DE2637319C3 - Photoelectrochemical cell - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Description
Die Erfindung betrifft eine photoelektrochernische Zelle zur dir?!ten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, die aus einem lichtempfindlichen. Silberhalogenid enthaltenden Material, einer Silber- und einer Kohle-Elektrode besteht.The invention relates to a photoelectrochemical cell for the direct conversion of solar energy into electrical energy coming from a photosensitive. Material containing silver halide, a silver and a carbon electrode.
Die direkte Umwandlung von Licht in elektrische Energie wurde bisher mit Photozellen auf Halbleiterbasis durchgeführt, wobei der photoelektrische Effekt «usgenutzt wurde. Hierzu werden Materialien, z. B. Si, GaAs oder CdS/CdTe, verwendet. Neuere Entwicklungen betreffen die Verwendung von Halbleitern in elektrochemischen Zellen mit flüssigen Elektrolyten (H. Gerischer, J. E'ectroanalyt. Chem., 58 [1975], S. 147 ff.). Diese Zellen aroeiten jedoch mit so kleinem Wirkungsgrad, daß sie in absei,barer Zeit für eine breite Anwendung nicht in Frage kommen werden. Andererseits sind die Kosten der Y ute verwendbaren Halbleiterphotozellen, die mit ökonomisch sinnvollen Wirkungsgraden arbeiten, mit ca. ΙΟ5 DM/kW derart hoch, daß terrestrische Anwendungen ebenfalls nur in Ausnahmefällen vertretbar sind.The direct conversion of light into electrical energy has hitherto been carried out with photocells based on semiconductors, the photoelectric effect being used. For this purpose, materials such. B. Si, GaAs or CdS / CdTe are used. More recent developments relate to the use of semiconductors in electrochemical cells with liquid electrolytes (H. Gerischer, J. E'ectroanalyt. Chem., 58 [1975], p. 147 ff.). However, these cells have such a low degree of efficiency that they will not come into question for widespread use in a short period of time. On the other hand, the cost of Y ute usable semiconductor photocells working with economically reasonable efficiencies, with about 5 ΙΟ / kW so high that terrestrial applications are also justifiable only in exceptional cases.
Aus DE-PS 30 294 und DE-AS 10 48 967 sind photoelektrochemische Zellen zur Umwandlung von Sonnenenergie bekannt, die im wesentlichen aus einem Körper aus lichtempfindlichem Material bestehen. In beiden Fällen werden jedoch flüssige, säurehaltige Elektrolyten eingesetzt. Hierfür müssen Gefäße verwendet werden, die gas- und flüssigkeitsdicht abgeschlossen sind. Ein wirtschaftliches System läßt sich mit solchen Elementen nicht aufbauen.DE-PS 30 294 and DE-AS 10 48 967 are photoelectrochemical cells for converting Solar energy known, which consist essentially of a body made of photosensitive material. In In both cases, however, liquid, acidic electrolytes are used. Vessels must be used for this that are sealed gas and liquid-tight. An economic system can be with not build up such elements.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun die Entwicklung einer photoelektrochemischen Zelle, die einen ausreichend hohen Wirkungsgrad besitzt und kostengünstig hergestellt werden kann, so daß ihr Einsatz in der Primärenergiegewinnung wirtschaftlich wird.The object of the present invention is now to develop a photoelectrochemical cell which has a sufficiently high efficiency and can be manufactured inexpensively, so that you Use in primary energy generation becomes economical.
Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß in einer photoelektrochemischen Zelle der eingangs genannten Art das lichtempfindliche Material aus porösem Silberhalogenid besteht und daß die Silber-Elektrode lichtdurchlässig ist und sich auf der Iichtzugewandten Seite der Zelle befindet und daß sowohl die Elektroden als auch das lichtempfindliche Material als dünne Schichten ausgeführt sind,This object was achieved in that in a photoelectrochemical cell of the aforementioned Kind the photosensitive material consists of porous silver halide and that the silver electrode is translucent and is located on the side of the cell facing the light and that both the electrodes as well as the light-sensitive material are designed as thin layers,
Als lichtempfindliches Material können poröses Silberbromid oder Silberjodid verwendet werden, Dieser lichtempfindlichen Substanz können ferner die üblichen Sensibilisatoren bzw, Farbstoffe zugesetzt werden, um den Bereich der maximalen Empfindlichkeil des Silberhalogenids so zu verschieben, daß ein optimaler Wirkungsgrad der Zelle für Tageslicht erreicht wird.Porous silver bromide or silver iodide can be used as the photosensitive material, The usual sensitizers or dyes can also be added to this light-sensitive substance be in order to shift the range of the maximum sensitivity wedge of the silver halide so that a optimal efficiency of the cell for daylight is achieved.
Das Prinzip der erfindungsgemäßen Zelle beruht demzufolge auf dem an sich bekannten Effekt, daß \ Silberbromid oder Silberjodid beim Bestrahlen mit Licht in Silber und Brom bzw. Jod zersetzt werden (photographischer Effekt). Wenn das erzeugte Silber und Brom bzw, Jod über einen Elektrolyten, wieder zur Reaktion gebracht werden, entsteht eine elektiochemisehe Zelle, der man einen Strom entnehmen kann. Die Sonnenenergie wird somit direkt in elektrische Energie umgewandelt.The principle of the cell of the invention is based accordingly on the known effect that are decomposed \ silver bromide or silver iodide upon irradiation with light in silver and bromine or iodine (photographic effect). When the generated silver and bromine or iodine are reacted again via an electrolyte, an electro-chemical cell is created from which a current can be drawn. The solar energy is thus converted directly into electrical energy.
In der beiliegenden Fig. 1 wird die vorliegende Erfindung für den Fall von Silberbromid als Iichtemp-Findliche Substanz näher erläutert Demzufolge besteht die photoelektrochemische Zelle aus einem leitfähigen Glas 1, einer darauf aufgedampften lichtdurchlässigen Silberschicht 2, einer lichtempfindlichen Substanz aus porösem Silberbromid 3 und einer Gegenelektrode 4 aus Kohle.In the accompanying Fig. 1, the present invention is illustrated in the case of silver bromide as light-sensitive Substance explained in more detail Accordingly, the photoelectrochemical cell consists of a conductive one Glass 1, a translucent silver layer 2 vapor-deposited thereon, of a photosensitive substance porous silver bromide 3 and a counter electrode 4 made of carbon.
Bei der Einstrahlung von Licht zersetzt sich das Silberbromid in Silber und Brom. Das erzeugte Silber bleibt zunächst an der Stelle 2, an der es erzeugt wurde, während das erzeugte Brom in elementarer Form durchWhen exposed to light, the silver bromide decomposes into silver and bromine. That made silver initially remains at the point 2 at which it was generated, while the generated bromine passes through in elemental form
v> die Poren der Silberbromidschicht 3 zur dunklen Seite der Zelle 4 diffundiert Die treibende Kraft hierfür ist der Gradient der Bromkonzentration zwischen der Iichtzugewandten und der dunklen Seite der Zelle. An der Iichtzugewandten Elektrode werden aus dem durch v> the pores of the silver bromide layer 3 diffuses to the dark side of the cell 4. The driving force for this is the gradient of the bromine concentration between the light-facing and the dark side of the cell. At the electrode facing the light, the through
