EA009476B1 - Фотоэлектрический элемент - Google Patents

Фотоэлектрический элемент Download PDF

Info

Publication number
EA009476B1
EA009476B1 EA200600458A EA200600458A EA009476B1 EA 009476 B1 EA009476 B1 EA 009476B1 EA 200600458 A EA200600458 A EA 200600458A EA 200600458 A EA200600458 A EA 200600458A EA 009476 B1 EA009476 B1 EA 009476B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
element according
membrane
electrode
polymer
node
Prior art date
Application number
EA200600458A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200600458A1 (ru
Inventor
Дональд Джеймс Хайгейт
Линдси Харрисон
Саймон Бурн
Original Assignee
Ай Ти Эм ФЬЮЭЛ СЕЛЛЗ ЛТД.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ай Ти Эм ФЬЮЭЛ СЕЛЛЗ ЛТД. filed Critical Ай Ти Эм ФЬЮЭЛ СЕЛЛЗ ЛТД.
Publication of EA200600458A1 publication Critical patent/EA200600458A1/ru
Publication of EA009476B1 publication Critical patent/EA009476B1/ru

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20Light-sensitive devices
    • H01G9/2027Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20Light-sensitive devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30Coordination compounds
    • H10K85/341Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes
    • H10K85/344Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes comprising ruthenium
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Фотоэлектрический элемент представляет собой мембранно-электродный узел, способный пропускать свет.

