[發(fā)明專利]光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910082552.0
• 申請日: 2009-04-24
• 公開（公告）號: CN101872866A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 江雷;聞利平;翟錦;聶富強(qiáng);宋延林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號: H01M6/36
• 分類號: H01M6/36
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能電池的設(shè)計及制備方法，具體涉及的是一種將太陽能和光致質(zhì)子化的光酸分子(光敏物質(zhì))聯(lián)合在一起的具有高效、清潔、可再生等優(yōu)點的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池。

背景技術(shù)

能源與人類社會的生存和發(fā)展休戚相關(guān)，人類社會的高速發(fā)展伴隨著能源消耗的急劇增加。然而礦藏資源的有限及燃燒后造成對環(huán)境的污染，使得可再生新能源的開發(fā)及應(yīng)用成為各國政府經(jīng)濟(jì)發(fā)展與安全建設(shè)追求的目標(biāo)《Joumal?of?Membrane?Science?319(2008)214-222》。新能源如太陽能、潮汐能、風(fēng)能、海洋能及生物質(zhì)能由于具有清潔、可再生、分布廣泛及儲量巨大等許多無可比擬的優(yōu)勢而備受能源界的關(guān)注、開發(fā)及利用。近年來，利用太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)發(fā)展得相當(dāng)迅猛，包括利用太陽光的單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、染料敏化太陽能電池以及以有機(jī)化合物等為材料的太陽能電池，由于這些電池具有可再生、清潔，且所利用的太陽能無處不在等特性而備受人們的青睞《二氧化鈦微納米分級結(jié)構(gòu)的制備及其光電性能》。然而，單晶硅太陽能電池的價格不菲，及染料敏化太陽能電池和有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率相對較低，這些缺陷都直接影響了這些太陽能電池的廣泛使用《Prog.Photovolt：Res.Appl.2004；12：113-142》。如果設(shè)計出一種能將太陽能和光酸分子兩者有機(jī)地結(jié)合在一起而得到一種新型光誘導(dǎo)質(zhì)子化電池，并使其能夠規(guī)?；_發(fā)和使用，這種電池定將能夠成為未來的可再生清潔能源。

基于以上思路，本發(fā)明設(shè)計將太陽能與在水中能離解出氫離子的光酸分子相聯(lián)合，并且此光酸分子經(jīng)光誘導(dǎo)后氫離子濃度能夠發(fā)生明顯的改變，采用持續(xù)在電池的外部加光促使電池內(nèi)部的光酸分子和其光解后產(chǎn)生的氫離子在電池內(nèi)部的不斷循環(huán)達(dá)到穩(wěn)定電流產(chǎn)生的效果，從而提供一種光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，該電池是一種具有清潔、可再生、經(jīng)濟(jì)適用性強(qiáng)及不受空間位置限制，且能夠被廣泛使用的環(huán)保電池。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是為了解決不可再生一次能源的短缺問題以及燃燒后又對環(huán)境造成二次污染的問題，提供一種利用廉價的太陽能分解光酸分子(光敏物質(zhì))產(chǎn)生陰陽離子，并利用陰陽離子擴(kuò)散方向和速度的不同，從而制備出可再生清潔環(huán)保的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池。

本發(fā)明的另一個目的是為了提高傳統(tǒng)一次能源使用效率不高及一次能源不可再生的問題，提供一種能夠?qū)⒐馑岱肿咏?jīng)光照發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生的陰離子和陽離子及光酸分子在電池的內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)，并使產(chǎn)生的電流持續(xù)恒定的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池。

本發(fā)明的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池是一種集太陽能和在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離子的光酸分子聯(lián)合在一起的太陽能電池。該光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池包括光電化學(xué)池、陽離子交換隔膜、在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離子和陰離子的光酸分子以及電極。

本發(fā)明的光電化學(xué)池實質(zhì)上是一個密閉容器，所述的密閉容器中有與密閉容器的四個內(nèi)壁密封相連接的陽離子交換隔膜，并且該陽離子交換隔膜將所述的密閉容器分成體積不相等的第一容器和第二容器，其中，在第一容器中盛放有在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離子和陰離子的光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水。

所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側(cè)壁有部分地方能夠透光，且透過光與陽離子交換隔膜成90度入射角，其余密閉容器的壁為不能透光。

在第一容器中的透光部分處設(shè)置有電極(陽極或陰極)；在第二容器中設(shè)置有電極(陰極或陽極)；并且第一容器中的電極(陽極或陰極)的導(dǎo)線通向第一容器外，第二容器中的電極(陽極或陰極)的導(dǎo)線通向第二容器外，兩在密閉容器外的導(dǎo)線可與用電器相接。

所述的第一容器與第二容器的體積比為1/10～1/2。

所述的第一容器側(cè)壁能夠透光的部分面積占該側(cè)壁總面積的1/10～1/3。

太陽光只能通過第一容器側(cè)壁的透光處輻照第一容器中的極少部分光酸分子，而絕大部分的光酸分子在避光處存放，其原理如圖1所示。

所述的陽離子交換膜只允許光酸分子在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生的氫離子透過，而不允許光酸分子本身和光酸分子在光照射后產(chǎn)生的陰離子透過。

所述的陽離子交換膜指的是在水中能離解出陽離子的離子文換膜，或者說在膜結(jié)構(gòu)中含有酸性活性基團(tuán)的陽離子交換膜。所述的酸性活性基團(tuán)是-SO₃H活性基團(tuán)、-OPO₃H₂活性基團(tuán)、-PO₃H₂活性基團(tuán)、-COOH活性基團(tuán)、酚羥基活性基團(tuán)中的一種。