶの範囲であることを特徴とする太陽電池モジュール。
［構成６］
構成１～５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールであって、
前記トップセルのバンドギャップＥ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}に対して、比ｎ_ｍｂ／ｎ_ｔｏｐは０．４４Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋０．０４±０．１５の範囲であることを特徴とする太陽電池モジュール。
［構成７］
構成１～６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールと、
電気化学リアクタ又は複数の電気化学リアクタを直列接続した電気化学リアクタモジュールと、
を組み合わせたことを特徴とする電気化学反応デバイス。
［構成８］
構成７に記載の電気化学反応デバイスであって、
前記電気化学リアクタは、水（Ｈ_２Ｏ）から水素（Ｈ_２）と酸素（Ｏ_２）を生成するリアクタであることを特徴とする電気化学反応デバイス。
［構成９］
構成８に記載の電気化学反応デバイスであって、
前記電気化学リアクタモジュールは、前記電気化学リアクタを個数ｎ_ＥＣ直列接続して構成され、
前記個数ｎ_ｔｏｐと前記個数ｎ_ＥＣの比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣは－０．３４Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋２．２１－０．０５以上－０．３４Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋２．２１＋０．１以下の範囲であることを特徴とする電気化学反応デバイス。
［構成１０］
構成７に記載の電気化学反応デバイスであって、
前記電気化学リアクタは、二酸化炭素（ＣＯ_２）を還元するリアクタであることを特徴とする電気化学反応デバイス。
［構成１１］
構成７に記載の電気化学反応デバイスであって、
前記電気化学リアクタは、二酸化炭素（ＣＯ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）から一酸化炭素（ＣＯ）又はギ酸（ＨＣＯＯＨ）を生成するリアクタであることを特徴とする電気化学反応デバイス。
［構成１２］
構成１１に記載の電気化学反応デバイスであって、
前記電気化学リアクタモジュールは、前記電気化学リアクタを個数ｎ_ＥＣ直列接続して構成され、
前記個数ｎ_ｔｏｐと前記個数ｎ_ＥＣの比ｎ_ｔｏｐ／ｎ_ＥＣは－０．３８Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋２．３５－０．０５以上－０．３８Ｅ_ｇ ^{（ｔｏｐ）}＋２．３５＋０．１以下の範囲であることを特徴とする電気化学反応デバイス。

【符号の説明】

【0064】

１０ トップセル、１２ ボトムセル、１４ ミドルセル、２０ 透明基板、２２ 基板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】