光诱导质子化太阳能电池的制作方法

专利名称：光诱导质子化太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能电池的设计及制备方法，具体涉及的是一种将太阳能和光致质 子化的光酸分子(光敏物质)联合在一起的具有高效、清洁、可再生等优点的光诱导质子化 太阳能电池。
背景技术：
能源与人类社会的生存和发展休戚相关，人类社会的高速发展伴随着能源消耗 的急剧增加。然而矿藏资源的有限及燃烧后造成对环境的污染，使得可再生新能源的开 发及应用成为各国政府经济发展与安全建设追求的目标《Journal of Membrane Science 319(2008)214-222》。新能源如太阳能、潮汐能、风能、海洋能及生物质能由于具有清洁、可 再生、分布广泛及储量巨大等许多无可比拟的优势而备受能源界的关注、开发及利用。近年 来，利用太阳能光伏发电的技术发展得相当迅猛，包括利用太阳光的单晶硅太阳能电池、多 晶硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池以及以有机化合物等为材料的太阳能电池，由于这 些电池具有可再生、清洁，且所利用的太阳能无处不在等特性而备受人们的青睐《二氧化钛 微纳米分级结构的制备及其光电性能》。然而，单晶硅太阳能电池的价格不菲，及染料敏化 太阳能电池和有机太阳能电池的光电转换效率相对较低，这些缺陷都直接影响了这些太阳 能电池的广泛使用《Prog. Photovolt :Res.Appl. 2004 ；12 :113_142》。如果设计出一种能将 太阳能和光酸分子两者有机地结合在一起而得到一种新型光诱导质子化电池，并使其能够 规模化开发和使用，这种电池定将能够成为未来的可再生清洁能源。基于以上思路，本发明设计将太阳能与在水中能离解出氢离子的光酸分子相联 合，并且此光酸分子经光诱导后氢离子浓度能够发生明显的改变，采用持续在电池的外部 加光促使电池内部的光酸分子和其光解后产生的氢离子在电池内部的不断循环达到稳定 电流产生的效果，从而提供一种光诱导质子化太阳能电池，该电池是一种具有清洁、可再 生、经济适用性强及不受空间位置限制，且能够被广泛使用的环保电池。

发明内容
本发明的一个目的是为了解决不可再生一次能源的短缺问题以及燃烧后又对环 境造成二次污染的问题，提供一种利用廉价的太阳能分解光酸分子(光敏物质)产生阴阳 离子，并利用阴阳离子扩散方向和速度的不同，从而制备出可再生清洁环保的光诱导质子 化太阳能电池。本发明的另一个目的是为了提高传统一次能源使用效率不高及一次能源不可再 生的问题，提供一种能够将光酸分子经光照发生光化学反应后产生的阴离子和阳离子及光 酸分子在电池的内部进行循环，并使产生的电流持续恒定的光诱导质子化太阳能电池。本发明的光诱导质子化太阳能电池是一种集太阳能和在水中经光诱导能够产生 氢离子的光酸分子联合在一起的太阳能电池。该光诱导质子化太阳能电池包括光电化学 池、阳离子交换隔膜、在水中经光诱导能够产生氢离子和阴离子的光酸分子以及电极。
本发明的光电化学池实质上是一个密闭容器，所述的密闭容器中有与密闭容器的 四个内壁密封相连接的阳离子交换隔膜，并且该阳离子交换隔膜将所述的密闭容器分成体 积不相等的第一容器和第二容器，其中，在第一容器中盛放有在水中经光诱导能够产生氢 离子和阴离子的光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水。所述的密闭容器只有其中所述的第一容器的一侧壁有部分地方能够透光，且透过 光与阳离子交换隔膜成90度入射角，其余密闭容器的壁为不能透光。在第一容器中的透光部分处设置有电极(阳极或阴极)；在第二容器中设置有电 极(阴极或阳极)；并且第一容器中的电极(阳极或阴极)的导线通向第一容器外，第二容 器中的电极(阳极或阴极)的导线通向第二容器外，两在密闭容器外的导线可与用电器相 接。所述的第一容器与第二容器的体积比为1/10 1/2。所述的第一容器侧壁能够透光的部分面积占该侧壁总面积的1/10 1/3。太阳光只能通过第一容器侧壁的透光处辐照第一容器中的极少部分光酸分子，而 绝大部分的光酸分子在避光处存放，其原理如图1所示。所述的阳离子交换膜只允许光酸分子在水中经光诱导能够产生的氢离子透过，而 不允许光酸分子本身和光酸分子在光照射后产生的阴离子透过。