[发明专利]叶绿素光伏电池及其制备方法

说明书

本发明属于光电化学领域中有机光伏电池及其制备。

叶绿素光伏电池的研制，是将太阳能转换为电能的太阳能利用的重要领域之一，文献报导最初是用两种不同的金属为电极，叶绿素a夹于两电极之间。C.W.Tang等人的研究，是采用在石英板上喷镀金属工艺来制备叶绿素光伏电池的电极板，这种电极板制作条件苛刻，而且透光率低，仅为10-50%。叶绿素a在负极板上的沉积铺展采用电沉积法，但电沉积液为叶绿素a的异辛烷悬浮液，造成叶绿a沉积不均匀。此种电池制备过程中需要两次高温真空喷镀金属，增加了制备工艺的难度，也易使叶绿素a遭受破坏。显然，光电转换率是很低的，各项光电参数也低。（Journal    of    Chemical    Phyaics，1975，62，2139-2149）。

近年来，KuKu    Uehara等人的研究是用两块具有铺展好的氧化铟锡（或金）的聚酯薄膜作为电极板，采用在其中一块涂抹叶绿素a，在另一块电极板内侧加入聚乙烯醇膜，形成叶绿素光伏电池，这种电池的电极板透光率较前者有所提高达80%左右，但是需用金或铟昂贵、稀少金属，而且聚酯的强度低，不利于制作大面积的光伏电池。采用涂抹法将叶绿素a铺展在负极板上的缺点是：手工涂抹，叶绿素a铺展不均匀，而且不利于大面积制作;由于没有电的作用，叶绿素a分子的排列方向杂乱;涂抹后还要加热以除去溶解叶绿素a的丙酮，也必将损坏一部分叶绿素a。这种电池较前者虽有进步，但是从结构、制作、光电效果看均不理想。（Chemistry    Letters，1984，p1499-1502）。

本发明针对已有叶绿素光伏电池及其制备工艺中的不足之处，对其进行了改进。

本发明的构思是：光电池的正、负电极板均采用二氧化锡光透导电玻璃，电极板之间的聚乙烯醇膜中加入氢醌;用电沉积法将叶绿素a沉积在负极板上时电沉积液采用含有叶绿素a的异辛烷溶液，电压为800-1500V/CM。

本发明由于采用了二氧化锡光透导电玻璃，制作方便，价格低廉，强度高，特别有利于制作大面积光伏电池;聚乙烯醇膜中加入氢醌，增加了电极液的电子传递能力;采用含有叶绿素a的异辛烷溶液做为电沉积液，使叶绿素a沉积的更加均匀、细致。本发明制得的光伏电池面积达到10×10CM，以白光（入射功率为1.80×10W/cm）为入射光测得的开路电压Voc为135-150mv，短路电流Isc为68-152NA/CM。光伏电池的性能/价格比大幅度提高。

本发明实施如下：首先，以二氧化锡光透导电玻璃为阴极，铝片为阳极，将含有叶绿素a的异辛烷溶液放入电沉积槽中，作为电沉积液，两极的电压强度为800-1500V/CM，通电5-20分钟后取出，即制得铺展有叶绿素a的二氧化锡光透导电玻璃电极板，此电极板作为电池的负极板。再在聚乙烯醇水溶液中加入氢醌溶液，均匀地铺展在有机玻璃上，蒸干后即得到厚度为0.01-0.08mm的含氢醌的聚乙烯醇膜。将膜取下，然后取另一块二氧化锡光透导电玻璃作为电池的正极板，在水湿润的情况下，将上面制得的含氢醌的聚乙烯醇膜均匀铺展在此正极板上。最后，使负极的叶绿素a与正极板的聚乙烯醇膜闭合，即制得以二氧化锡光透导电玻璃为电极板并含氢醌的叶绿素光伏电池。

所测得的本发明叶绿素光伏电池的光电参数数据如下：

仪器参数：

1.HB-104函数发生器扫描速度 1×10^-1mv/sec

2.HA-501恒电位恒电流仪输出最大电压

1×10^-6A

3.3086-AX-Y记录仪X敏感度    10mv/cm

4.3086-AX-Y记录仪Y敏感度    25mv/cm

测试数据：

1.开路电压    V∝＝141.5mv

2.短路电流 Isc＝6.8×10^-8A/cm²

3.计算输出功率 Pcou＝9.62×10^-9W/cm²

4.最佳工作电压    Vow＝70mv

5.最佳工作电流 Iow＝2.6×10^-8A/cm²

6.最大输出功率 Pmax＝1.82×10^-9W/cm²

7.填充因子    F.F.＝0.189

8.入射功率 Pinc＝1.80×10^-2W/cm²