Description

Область техники
Это изобретение относится к фотоэлектрическому элементу.
Уровень техники
Фотоэлектрический элемент преобразует световую энергию в электрическую энергию, при этом «фотоэлектрический эффект» представляет собой процесс, с помощью которого световая энергия преобразуется в электрическую энергию. Фотоэлектрические элементы в типичном случае представляют собой твердотельные устройства обычно из полупроводников, таких как кремний. Обычно облучают один или более фоточувствительных электродов, одновременно генерируя электрические напряжение и ток.
Электрохимические элементы могут быть выполнены в виде мембранно-электродного узла (МЭУ), т.е. узла из катода/мембраны/анода. Мембранно-электродные узлы обычно имеют многослойную структуру, содержащую:
(ί) ионообменную мембрану (ИОМ), (ίί) токосъемный электрод и (ш) электрокаталитический слой на каждой стороне.
В ^О-А-03/023890 описан композитный МЭУ, образованный на месте (ίη Ли) с помощью процесса полимеризации. В этой публикации также описан МЭУ, имеющий границу раздела с улучшенной реакцией.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на удовлетворение потребности в эффективном способе генерации электрической энергии посредством фотоэлектрического эффекта. Изобретение включает в себя применение МЭУ, способного пропускать свет.
Первым объектом изобретения является фотоэлектрический элемент, который представляет собой мембранно-электродный узел, способный пропускать свет. Материал мембраны предпочтительно представляет собой полимер, содержащий сильно ионную группу. Узел предпочтительно содержит катализатор и/или сенсибилизирующий краситель.
Вторым объектом изобретения является способ генерации электрического напряжения, который включает в себя облучение элемента по изобретению.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Термин «фотоэлектрический элемент», используемый в настоящем изобретении, обозначает элемент, который способен преобразовывать световую энергию в электрическую энергию.
Термин «мембранно-электродный узел», используемый в настоящем изобретении, обозначает узел из катода/мембраны/анода.
Мембрана может быть способна пропускать свет. Например, мембрана может содержать канал или каналы для пропускания света или может быть оптически прозрачной, предпочтительно оптически чистой (просветленной). Материал мембраны может быть прозрачным для фотонов, например фотонов высокой энергии видимого или ультрафиолетового (УФ) излучения. Предпочтительно он является пластичным, так что ему по желанию могут быть приданы формы, которые фокусируют, концентрируют и направляют свет. Поэтому, например, МЭУ может быть в виде световода или линзы.
Материал мембраны предпочтительно содержит полимер, который включает в себя сильно ионную группу. Мембрана может быть образована путем полимеризации мономеров, которые включают в себя такие мономеры, как гидроксиэтилметакрилат (НЕМА), акрилонитрил (ΑΝ), метилметакрилат (ММА), 2акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновую кислоту (АМР8А) и/или винилпирролидон (УР).
Материал может быть образован путем сополимеризации мономеров, которые включают в себя электрически активный сомономер. Этот электрически активный компонент может быть на основе кислоты, например сульфоновой кислоты (8О3), фосфорной или фосфоновой кислоты, или щелочи (ОН), например КОН или ΝαΟΗ или гидроксида аммония. Если используют электрически неактивные сомономеры, то материал может быть сделан электрически активным путем введения сильно ионных молекул, например, с использованием метода набухания с помощью жидкости.
Вода может быть использована для охлаждения элемента, сохранения гидратации и отвода избыточной энергии в виде тепловой энергии. Поэтому полимер предпочтительно является гидрофильным, так что он по своей природе способен поглощать и пропускать воду через свою молекулярную структуру. Гидрофильные полимеры могут быть образованы в типичном случае путем сополимеризации из раствора смеси мономеров, обычно состоящей из гидрофобного/структурного сомономера и гидрофильного сомономера. Для большей стабильности полимер предпочтительно является сшитым. Сшитые материалы могут быть образованы путем воздействия на материал ионизирующего излучения или путем использования сшивающего агента. Использование дополнительных сшивающих агентов обеспечивает возможность управления конечным поглощением воды отдельно от электрических свойств. Мембрана может содержать встроенные каналы для пропускания воды.
Узел может содержать подходящий катализатор.
Предпочтительные катализаторы включают в себя платину и диоксид титана. Может быть использован сенсибилизирующий краситель, такой как гексагидрат трис(2,2'-бипиридин)дихлорида рутения(11) (т.е. соединение Ки(Ьру)3 2+), йод или комплекс железа с подходящим гасящим соединением (например,
- 1 009476 метилвиологеном). Предпочтительно сенсибилизатор расположен по всей мембране. Любой катализатор предпочтительно расположен на электроде или вблизи него.
Чтобы обеспечить возможность прохождения фотонов через электрод с достижением мембраны, электрод может быть полупрозрачным (просвечивающимся), прозрачным (например, из стекла с оксидом олова) или «разреженной» (от английского «ореп-теауе») конструкции. В качестве электрода может быть использовано углеродное полотно (ткань), и это полотно может быть пропитано слоем катализатора. Узел может быть выполнен в виде пакета из отдельных мембранно-электродных узлов.
Дополнительная информация относительно подходящих материалов и способов формирования мембранно-электродных узлов может быть найдена в ^Θ-Ά-03/023890.
Следующие примеры иллюстрируют изобретение.
Пример 1.
Элемент по изобретению был изготовлен с использованием мембраны из сополимера ΑΝ-УРΆΜΡ8Ά. Использованные системы электрод-катализатор представляли собой покрытое диоксидом титана стекло с оксидом олова и покрытое платиной углеродное полотно. Этот элемент показан на чертеже.
Для освещения этого элемента была использована «синяя» лампа (с электрической мощностью 100 Вт). Измеряли выходной сигнал данного элемента и было обнаружено, что он полностью зависит от наличия света, давая фото-ЭДС в 0,59 В. Результирующий ток зависел от светового потока, достигая максимума в 0,22 мА/см2.
Пример 2.
Был изготовлен элемент, аналогичный элементу по чертежу, за исключением того, что мембрана была сформирована путем термической полимеризации мономеров на месте (ίη кйи) со стеклянной электродной пластиной.
Элемент облучали также, как и прежде, получая фото-ЭДС в 0,78 В.