so den photographischen Effekt erzeugten Silber nach der Gleichungso the photographic effect produced silver according to the equation
Ag +Ag+ + e *Ag + Ag + + e *
jj Silberionen erzeugt, die als Folge des Konzentrationsgradienten der Silberionen ebenfalls zur dunklen Seite der Zelle wandern. Als Transportmedium dient hierbei das Kristallgitter des Silberbromids, denn dieses ist ein silberionenleitendes Material. Ersi an der lichtabgewandten Kohle-Elektrode können die Silberionen und der Bromdampf zu Silberbromid rekombinieren nach der Gleichungjj generates silver ions which, as a result of the concentration gradient of the silver ions, also go to the dark side migrate the cell. The crystal lattice of the silver bromide serves as the transport medium, because this is a silver ion conductive material. The silver ions and the bromine vapor recombine to silver bromide according to the equation
Ag* + Br2 + eAg * + Br 2 + e
'AeBr'AeBr
Die Elektronen können über einen äußeren Verbraucher fließen und so elektrische Leistung erzeugen. Die an der lichtabgewjndten Elektrode erzeugten neuenThe electrons can flow through an external consumer and thus generate electrical power. the new ones generated at the light-exposed electrode
:o Silberbromidkörner ersetzen die durch die Bestrahlung verbrauchten Körner durch Nachschieben von der dunklen Seite her. Daraus resultiert ein kontinuierlicher rrozeß. bei dem insgesamt kein Silberbromid verbraucht wird. Dieses System Ag/AgBr/Kohle stellt eine elektrochemische Zelle dar mit einer Zellspannung von etwa 1 V.: o Silver bromide grains replace those caused by the irradiation used grains by pushing them in from the dark side. The result is a continuous one r process. in which overall no silver bromide is consumed. This system Ag / AgBr / coal represents a electrochemical cell with a cell voltage of about 1 V.
Die Zelle wird in Dünnschichttechnik ausgeführt, einerseits um die Materialkosten niedrig zu halten und andererseits um den Innenwiderstand der Zelle zu senken. Silberbromidschichten von einer Dicke der Größenordnung von ΙΟμηι erweisen sich für den Betrieb der Zelle geeignet. Die Herstellung poröser Silberbromid^ bzw. Silberjodidschichten ist bekannt und bereitet keine Schwierigkeiten (j. I. Malers, J. Electro*The cell is designed using thin-film technology, on the one hand to keep material costs low and on the other hand to lower the internal resistance of the cell. Silver bromide layers of a thickness of The order of magnitude of ΙΟμηι turn out to be Operation of the cell suitable. The production of porous silver bromide ^ or silver iodide layers is known and does not cause any difficulties (j. I. Malers, J. Electro *
chem. Soc, 117 [l 970], S, 1378),chem. Soc, 117 [1970], S, 1378),
Hauptvorleil des erfindungsgemäßen Systems ist der niedrige Preis. Bei etwa gleichem Wirkungsgrad wie die heule bekannten Halbleiterphotozellen werden dieThe main advantage of the system according to the invention is the low price. With about the same efficiency as the howl well-known semiconductor photo cells are the
Kosten mindestens um den Faktor 100 geringer. Dies liegt vor allem daran, daß, bedingt durch die Dünnschichtausführung, die Mnterialkosten gering sind. Die erfindungsgemäße Zelle ermöglicht die Erzeugung von Energie aus Sonnenlicht, ohne fossile oder ■; Kernbrennstoffe zu Hilfe zu nehmen.Costs lower by at least a factor of 100. this is mainly due to the fact that, due to the thin-film design, the material costs are low. The cell according to the invention enables the generation of energy from sunlight, without fossil or ■; Using nuclear fuel to help.
