[发明专利]光诱导质子化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池的设计及制备方法，具体涉及的是一种将太阳能和光致质子化的光酸分子(光敏物质)联合在一起的具有高效、清洁、可再生等优点的光诱导质子化太阳能电池。

背景技术

能源与人类社会的生存和发展休戚相关，人类社会的高速发展伴随着能源消耗的急剧增加。然而矿藏资源的有限及燃烧后造成对环境的污染，使得可再生新能源的开发及应用成为各国政府经济发展与安全建设追求的目标《Joumal of Membrane Science 319(2008)214-222》。新能源如太阳能、潮汐能、风能、海洋能及生物质能由于具有清洁、可再生、分布广泛及储量巨大等许多无可比拟的优势而备受能源界的关注、开发及利用。近年来，利用太阳能光伏发电的技术发展得相当迅猛，包括利用太阳光的单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池以及以有机化合物等为材料的太阳能电池，由于这些电池具有可再生、清洁，且所利用的太阳能无处不在等特性而备受人们的青睐《二氧化钛微纳米分级结构的制备及其光电性能》。然而，单晶硅太阳能电池的价格不菲，及染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池的光电转换效率相对较低，这些缺陷都直接影响了这些太阳能电池的广泛使用《Prog.Photovolt：Res.Appl.2004；12：113-142》。如果设计出一种能将太阳能和光酸分子两者有机地结合在一起而得到一种新型光诱导质子化电池，并使其能够规模化开发和使用，这种电池定将能够成为未来的可再生清洁能源。

基于以上思路，本发明设计将太阳能与在水中能离解出氢离子的光酸分子相联合，并且此光酸分子经光诱导后氢离子浓度能够发生明显的改变，采用持续在电池的外部加光促使电池内部的光酸分子和其光解后产生的氢离子在电池内部的不断循环达到稳定电流产生的效果，从而提供一种光诱导质子化太阳能电池，该电池是一种具有清洁、可再生、经济适用性强及不受空间位置限制，且能够被广泛使用的环保电池。

发明内容

本发明的一个目的是为了解决不可再生一次能源的短缺问题以及燃烧后又对环境造成二次污染的问题，提供一种利用廉价的太阳能分解光酸分子(光敏物质)产生阴阳离子，并利用阴阳离子扩散方向和速度的不同，从而制备出可再生清洁环保的光诱导质子化太阳能电池。

本发明的另一个目的是为了提高传统一次能源使用效率不高及一次能源不可再生的问题，提供一种能够将光酸分子经光照发生光化学反应后产生的阴离子和阳离子及光酸分子在电池的内部进行循环，并使产生的电流持续恒定的光诱导质子化太阳能电池。

本发明的光诱导质子化太阳能电池是一种集太阳能和在水中经光诱导能够产生氢离子的光酸分子联合在一起的太阳能电池。该光诱导质子化太阳能电池包括光电化学池、阳离子交换隔膜、在水中经光诱导能够产生氢离子和阴离子的光酸分子以及电极。

本发明的光电化学池实质上是一个密闭容器，所述的密闭容器中有与密闭容器的四个内壁密封相连接的阳离子交换隔膜，并且该阳离子交换隔膜将所述的密闭容器分成体积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经光诱导能够产生氢离子和阴离子的光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水。

所述的密闭容器只有其中所述的第一容器的一侧壁有部分地方能够透光，且透过光与阳离子交换隔膜成90度入射角，其余密闭容器的壁为不能透光。

在第一容器中的透光部分处设置有电极(阳极或阴极)；在第二容器中设置有电极(阴极或阳极)；并且第一容器中的电极(阳极或阴极)的导线通向第一容器外，第二容器中的电极(阳极或阴极)的导线通向第二容器外，两在密闭容器外的导线可与用电器相接。

所述的第一容器与第二容器的体积比为1/10～1/2。

所述的第一容器侧壁能够透光的部分面积占该侧壁总面积的1/10～1/3。

太阳光只能通过第一容器侧壁的透光处辐照第一容器中的极少部分光酸分子，而绝大部分的光酸分子在避光处存放，其原理如图1所示。

所述的阳离子交换膜只允许光酸分子在水中经光诱导能够产生的氢离子透过，而不允许光酸分子本身和光酸分子在光照射后产生的阴离子透过。

所述的阳离子交换膜指的是在水中能离解出阳离子的离子文换膜，或者说在膜结构中含有酸性活性基团的阳离子交换膜。所述的酸性活性基团是-SO₃H活性基团、-OPO₃H₂活性基团、-PO₃H₂活性基团、-COOH活性基团、酚羟基活性基团中的一种。