Claims (16)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Фотоэлектрический элемент, который представляет собой мембранно-электродный узел, способный пропускать свет, в котором мембрана представляет собой материал, содержащий полимер, причем этот полимер содержит сильно ионную группу.
  2. 2. Элемент по п.1, в котором полимер является гидрофильным.
  3. 3. Элемент по п.1 или 2, в котором полимер является сшитым.
  4. 4. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором мембрана представляет собой пластичный материал.
  5. 5. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором узел выполнен в виде пакета.
  6. 6. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором узел содержит катализатор.
  7. 7. Элемент по п.6, в котором катализатор содержит платину и/или диоксид титана.
  8. 8. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором мембрана содержит канал, пригодный для пропускания света.
  9. 9. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором мембрана является оптически прозрачной.
  10. 10. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором узел содержит сенсибилизирующий краситель.
  11. 11. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором узел является планарным по структуре.
  12. 12. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором электрод является прозрачным.
  13. 13. Способ генерации электрического напряжения, который включает в себя облучение элемента по любому из пп.1-12.
  14. 14. Элемент по п.1, в котором электрод позволяет фотонам проходить к мембране.
  15. 15. Элемент по п.2, в котором электрод позволяет фотонам проходить к мембране.
  16. 16. Элемент по п.9, в котором узел выполнен в виде световода.
EA200600458A 2003-08-22 2004-08-19 Фотоэлектрический элемент EA009476B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB0319799.3A GB0319799D0 (en) 2003-08-22 2003-08-22 Photovoltaic cell
PCT/GB2004/003570 WO2005020332A2 (en) 2003-08-22 2004-08-19 Photovoltaic cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200600458A1 EA200600458A1 (ru) 2006-08-25
EA009476B1 true EA009476B1 (ru) 2008-02-28

Family

ID=28460163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200600458A EA009476B1 (ru) 2003-08-22 2004-08-19 Фотоэлектрический элемент

Country Status (13)

Country Link
US (1) US20110088757A1 (ru)
EP (1) EP1656684B1 (ru)
JP (1) JP2007503085A (ru)
CN (1) CN1856850B (ru)
AP (1) AP2006003524A0 (ru)
AU (1) AU2004302304B2 (ru)
CA (1) CA2536102C (ru)
EA (1) EA009476B1 (ru)
GB (1) GB0319799D0 (ru)
HK (1) HK1096487A1 (ru)
OA (1) OA13245A (ru)
WO (1) WO2005020332A2 (ru)
ZA (1) ZA200601512B (ru)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006023638A1 (de) * 2006-05-18 2007-11-22 Sefar Ag Photovoltaische Zelle
US8345406B2 (en) * 2009-03-23 2013-01-01 Avx Corporation Electric double layer capacitor
GB2471262B (en) * 2009-04-15 2011-10-26 Itm Power Plc Photovoltaic cell
US20110265862A1 (en) * 2010-04-29 2011-11-03 Donald James Highgate Photovoltaic cell containing a polymer electrolyte
GB201523102D0 (en) * 2015-12-30 2016-02-10 Augmented Optics Ltd Electrically active hydrophilic bio-polymers
CN109937462A (zh) * 2016-09-07 2019-06-25 加州大学董事会 光驱动离子泵送膜系统
US11673100B2 (en) 2016-09-07 2023-06-13 The Regents Of The University Of California Systems and methods for integrated solar photodialysis

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4877852A (en) * 1987-02-19 1989-10-31 Agency Of Industrial Science And Technology Thiophene derivative polymer and a polymer composition thereof
US20030062082A1 (en) * 2001-09-04 2003-04-03 Tzenka Miteva Photovoltaic device and method for preparing the same
US6555840B1 (en) * 1999-02-16 2003-04-29 Sharp Kabushiki Kaisha Charge-transport structures
US20030113603A1 (en) * 2001-09-07 2003-06-19 Highgate Donald James Hydrophilic polymers and their use in electrochemical cells

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6306509B2 (en) * 1996-03-21 2001-10-23 Showa Denko K.K. Ion conductive laminate and production method and use thereof
EP0948004A1 (en) * 1998-03-26 1999-10-06 Akzo Nobel N.V. Method for making a photovoltaic cell containing a dye
US6118572A (en) * 1998-07-01 2000-09-12 The Regents Of The University Of California Photochromic, electrochromic, photoelectrochromic and photovoltaic devices
US6335481B1 (en) * 1998-09-30 2002-01-01 Fuji Photo Film Co., Ltd. Semiconductor particle sensitized with methine dye
AU4418800A (en) * 1999-04-23 2000-11-10 Imperial College Of Science, Technology And Medicine Photovoltaic devices
EP1075005B1 (en) * 1999-08-04 2006-04-26 Fuji Photo Film Co., Ltd. Electrolyte composition, and photo-electro-chemical cell
JP2001085075A (ja) * 1999-09-10 2001-03-30 Hitachi Maxell Ltd 光電変換素子及びその製造方法
US6677516B2 (en) * 2001-01-29 2004-01-13 Sharp Kabushiki Kaisha Photovoltaic cell and process for producing the same
JP2003092153A (ja) * 2001-09-18 2003-03-28 Fuji Photo Film Co Ltd 電解質組成物、光電変換素子及び光電池
JP4294245B2 (ja) * 2001-11-30 2009-07-08 日揮触媒化成株式会社 光電気セルおよび光触媒
WO2003050195A2 (en) * 2001-12-12 2003-06-19 Rhodia Chimie Method for depositing a polymer onto a surface
JP3735570B2 (ja) * 2001-12-28 2006-01-18 株式会社東芝 電解質組成物用原料キット、光増感型太陽電池のゲル電解質用電解質組成物、光増感型太陽電池及び光増感型太陽電池の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4877852A (en) * 1987-02-19 1989-10-31 Agency Of Industrial Science And Technology Thiophene derivative polymer and a polymer composition thereof
US6555840B1 (en) * 1999-02-16 2003-04-29 Sharp Kabushiki Kaisha Charge-transport structures
US20030062082A1 (en) * 2001-09-04 2003-04-03 Tzenka Miteva Photovoltaic device and method for preparing the same
US20030113603A1 (en) * 2001-09-07 2003-06-19 Highgate Donald James Hydrophilic polymers and their use in electrochemical cells