Die Herstellung und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Zelle wird durch das nachfolgende Beispiel nähpr beschrieben, in dem auch auf die Figur Bezug genommen wird. mThe production and the mode of operation of the cell according to the invention is illustrated by the following Example more closely described, in which reference is also made to the figure. m
Eine lichtdurchlässige Silberschicht 2 von etwa 500 Ä Dicke und 2 cm2 Oberfläche wird auf eine Unterlage,
bestehend aus einem leitfähigen Glas 11, z. B. Nesa-Glas, n
aufgedampft. Anstelle von Nesa-Glas kann auch jede übliche Kontaktierung verwendet werden. Auf diese
Schicht wird der AgBr-Elektrolyt 3 als poröse Schicht
mit einer Dicke von etwa 10 μηι aufgedampft Diese Schicht ist flächenmäßig etwas größer als die Silber- >o
schicht, so daß diese völlig bedeckt wird. Auf diese Schichten wird als Gegenelektrode eine Ko1. !.eschicht 4
von einigen μίτι Dicke aufgedampft, und die t'
Anordnung wird mit einem dünnen, gasundurL-hlaiiijen
Gummifilm abgedichtet. Spannung und Strom wer Jen
zwischen der Gegenelektrode und dem leiifahigen Gia>
abgegriffen. Die Zelle wird auf etwa 100 C erwärmt, u"·
den elektrischen Widerstand des AgBr iu \ennmJVr·
Die Zelle wird mit einer Hochdruckquecksilbeidamp'
lampe bestrahlt und liefert einen Strom von 5 m λ Bei" Abschalten des Verbraucherstromkreises wachM ^v
Silberschicht so lange, bis sie lichtdurchlässig \wi\t urv.
damit die Silber- und Bromproduktion /um SiilUtaiv.
kommen.A translucent silver layer 2 about 500 Å thick and 2 cm 2 surface is on a base consisting of a conductive glass 11, z. B. Nesa glass, n vapor-deposited. Any conventional contact can be used instead of Nesa glass. The AgBr electrolyte 3 is vapor-deposited onto this layer as a porous layer with a thickness of about 10 μm. This layer is somewhat larger in area than the silver layer, so that it is completely covered. A Ko 1 is applied as a counter electrode to these layers. ! .Layer 4 vapor-deposited by a few μίτι thickness, and the t '
Arrangement is sealed with a thin, gasundurL-hlaiiijen rubber film. Voltage and current were tapped by Jen between the counter electrode and Gia>, who was available for loan. The cell is heated to about 100 C, u "· the electrical resistance of the AgBr iu \ ennmJV r · The cell is irradiated with a high-pressure mercury lamp and supplies a current of 5 m λ until they are translucent \ wi \ t urv. thus the silver and bromine production / around SiilUtaiv. come.
Anstelle von Silberbromid als Elektrant kann in der Zelle ebenso Silberjodid eingesetzt werden. Zur optimalen Anpassung an Tageslichtverhälmisse können in der erfindungsgemäßen Zelle dem Silberhalogenid Sensibilisatoren zugesetzt werden, wie sie aus der Photographic bekannt sind. Solche an sich bekannten Substanzen verschieben den Bereich der maximalen Empfindlichkeit des Silberhaloger'ds, so daß ein optimaler Wirkungsgrad der ZeVte für Tageslicht erreicht werden kann.Instead of silver bromide as an electrant, the Cell also silver iodide can be used. For optimal adaptation to daylight conditions, you can Sensitizers are added to the silver halide in the cell according to the invention, as they are from the Photographic are known. Such substances known per se shift the range of the maximum Sensitivity of the silver halide, so that a optimal efficiency of the ZeVte for daylight can be achieved.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (1)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE19762637319 DE2637319C3 (en) | 1976-08-19 | 1976-08-19 | Photoelectrochemical cell |
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| DE2637319A1 DE2637319A1 (en) | 1978-02-23 |
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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| DE4032545A1 (en) * | 1990-10-13 | 1992-04-16 | Hasan Coskun | Electrical energy generation - by conversion of light from chemical element or alloy |
Family Cites Families (2)
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| DE30294C (en) * | G. STEINLE in Wiesbaden, Röderstr. 6 | Conversion of light into electricity | ||
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-
1976
- 1976-08-19 DE DE19762637319 patent/DE2637319C3/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE2637319A1 (en) | 1978-02-23 |
| DE2637319B2 (en) | 1980-11-20 |
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