[发明专利]电化学光生伏打电池

说明书

本发明涉及一种光生伏打电池，它是根据再生光电化学过程的原理而设计的。

从例如国际专利申请WO91/16719已知这种光生伏打电池。此文献示出了包括第一电极的再生光电化学电池，第一电极由作为基底的玻璃构成，玻璃板涂覆有导电可透光层，导电可透光层上沉积一薄层金属氧化物半导体，例如高表面积二氧化钛。金属氧化物层设有单分子层感光染料，吸收可见光。通过将电子引入氧化物导带，染料与氧化物结合。

第二电极，所谓的“逆电极”，包括涂覆导电可透光层的玻璃板，另外还可涂覆电激活催化剂。上述电极相互面对并且在它们之间的间隙充满包含氧化还原电偶的电解质。催化剂的作用是使电子从逆电极到电解质的转移容易进行。

在上述结构中，至少一个电导层是可透明的，这样光才能达到电池内部。

我们假设光通过逆电极进入电池。然后光被上述染料吸收，并且染料将电子转移到半导体氧化物的导带。在染料中产生的“空洞”由在氧化还原过程中由电解质贡献的电子所“充满”。在外电路中连接负载，使产生的电流循环。此工作原理从例如上述文献已知。

逆电极由充满电解质的间隙与工作电极隔开的这种两板式设置的不利是，当进行内部电连接配置时，大规模生产特别复杂。

而且，充满电解质的间隙表示由于离子通道长度的电阻，这样电池的阻抗相对地高。

由于通常用在电池中的浮法玻璃板有不均匀厚度和在表面上波状变形的实际情况，在两板之间，特别是对大电池，很难实现均匀且狭窄的间隙。

另一困难在于当工作电极板涂覆一层高微孔金属氧化物半导体时，出现不均匀表面。在金属氧化物半导体层的上表面和逆电极板之间的间隙也因此而不均匀。

本发明的一个目的是提供一种电化学光生伏打电池，其中，充满在工作电极板和逆电极板之间间隙的电解质已被取消。由于低的内部阻抗，这将给出一更有效的电池。

本发明的另一目的是完全取消呈第二板形式的逆电极，显然使电池更易制造。对玻璃板而言不存在对准的问题，同样表面的电池将更轻等。

在本发明光生伏打电池中，由直接沉积在工作电极上的多孔金属氧化物半导体层上面的电催化剂材料的第一层来代替逆电极板来实现本发的上述目的。任意导电材料的第二层用作电流集电体，沉积在由电催化剂材料构成的第一层上面。

由于根据本发明电池的这种设计，电催化剂材料的沉积层将紧密接触多孔金属氧化物半导体层的上表面，因此排除了在工作电极板和逆电极板之间充满电解质的间隙。工作过程必须的电解质现在仅以浸渍半导体材料存在。离子通道将因此最小化并仅由多孔金属氧化物半导体层的厚度给定。

本发明的另一优点是在呈例如弯曲玻璃板形式的弯曲基底上能简单制造光生伏打电池，而未限制曲度。因为电催化剂紧贴多孔金属氧化物半导体层的表面，多孔金属氧化物半导体层也跟随支承玻璃的形状，在通常由玻璃制成。支承金属氧化物半导体的工作电极板和逆电极之间实际上不存在任何需要的匹配。

本发明的附加目的是提供在如不平表面的不均匀表面上制造光电化学电池的方法。

图1示意表示现有技术的光电化学电池。

图2表示本发明的光电化学电池。

为了更清楚地示出和强调在现有技术和本发明光电电池之间的差别，现有技术电池的例子如图1所示。

再生光电化学电池包括由作为基底的玻璃板1构成的第一电极，玻璃板1涂覆有导电可透光层2，在导电可透光层2上沉积例如高表面积二氧化钛的金属氧化物半导体的薄层6。应该注意在图中不同尺寸之间的相对尺寸关系并不精确，它们是为增加图的清晰度而选择的。

金属氧化物层6设有吸收在可见光部分内的光的感光染料单分子层。此技术由现有技术已知。通过将电子引入氧化物导带，染料与氧化物结合。

第二电极，所谓的“逆电极”，包括涂覆导电可透光层7的玻璃板8，另外还可涂覆电激活催化剂3。上述电极相互面对并且在它们之间的间隙充满包含氧化还原电偶的电解质4。催化剂3的作用是使从逆电极到电解质4的电子转移容易。

在上述结构中，导电层2，7的至少一个必须是透明的，以便光能达到电池内部。

上面已描述了现有技术电池的运行。

如上所述，采用例如弯曲玻璃片作基底，在基底上一层一层构成整个光电化学电池的创造性原理是可能的。然而，为简便起见，本发明电池在图2表示成平面结构。

本发明电池的工作电极具有同现有技术电池中的对应电极相似的结构。相同标记用于对应部份。