Also Published As

Publication number Publication date
CN1856850B (zh) 2013-10-16
AU2004302304B2 (en) 2009-08-13
HK1096487A1 (en) 2007-06-01
CN1856850A (zh) 2006-11-01
CA2536102A1 (en) 2005-03-03
WO2005020332A2 (en) 2005-03-03
EA200600458A1 (ru) 2006-08-25
AU2004302304A1 (en) 2005-03-03
AP2006003524A0 (en) 2006-02-28
JP2007503085A (ja) 2007-02-15
GB0319799D0 (en) 2003-09-24
EP1656684B1 (en) 2016-05-18
WO2005020332A3 (en) 2005-08-18
CA2536102C (en) 2016-06-07
EP1656684A2 (en) 2006-05-17
ZA200601512B (en) 2007-06-27
US20110088757A1 (en) 2011-04-21
OA13245A (en) 2007-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5693432A (en) Porous material-polymeric solid electrolyte composite, method for producing same and photoelectric conversion device using same
US7318888B2 (en) Method of photoelectrolysis
AU2005255617B2 (en) Membrane electrode assembly with controlled water management/ion flow
JP2016524280A (ja) 最大水ドメインクラスターサイズを有する水和イオン交換膜を備えるフローバッテリ
Yan et al. Bipolar membranes for ion management in (photo) electrochemical energy conversion
ATE512478T1 (de) Membran-elektroden-einheit mit getempertem polymerelektrolyten
EA009476B1 (ru) Фотоэлектрический элемент
JP2004059752A (ja) 架橋フッ素樹脂基材からなる燃料電池用電解質膜
KR20090102765A (ko) 전해질막
DE60323371D1 (de) Brennstoffzelle mit durch strahlung gepfropfter polymer-elektrolyt-membran
JP2010003657A5 (ru)
JP2010003657A (ja) 色素増感太陽電池およびその製造方法
Wang et al. Poly (biphenyl piperidinium) Anion Exchange Membranes for Alkaline Water Electrolyzers: The Effect of Nonionic Pendant Groups
JP2007194019A (ja) 架橋電解質膜及びその製造方法
US8945430B2 (en) Photovoltaic cell containing a polymer electrolyte
Wang et al. Sulfonation of Poly (phenylene oxide) Anion exchange membrane for all vanadium flow redox battery
Ramesh et al. Polymer electrocatalysis
JP2010080346A (ja) 直接メタノール型燃料電池用高分子電解質膜および直接メタノール型燃料電池
GB2417607A (en) Ultrasonics applied to electrochemical devices
JPH08236165A (ja) 高分子固体電解質およびその製造方法ならびにそれを用いた光電変換素子
JPH06275301A (ja) 燃料電池
GB2471262A (en) Dye sensitized solar cells
Bellobono et al. Energy conversion efficiency of photoelectrochemical cells employing a titanium dioxide film anodic membrane and a hydrogen or oxygen cathode
JP2009259808A (ja) 固体高分子電解質膜、固体高分子電解質膜の製造方法及び固体高分子型燃料電池
JPS63231884A (ja) 光電変換素子

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU