專利名稱：電化學(xué)光生伏打電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光生伏打電池，它是根據(jù)再生光電化學(xué)過程的原理而設(shè)計的。
從例如國際專利申請WO91/16719已知這種光生伏打電池。此文獻(xiàn)示出了包括第一電極的再生光電化學(xué)電池，第一電極由作為基底的玻璃構(gòu)成，玻璃板涂覆有導(dǎo)電可透光層，導(dǎo)電可透光層上沉積一薄層金屬氧化物半導(dǎo)體，例如高表面積二氧化鈦。金屬氧化物層設(shè)有單分子層感光染料，吸收可見光。通過將電子引入氧化物導(dǎo)帶，染料與氧化物結(jié)合。
第二電極，所謂的“逆電極”，包括涂覆導(dǎo)電可透光層的玻璃板，另外還可涂覆電激活催化劑。上述電極相互面對并且在它們之間的間隙充滿包含氧化還原電偶的電解質(zhì)。催化劑的作用是使電子從逆電極到電解質(zhì)的轉(zhuǎn)移容易進(jìn)行。
在上述結(jié)構(gòu)中，至少一個電導(dǎo)層是可透明的，這樣光才能達(dá)到電池內(nèi)部。
我們假設(shè)光通過逆電極進(jìn)入電池。然后光被上述染料吸收，并且染料將電子轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體氧化物的導(dǎo)帶。在染料中產(chǎn)生的“空洞”由在氧化還原過程中由電解質(zhì)貢獻(xiàn)的電子所“充滿”。在外電路中連接負(fù)載，使產(chǎn)生的電流循環(huán)。此工作原理從例如上述文獻(xiàn)已知。
逆電極由充滿電解質(zhì)的間隙與工作電極隔開的這種兩板式設(shè)置的不利是，當(dāng)進(jìn)行內(nèi)部電連接配置時，大規(guī)模生產(chǎn)特別復(fù)雜。
而且，充滿電解質(zhì)的間隙表示由于離子通道長度的電阻，這樣電池的阻抗相對地高。
由于通常用在電池中的浮法玻璃板有不均勻厚度和在表面上波狀變形的實際情況，在兩板之間，特別是對大電池，很難實現(xiàn)均勻且狹窄的間隙。
另一困難在于當(dāng)工作電極板涂覆一層高微孔金屬氧化物半導(dǎo)體時，出現(xiàn)不均勻表面。在金屬氧化物半導(dǎo)體層的上表面和逆電極板之間的間隙也因此而不均勻。
本發(fā)明的一個目的是提供一種電化學(xué)光生伏打電池，其中，充滿在工作電極板和逆電極板之間間隙的電解質(zhì)已被取消。由于低的內(nèi)部阻抗，這將給出一更有效的電池。
本發(fā)明的另一目的是完全取消呈第二板形式的逆電極，顯然使電池更易制造。對玻璃板而言不存在對準(zhǔn)的問題，同樣表面的電池將更輕等。
在本發(fā)明光生伏打電池中，由直接沉積在工作電極上的多孔金屬氧化物半導(dǎo)體層上面的電催化劑材料的第一層來代替逆電極板來實現(xiàn)本發(fā)的上述目的。任意導(dǎo)電材料的第二層用作電流集電體，沉積在由電催化劑材料構(gòu)成的第一層上面。
由于根據(jù)本發(fā)明電池的這種設(shè)計，電催化劑材料的沉積層將緊密接觸多孔金屬氧化物半導(dǎo)體層的上表面，因此排除了在工作電極板和逆電極板之間充滿電解質(zhì)的間隙。工作過程必須的電解質(zhì)現(xiàn)在僅以浸漬半導(dǎo)體材料存在。離子通道將因此最小化并僅由多孔金屬氧化物半導(dǎo)體層的厚度給定。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是在呈例如彎曲玻璃板形式的彎曲基底上能簡單制造光生伏打電池，而未限制曲度。因為電催化劑緊貼多孔金屬氧化物半導(dǎo)體層的表面，多孔金屬氧化物半導(dǎo)體層也跟隨支承玻璃的形狀，在通常由玻璃制成。支承金屬氧化物半導(dǎo)體的工作電極板和逆電極之間實際上不存在任何需要的匹配。
本發(fā)明的附加目的是提供在如不平表面的不均勻表面上制造光電化學(xué)電池的方法。


圖1示意表示現(xiàn)有技術(shù)的光電化學(xué)電池。
圖2表示本發(fā)明的光電化學(xué)電池。
為了更清楚地示出和強(qiáng)調(diào)在現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明光電電池之間的差別，現(xiàn)有技術(shù)電池的例子如圖1所示。
