专利名称：三隔片光解池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用半导体-电解质溶液接触界面上的双液结势越光电化学效应[1]将光能直接转变为化学能并特别适用于光解水制氢的光解池。
利用太阳能光解水制氢是解决世界能源问题的重要途径之一，它将使人类从根本上摆脱依赖日益耗尽的化石能源的困境而进入太阳能-氢能时代[2]。水的理论电解电压为1.23v，但实际上，即使采用催化性能较好的多孔镍电极来电解水也必须提供1.6v以上的外加电压[3]。1970年，多本键一等人用Tio单晶半导体电极另加偏置电压进行了电助光解水[4]。1977年，小田桐优等人用И-Tio2和P-Gap两个半导体电极进行了光解水[5]。1987年，A.J.Bard等人用5片半导体光隔片串联进行了光解水[6]。上述这些工作都是为了获得光解水所必需的高光电压，但都未能采用单一的半导体光电极而获得光解水制氢所必需的高光电压。1987年肖科(Ke Xiao)和田心棣(H Ti Tien)采用单片Cdse半导体光隔片获得了大于1.8V的光电压[7]，首次采用单片半导体光隔片获得了光解水制氢所必需的高光电压，为光解水制氢展现了光明的前景，但该光电化学电池的内部反应并未涉及水分解过程。
本发明的目的是获得一种采用单片半导体光隔片即可获得光解水制氢所必需的高光电压并将光能直接转变为化学能从而实现光解水制氢的光解池。
为了实现上述目的，本发明采用一片半导体光隔片、一片透-产隔片和一片背-产隔片将容纳电解质溶液的容器分隔为透光池、背光池和产物池，并且在透光池、背光池和产物池中分别充入不同种的电解质溶液以构成一种三隔片光解池，当光束、尤其是可见太阳光束穿过透光器壁和透光池中电解质溶液层照射到半导体光隔片上时，在光隔片与电解质溶液的接触界面上产生双液结势越光电化学过程，在获得的高光电压的推动下，在产物池中获得两种不同的光解产物，例如氢气和氧气。以下结合具体实施例对本发明的技术特征做进一步的详细说明。
图1是三隔片光解池的结构示意图。
三隔片光解池由容纳电解质溶液的容器1、半导体光隔片2、背产隔片3、透-产隔片4组成。背-产隔片3和透-产隔片4是由金属材料层和/或半导体材料层复合而成的，半导体光隔片2背-产隔片3和透-产隔片4通过绝缘板6相互绝缘并且分别与容器1的器壁相连、从而将容器1分隔为透光池7、背光池8和产物池9，透光池7、背光池8和产物池9中分别充入不同种电解质溶液sol1、sol2和sol3。容器1的器壁至少应是部分透光的，光束、尤其是可见太阳光束可穿过透光器壁和透光池7中的电解质溶液sol1层照射到半导体光隔片2上并且在光隔片2、透-产隔片4和背-产隔片3与电解质溶液sol1、sol2和sol3的接触界面上产生光电化学过程，并在产物池9中获得两种不同的光解产物。如果要采用本发明三隔片光解池实现光解水制氢，则光解池的产物池9中的电解质溶液sol3必须是电解质水溶液，并在产物池9中设一与容器壁相连的隔膜5将产物池9分隔为氢气室和氧气室从而使光解产物氢气和氧气分隔开。上述三隔片光解池中的半导体光隔片2至少有以下4种形式(1)半导体光隔片是由单层半导体材料制成的薄片;(2)半导体光隔片是由两层不同种的半导体材料复合而成的;(3)半导体光隔片是由一层半导体材料和一层金属材料复合而成的，半导体材料层位于透光池一侧;(4)半导体光隔片是由两层半导体材料和一层金属材料复合而成的，金属材料层位于两层半导体材料之间，两层半导体材料可以是同种半导体材料，也可以是不同种半导体材料。
本发明三隔片光解池由于半导体光隔片的两侧面分别与不同种电解质溶液相接触，可通过选择背光池中的电解质溶液来调整和控制半导体光隔片的能带，使受光照的半导体表面空间电荷层能带弯曲增大，从而获得高光电压(双液结势越光电化学效应);并且在所获得的高光电压的推动下，在产物池的两片隔片壁上分别获得两种不同的光解产物。本发明人曾成功地利用三隔片光解池光解水制得氢气和氧气;所采用的半导体光隔片由单层Cdse半导体材料制成，其厚度为0.3μm;透-产隔片由Cos半导体材料层和多孔镍(Ni)层复合而成，Cos半导体材料层位于透光池一侧，多孔镍层位于氧气室一侧，多孔镍层的厚度为1mm;背-产隔片由金属银(Ag)片和多孔镍(Ni)层复合而成，金属银片位于背光池一侧，多孔镍层位于氢气室一侧，多孔镍层的厚度为1mm;透光池中的电解质溶液为1N Na2S+1N NaOH水溶液，背光池中的讲解质溶液为0.5N AgИO3水溶液，产物池中的电解质溶液为30%KOH水溶液;光照密度为300mw/cm2的白光穿过透光器壁和透光池中的电解质溶液层照射到Cdse半导体光隔片上，受光照的Cdse半导体光隔片面积为1cm2;在氢气室和氧气室中分别获得光解产物氢气和氧气，产氢速率为1.20ml/h·cm2，氢氧体积比为2.02∶1。
本发明三隔片光解池可以将光能直接转变为化学能并特别适用于光解水制氢;同时也适用于光解制其他有机产品或无机产品，例如，光解NaCl水溶液制氯气和制碱等。
附
背景技术：
相关文献目录。1.KeXiao，“SemiconductorSeptumElectrochemicalPhotocellsⅡDoubteLiquidJunctionBarrierInjectjonandOransitPhotoelectrochemicatEffects”，ActaEnergiaeSolarrisSinica，3，(1988).
2.NewScientist，187，(1215)，585，(1980).
3.H.Gerischer，TopicsinAppl.Phys.，31，115(1979).
4.A.Fujishima，K.Honda，Nature(London)，238，37，(1972).
5.小田桐优，日本公开特许公报，特开昭52-97377(1977).
6.E.S.Smotkin，S.Carvera-March，A.J.Bard，A.Campion，M.A.Fox，T.Mallouk，S.E.Webber，j.M.White，J.Phys.Chem.，91，6(1987).
7.KeXiao，HTiTien，“TheSemiconductorSeptumPhotoelectrochcmicalCells”，SolarCells，inpress，(1988).
8.KeXiao，“SemiconductorSeptumElectrochemicalPhotocellsⅣHydrogenManufactureofWaterPhotoelectrolysisbyaaStarCell”，ActaEnergiaeSotarisSinica，inpress(1988).
权利要求
1.一种利用半导体-电解质溶液接触界面的双液结势越光电化学效应将光能直接转变为化学能的光电化学电池，由容纳电解质溶液的容器和半导体光隔片组成；所述半导体光隔片与容器壁相连并且将整个容器分隔为透光池和背光池两部分，透光池和背光池中分别充入不同种电解质溶液；容器壁至少是部分透光的，光束、尤其是可见太阳光束可穿过透光器壁和透光池内的电解质溶液层照射到半导体光隔片上并且在半导体光隔片与电解质溶液的接触界面上产生光电化学过程；本发明的特征是在所述容纳电解质溶液的容器内錾枰黄山鹗舨牧喜愫 或半导体材料层复合而成的透-产隔片和一片由金属材料层和/或半导体材料层复合而成的背-产隔片，透-产隔片和背-产隔片相互绝缘并且与半导体光隔片绝缘，半导体光隔片、透-产隔片和背-产隔片分别与容器相连并且将整个容器分隔为透光池、背光池和产物池三个部分；透光池、背光池和产物池中分别充入不同种的电解质溶液；光束、特别是可见太阳光束可穿过透光器壁和透光池中的电解质溶液层照射到半导体光隔片上并且在光隔片与电解质溶液的接触面上产生光电化学过程，在产物池中分别得到两种不同的电解产物。
2.根据权利要求1所述的光电化学电池，其特征是所述容器的产物池中充入电解质水溶液，电解质水溶液中有一与容器相连的隔膜将产物池分隔为氢气室和氧气室两部分并且使光解产物氢气和氧气分隔开。
3.根据权利要求1所述的光电化学电池，其特征在于所述半导体光隔片是由单层半导体材料制成的薄片。
4.根据权利要求1所述的光电化学电池，其特征在于所述半导体光隔片是由两层不同种的半导体材料复合而成的。
5.根据权利要求1所述的光电化学电池，其特征在于所述半导体光隔片是由一层半导体材料和一层金属材料复合而成的，半导体材料层位于透光池一侧。
6.根据权利要求1所述的光电化学电池，其特征在于所述半导体光隔片是由两层半导体材料和一层金属材料复合而成的，金属材料层位于两层半导体材料之间，两层半导体材料可以是同种半导体材料，也可以是不同种半导体材料。
7.根据权利要求1、2和3所述的光电化学电池，其特征是所述半导体光隔片由单层Cdse半导体材料制成，其厚度为0.3μm，所述透-产隔片由Cos半导体材料层和多孔镍(Ni)层复合而成，Cos半导体材料层位于透光池一侧，多孔镍层位于氧气室一侧，多孔镍层的厚度约为1mm;所述背-产隔片由金属银(Ag)片和多孔镍(Ni)层复合而成，金属银片位于背光池一侧，多孔镍层位于氢气室一侧，多孔镍层的厚度为1mm;所述透光池中的电解质溶液为1N Na2S+1N NaOH水溶液，背光池中的电解质溶液为0.5N AgNo3水溶液;产物池中的电解质溶液为30%KOH水溶液;光照密度为300mw/cm2的白光穿过透光器壁和透光池中的电解质溶液层照射到Cdse半导体光隔片上，受光照的Cdse半导体光隔片面积为1cm2;在氢气室和氧气室中分别获得光解产物氢气和氧气，产氢速率为1.20ml/h·cm2，氢气与氧气的体积比为2.02∶1。
全文摘要
三隔片光解池及一种将光能直接转变为化学能并特别适用于光解水制氢的光解池，由容器、半导体光隔片、透-产隔片、背-产隔片组成，三片隔片将容器分隔为透光池、背光池和产物池，三池中分别充入不同种电解质溶液，光束可穿过透光器壁和透光池中电解质溶液层照射到半导体光隔片上并在光隔片与电解质溶液的接触界面上产生光电化学过程，在产物池中得到两种不同的光解产物。
文档编号C25B9/00GK1036995SQ88102059
公开日1989年11月8日 申请日期1988年4月20日 优先权日1988年4月20日
发明者肖科 申请人:中国科学院界面科学实验室