專利名稱：光電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電池。
背景技術(shù)：
光電池將光能轉(zhuǎn)化為電能，“光生伏打效應(yīng)”是通過(guò)其而使光能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。光電池典型地是固態(tài)裝置，通常是半導(dǎo)體，比如硅。通常照射一個(gè)或多個(gè)光敏電極，同時(shí)產(chǎn)生電壓和電流。
電化學(xué)電池可以是膜電極組合件(MEA)的形式，即，陰極/膜/陽(yáng)極組合件。MEA典型地具有多層結(jié)構(gòu)，其包含(i)離子交換膜(IEM)、(ii)集電電極和(iii)在每一側(cè)上的電催化劑層。
WO-A-03/023890描述了一種通過(guò)原位聚合方法形成的復(fù)合的MEA。該公開(kāi)進(jìn)一步地描述了具有改善的反應(yīng)界面的MEA。
發(fā)明概述本發(fā)明致力于對(duì)于通過(guò)光生伏打效應(yīng)產(chǎn)生電能的有效方法的需要。本發(fā)明包括使用能夠透射光的MEA。
本發(fā)明的第一個(gè)方面是一種光電池，其是能夠透射光的膜電極組合件。該膜材料優(yōu)選是含有強(qiáng)離子性基團(tuán)的聚合物。該組合件優(yōu)選包含催化劑和/或染料增感劑。
本發(fā)明的第二個(gè)方面是一種產(chǎn)生電壓的方法，其包括照射本發(fā)明的電池。
優(yōu)選實(shí)施例的描述術(shù)語(yǔ)“光電池”這里用于表示能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能的電池。
術(shù)語(yǔ)“膜電極組合件”這里用于表示陰極/膜/陽(yáng)極組合件。
該膜能夠透射光。例如，該膜可包括一個(gè)或多個(gè)用于光透射的通道或可以是光學(xué)透明的，優(yōu)選地是光學(xué)暢通的(clear)。該膜材料可以對(duì)光子(例如，高能、可見(jiàn)光或UV輻射)是可透過(guò)的。其優(yōu)選地是具有延展性的，使其能夠成形為可如所希望的對(duì)光進(jìn)行聚焦、集中和定向的形狀。因此，例如，該MEA可以是光波導(dǎo)器或透鏡的形式。
該膜材料優(yōu)選地包括含有強(qiáng)離子性基團(tuán)的聚合物。該膜可通過(guò)單體的聚合而形成，其包括的單體比如為甲基丙烯酸羥基乙酯(HEMA)、丙烯腈(AN)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸(AMPSA)和/或乙烯基吡咯烷酮(VP)。
該材料可以通過(guò)包括電活性共聚單體的單體的共聚而形成。該電活性組分可以基于酸(例如，磺酸(SO3)、磷酸或膦酸)、或者堿(OH)(例如，KOH、NaOH或氫氧化銨)。如果使用電惰性共聚單體，可以通過(guò)引入強(qiáng)離子性的分子而使該材料成為電活性的，例如使用溶脹流體技術(shù)(swelling liquid technique)。
可以使用水來(lái)冷卻電池，維持水合作用并且?guī)ё哌^(guò)多的作為熱能的能量。因此，聚合物優(yōu)選地是親水性的，使其固有地能夠通過(guò)其分子結(jié)構(gòu)吸收和傳輸水。親水性聚合物可典型地通過(guò)通常由憎水性/結(jié)構(gòu)性共聚單體和親水性共聚單體組成的單體混合物的溶液的共聚反應(yīng)而形成。為了較高的穩(wěn)定性，聚合物優(yōu)選地是交聯(lián)的。交聯(lián)材料可通過(guò)向材料施加電離輻射或使用交聯(lián)劑而形成。附加交聯(lián)劑的使用使得可以獨(dú)立于電特性而控制最終吸水量。該膜可包括用于水傳輸?shù)募赏ǖ馈?br> 該組合件可包括合適的催化劑。優(yōu)選的催化劑包括鉑和二氧化鈦。可以使用染料增感劑，比如，二氯化三(2，2′-聯(lián)吡啶)合釕(II)六水合物(即，Ru(bpy)32+的化合物、碘或具有合適的猝滅化合物(例如，甲基紫精)的鐵絡(luò)合物。優(yōu)選地，該增感劑遍布于膜中分布。任何催化劑優(yōu)選地布置于電極上或電極附近。
電極可以是半透明的、透明的(例如，氧化錫玻璃)或具有“稀薄組織(open-weave)”的結(jié)構(gòu)，以使得光子傳導(dǎo)透過(guò)電極到達(dá)膜?？梢允褂锰伎椢?fabric)作為電極，并且該織物可以摻雜催化劑層。該組合件可以是單獨(dú)的MEA的堆積體的形式。
在WO-A-03/023890中可以找到關(guān)于用于形成MEA的合適的材料和方法的進(jìn)一步信息。
下面的實(shí)施例舉例描述了本發(fā)明。
實(shí)施例1本發(fā)明的電池使用AN-VP-AMPSA共聚物膜來(lái)構(gòu)造。使用的電極-催化劑系統(tǒng)是涂布有二氧化鈦的氧化錫玻璃和涂布有鉑的碳織物。

圖1中描述了該電池。
使用“藍(lán)”燈(100W電輸出)來(lái)照射電池。測(cè)量電池的輸出，并發(fā)現(xiàn)其完全依賴于光的存在，產(chǎn)生0.59V的開(kāi)路電壓。所得到的電流取決于光通量，達(dá)到0.22mA/cm2的最大值。
實(shí)施例2制造類似于實(shí)施例1的電池，除了該膜是通過(guò)采用玻璃電極板的原位熱聚合單體形成的。
以先前的方式照射電池，產(chǎn)生0.78V的開(kāi)路電壓。
權(quán)利要求
1.一種光電池，其是能夠透射光的膜電極組合件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電池，其中該膜是包含聚合物的材料，該聚合物包含強(qiáng)離子性基團(tuán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電池，其中該聚合物是親水性的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的電池，其中該聚合物是交聯(lián)的。
5.根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的電池，其中該膜是具有延展性的材料。
6.根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的電池，其中該組合件是堆積體的形式。
7.根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的電池，其中該組合件包括催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電池，其中該催化劑包括鉑和/或二氧化鈦。
9.根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的電池，其中該膜包括適用于光透射的通道。
10.根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的電池，其中該膜是光學(xué)透明的。
11.根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的電池，其中該組合件包括染料增感劑。
12.根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的電池，其中該組合件是平面結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的電池，其中電極是透明的。
14.一種用于產(chǎn)生電壓的方法，其包括照射根據(jù)權(quán)利要求1-13的任一項(xiàng)的電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及膜電極組合件(即，能夠透射光的陰極/膜/陽(yáng)極組合件)的應(yīng)用。本發(fā)明的第一個(gè)方面是一種光電池，其是能夠透射光的膜電極組合件。該膜材料優(yōu)選地是包含強(qiáng)離子性基團(tuán)的聚合物。該組合件優(yōu)選地包含催化劑和/或染料增感劑。本發(fā)明的第二個(gè)方面是一種產(chǎn)生電壓的方法，其包括照射本發(fā)明的電池。
文檔編號(hào)H01L51/42GK1856850SQ200480024092
公開(kāi)日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2004年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者D·J·海蓋特, L·哈里森, S·伯恩 申請(qǐng)人:Itm燃料電池有限公司