再生光電化學(xué)電池包括由作為基底的玻璃板1構(gòu)成的第一電極，玻璃板1涂覆有導(dǎo)電可透光層2，在導(dǎo)電可透光層2上沉積例如高表面積二氧化鈦的金屬氧化物半導(dǎo)體的薄層6。應(yīng)該注意在圖中不同尺寸之間的相對尺寸關(guān)系并不精確，它們是為增加圖的清晰度而選擇的。
金屬氧化物層6設(shè)有吸收在可見光部分內(nèi)的光的感光染料單分子層。此技術(shù)由現(xiàn)有技術(shù)已知。通過將電子引入氧化物導(dǎo)帶，染料與氧化物結(jié)合。
第二電極，所謂的“逆電極”，包括涂覆導(dǎo)電可透光層7的玻璃板8，另外還可涂覆電激活催化劑3。上述電極相互面對并且在它們之間的間隙充滿包含氧化還原電偶的電解質(zhì)4。催化劑3的作用是使從逆電極到電解質(zhì)4的電子轉(zhuǎn)移容易。
在上述結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電層2，7的至少一個必須是透明的，以便光能達(dá)到電池內(nèi)部。
上面已描述了現(xiàn)有技術(shù)電池的運行。
如上所述，采用例如彎曲玻璃片作基底，在基底上一層一層構(gòu)成整個光電化學(xué)電池的創(chuàng)造性原理是可能的。然而，為簡便起見，本發(fā)明電池在圖2表示成平面結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明電池的工作電極具有同現(xiàn)有技術(shù)電池中的對應(yīng)電極相似的結(jié)構(gòu)。相同標(biāo)記用于對應(yīng)部份。
在本發(fā)明電池中逆電極由電催化劑層3和(較優(yōu)選地)電流集電層7構(gòu)成。這些層直接沉積在半導(dǎo)體層6的上面，半導(dǎo)體層6本身沉積在涂覆有導(dǎo)電可透光層2的板1上正如現(xiàn)有技術(shù)電池中半導(dǎo)體層最好被感光染料5浸漬。
電解質(zhì)4充滿金屬氧化物半導(dǎo)體晶粒之間的容隙，并由毛細(xì)管作用保持。
板1可能是玻璃或其它合適材料，由于涂覆半導(dǎo)體層的處理，材料應(yīng)該耐熱。
導(dǎo)電層2例如包括滲雜氧化錫的氟或摻氧化錫的氧化銦，而且半導(dǎo)體層包括氧化鈦或其它寬帶半導(dǎo)體材料，典型地是由現(xiàn)有方法沉積的金屬氧化物。
權(quán)利要求
1.一種再生電化學(xué)光生伏打電池，包括第一和第二電極，第一電極包括作為基底的板(1)，板(1)涂覆有導(dǎo)電層(2)，半導(dǎo)體材料層(6)涂敷在所述導(dǎo)電層(2)上，電解質(zhì)(4)浸漬所述半導(dǎo)體材料層(6)，其特征在于電激活催化劑(3)直接沉積在所述半導(dǎo)體層(6)的上表面，催化劑層作為所述第二電極。
2.如權(quán)利要求1的光生伏打電池，其特征在于板(1)是玻璃板。
3.如權(quán)利要求1或2的光生伏打電池，其特征在于導(dǎo)電層(2)是透光的。
4.如權(quán)利要求1至3中的任何一個的光生伏打電池，其特征在于層(6)是多孔、大表面積金屬氧化物半導(dǎo)體。
5.如權(quán)利要求4的光生伏打電池，其特征在于金屬氧化物半導(dǎo)體包括二氧化鈦。
6.如權(quán)利要求1至5中的任何一個的光生伏打電池，其特征在于導(dǎo)電層(7)沉積在所述電激活催化劑(3)的上表面上并構(gòu)成電流集電體。
7.如權(quán)利要求6的光生伏打電池，其特征在于導(dǎo)電層(7)是透光的。
全文摘要
為了提供一種更有效的電化學(xué)光生伏打電池，其中充滿在工作電極板之間間隙的電解質(zhì)已被消除，逆電極板由直接沉積在工作電極的多孔金屬氧化物半導(dǎo)體層上面的電催化劑材料的第一層代替。任意導(dǎo)電材料的第二層，作為電流集電體，沉積在由電催化劑材料構(gòu)成的第一層的上面。
文檔編號H01L31/04GK1157052SQ95194887
公開日1997年8月13日 申請日期1995年9月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月2日
發(fā)明者安德烈亞斯·費利克斯·梅耶, 托比亞斯·巴爾薩澤·梅耶 申請人:基塔控股有限公司