所述的阳离子交换膜指的是在水中能离解出阳离子的离子文换膜，或者说在膜结 构中含有酸性活性基团的阳离子交换膜。所述的酸性活性基团是-so3H活性基团、-opo3h2 活性基团、-PO3H2活性基团、-cooh活性基团、酚羟基活性基团中的一种。所述的含有酸性活性基团的阳离子交换膜是选自-S03H活性基团磺酸化的聚苯乙 烯膜或全氟的聚苯乙烯膜、磺酸化的聚乙烯膜或全氟的聚乙烯膜、磺酸化的聚氯乙烯膜或 全氟的聚氯乙烯膜、磺酸化的聚丙烯膜或全氟的聚丙乙烯膜所组成的组中至少一种；或选自-0P03H2活性基团磷酸化的聚苯乙烯膜或全氟的聚苯乙烯膜、磷酸化的聚乙 烯膜或全氟的聚乙烯膜、磷酸化的聚氯乙烯膜或全氟的聚氯乙烯膜、磷酸化的聚丙烯膜或 全氟的聚丙乙烯膜所组成的组中至少一种；或选自-P03H2活性基团磷酸化的聚苯乙烯膜或全氟的聚苯乙烯膜、磷酸化的聚乙烯 膜或全氟的聚乙烯膜、磷酸化的聚氯乙烯膜或全氟的聚氯乙烯膜、磷酸化的聚丙烯膜或全 氟的聚丙乙烯膜所组成的组中至少一种；或选自-C00H活性基团羧酸化的聚苯乙烯膜或全氟的聚苯乙烯膜、羧酸化的聚乙烯 膜或全氟的聚乙烯膜、羧酸化的聚氯乙烯膜或全氟的聚氯乙烯膜、羧酸化的聚丙烯膜或全 氟的聚丙乙烯膜所组成的组中至少一种；或选自酚羟基活性基团酚羟基化的聚苯乙烯膜或全氟的聚苯乙烯膜、酚羟基化的聚 乙烯膜或全氟的聚乙烯膜、酚羟基化的聚氯乙烯膜或全氟的聚氯乙烯膜、酚羟基化的聚丙 烯膜或全氟的聚丙乙烯膜所组成的组中至少一种；或选自上述各种-SO3H活性基团磺酸化的膜、-opo3H2活性基团磷酸化的膜、-PO3H2活 性基团磷酸化的膜、-C00H活性基团羧酸化的膜、酚羟基活性基团酚羟基化的膜所组成的组 中至少一种。所述的光酸分子的水溶液的浓度为1 P M 饱和溶液的浓度。所述的光酸分子为在水溶液中及光的作用下能够发生光解反应分解为氢离子及阴离子，且在避光条件下氢离子又能够与光酸分子光解产生的阴离子重新形成光解前的光 酸分子。
种。
所述的光酸分子为萘酚类光酸分子、芘酚类光酸分子或其它光酸分子等中的-所述的萘酚类光酸分子为
所述的芘酚类光酸分子为 s03Na 所述的其它光酸分子为 本发明主要是利用光酸分子(光敏物质)在光照作用下发生光解反应，所产生氢 离子浓度梯度经过阳离子交换膜进行离子交换而产生电流及电势差对外做功；此过程中始 终利用光能激发光酸分子并利用光酸分子光解后产生的离子浓度梯度从而实现光酸分子 和离子的内部循环，此内部循环保证了产生的电流持续和恒定。如图1所示。第一容器中的光酸分子有部分不能被光辐照到，如图1中的避光部分 1的光酸分子；有部分能被光辐照到，如图1中的透光部分2的光酸分子；能被光辐照的光 酸分子，其光解后产生的部分氢离子及所有光解后产生的阴离子向避光部分1扩散，而另 一部分光解产生的部分氢离子则通过阳离子交换膜向第二容器扩散，致使第二容器中的氢 离子的浓度增大，而光解后产生的阴离子及向避光部分1扩散的部分氢离子到达避光部分 1后，其中的氢离子和从第二容器扩散来的氢离子汇合与阴离子反应并重新形成原始加入 的光酸分子，此时避光部分1的光酸分子浓度远远大于透光部分2的光酸分子浓度，因此， 光酸分子从避光部分1向透光部分2转移，从而在第一容器中形成一个内循环回路，此内循 环回路是保持输出电流持续和恒定的基础和保证。对于电池中的光酸分子来说，此光酸分 子在光照的作用下发生光解反应后使光酸分子的水溶液PH值能发生明显的变化，避光部 分的氢离子还能与光酸分子产生的阴离子重新形成原始加入的光酸分子。电极材料采用钼 电极、银/氯化银电极、IT0电极等中的任意两种组合，优选采用化学稳定性极高的钼电极。 该光诱导质子化太阳能电池的工作原理为太阳光照射只盛放有光酸分子的水溶液的第一 容器之前，阳离子交换膜两侧溶液中的离子的种类及浓度相同，第一容器与第二容器中的 离子处于相对平衡状态；当太阳光照射盛放有光酸分子的水溶液的第一容器中的透光部分 2时，光辐照到的光酸分子在光的作用下发生光解反应，产生氢离子的浓度梯度通过阳离子 交换膜交换到第二容器中，与此同时光解反应产生的阴离子和部分氢离子则在浓度梯度的 作用下扩散到第一容器中的避光部分1，第二容器中的氢离子也会在浓度梯度的作用下向 避光部分1扩散，最终氢离子和阴离子在第一容器中的避光部分1形成原始使用的光酸分 子，第一容器中避光部分1的光酸分子浓度又会比第一容器中透光部分2的浓度高，因此在 浓度梯度作用下，光酸分子从避光部分1向透光部分2转移，从而在第一容器中形成一个内 循环回路，由此完成一个循环。在此循环过程中，置于阳离子交换膜两侧的电极就会有电流 及电势产生，只要连续光照使循环进行就会有比较恒定的电流产生。其工作原理见图1。本发明的光诱导质子化太阳能电池与传统薄膜太阳能电池不同，主要是利用光酸 分子在光照的作用下发生光化学反应，之后形成氢离子浓度梯度和阴离子的浓度梯度，形 成的氢离子浓度梯度经过阳离子交换膜输运带电荷的氢离子从而实现了把分子动能转变 成电能的过程，而阴离子则与扩散过来的氢离子重新形成光解前(原始)的光酸分子，重新 形成的光酸分子又重新扩散到能被光辐照的第一容器中的透光部分2 ；连续进行光照及不 断产生的氢离子和光酸分子的内部循环运动是实现可再生、持续发电的基础。本发明的光诱导质子化太阳能电池能够有效地解决工农业生产中的大量的电力紧张以及根本无电的边疆和山区的用电问题，只要光酸分子在太阳光作用下发生光解反应 产生的氢离子经过阳离子交换膜就可以发生交换作用而发电。本发明的光诱导质子化太阳能电池的特点是，不受外界动力和能源的束缚，仅用 太阳光照射光酸分子发生光化学分解反应就可以发电。且不受空间限制，应用前景非常广 阔。本发明的光诱导质子化太阳能电池，是利用太阳能分解光酸分子产生浓度梯度的 这种发电方式与传统的薄膜太阳能电池相比，成本低。本发明的光诱导质子化太阳能电池 在新能源的开发方面更加具有创新性和应用价值。利用光酸分子在光照的作用下产生氢离子浓度梯度，再利用氢离子交换原理形成 电势差， 经外电路直接产生电能而制成本发明的电池，其经济性，环保性，可再生性效果好。 由于太阳光照射后在电化学池的内部能够实现离子及光酸分子的循环运动，所以使产生电 流恒定且能不断向外输出。可应用于工业、农业、国防、交通、科研以及民用等行业。特别对 于偏远的电力设施不很完备的地区使用该电池更有现实意义。本发明将太阳能与光酸分子联合起来制备得到的光诱导质子化太阳能电池具有 来源广泛、清洁、可再生等特性。


图1.本发明光诱导质子化太阳能电池的原理示意图。图2.本发明光诱导质子化太阳能电池的结构示意图。图3.光酸分子在光照过程中产生的电流随时间变化关系曲线。图4.光酸分子在光照过程中产生的电压与时间变化关系曲线。附图标记1.避光部分 2.透光部分3.第二容器4.电极5.阳离子交换膜 6.光源AH:光酸分子A_:光酸分子分解后产生的阴离子
具体实施例方式实施例1.请参见图1和图2。光诱导质子化太阳能电池包括作为光电化学池的密闭容器、 只允许光酸分子在水中经光诱导能够产生的氢离子透过，而不允许光酸分子本身和光酸分 子在光照射后产生的阴离子透过的作为阳离子交换膜5的含有_S03H强酸性活性基团的全 氟的聚乙烯阳离子交换膜、在水中经光诱导能够产生氢离子的前述式4结构的芘光酸分子 (该光酸分子在图1中以AH表示，AH分解后产生的阴离子用^表示)以及钼电极4。所述的含有_S03H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜与密闭容器的 四个内壁密封相连接，并且该含有-so3H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜将 所述的密闭容器分成体积不相等的第一容器和第二容器，此密闭容器由聚四氟乙烯材料制 成，其中，第一容器与第二容器的体积比为1/2 ；在第一容器中盛放的含有2mM前述式4结 构的芘光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水。所述的2mM前述式4结构的芘光酸分子的水溶液是将前述式4结构的芘光酸分子溶解在水中而配制。所述的密闭容器只有其中所述的第一容器的一侧壁有一处地方能够透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透过部分由石英玻璃制备，而其余密闭容器的壁为不 能透光，第一容器侧壁能够透光的部分面积占该侧壁总面积的1/3 ；从侧壁透光处透过的 光与含有_S03H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分处设置的电极为钼阳极；在第二容器中设置的电极为钼 阴极；所述的钼阳极和钼阴极的导线通向密闭容器外后可与用电器相接。光照前，第一容器中盛放的含有2mM前述式4结构的芘光酸分子的水溶液与第二 容器中盛放的水经过放置一段时间后，阳离子交换膜两侧的离子的种类及浓度相同，第一 容器与第二容器中的离子处于相对平衡状态，此时的电流值接近为零。当在第一容器处加 15mffcm-2光后，光从第一容器侧壁的透光处辐照到第一容器里的前述式4结构的芘光酸分 子的水溶液，由于前述式4结构的芘光酸分子发生光化学反应产生氢离子及阴离子，致使 第一容器中避光部分1处的含有2mM前述式4结构的芘光酸分子的水溶液、透光部分2处 的含有2mM前述式4结构的芘光酸分子光解后生成的阴离子和氢离子的水溶液与第二容器 的水中的氢离子和氢氧根离子浓度不相等，使第一容器与第二容器中的离子处于不平衡状 态。如图1所示，第一容器中的透光部分2处的前述式4结构的芘光酸分子光解反应后产 生的部分氢离子在浓度梯度的作用下经含有_S03H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子 交换膜向第二容器扩散，部分氢离子和阴离子分别在浓度梯度作用下扩散到第一容器中的 不能被光辐照的避光部分1处；与此同时，由第一容器的透光部分2处扩散到第二容器3中 的氢离子会进一步扩散到第一容器的避光部分1之后再与从第一容器的透光部分2处扩散 过来的阴离子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后导致第一容器中的避光部分1处的 光酸分子的浓度又会比第一容器中透光部分2处的光酸分子的浓度高，因此在浓度梯度作 用下，光酸分子又重新扩散到能被光辐照到的透光部分2处，致此完成一个循环。在此循环 过程中，置于含有酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜两侧的钼电极就会 有电流及电势产生，只要连续光照使循环进行就会有比较恒定的电流产生。实验中所用的 电流及电势的测量仪器分别为美国吉时利仪器公司的6487皮安计和2482A电压计。图3表示此光诱导质子化太阳能电池的光电流随时间变化关系曲线图第一容器 中盛放的含有2mM前述式4结构的芘光酸分子的水溶液与第二容器中盛放的水经过放置一 段时间后，阳离子交换膜两侧的离子的种类及浓度相同，第一容器与第二容器中的离子处 于相对平衡状态，此时的电流值接近为零。光照同时测电流，15mWcnT2光照，电流随着光照 时间的延长电流瞬间变大，最大值达到65微安，说明光照时前述式4结构的芘光酸分子发 生了光解反应，光解反应产生的氢离子在浓度梯度作用下实现跨膜运输，所以瞬间产生很 大的电流；随着辐照时间的增长，光解产生的氢离子浓度梯度逐渐降低最后达到一稳定值， 当时间足够长时电流处于定值。图4表示此光诱导质子化太阳能电池的电势随时间变化关系曲线图第一容器中 盛放的含有2mM前述式4结构的芘光酸分子的水溶液与第二容器中盛放的水经过放置一段 时间后，阳离子交换膜两侧的离子的种类及浓度相同，第一容器与第二容器中的离子处于 相对平衡状态，此时的电势值接近为零。光照同时测电势，电势瞬间变大，说明光照时芘光 酸分子4发生了光解反应，光解反应产生的氢离子在浓度梯度作用下实现跨膜运输，一段时间后含有-30311强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜两侧带相反电荷的离子达 到一定数值，其值约为340毫伏；随着辐照时间的增长，光解产生的氢离子浓度梯度逐渐降 低，但含有酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜两侧溶液中电荷却基本处 于相对平衡状态，电势值基本保持不变。实施例2.改变第一容器与第二容器的体积比为1/10，第一容器中使用的光酸分子为前述式 1结构的萘光酸分子并且其浓度为1 P M,阳离子交换膜为含有_0P03H2活性基团的聚氯乙烯 阳离子交换膜，光照时所用光强为lOmWcm—2。其它条件同实施例1。请参见图1和图2。光诱导质子化太阳能电池包括作为光电化学池的密闭容器、只 允许光酸分子在水中经光诱导能够产生的氢离子透过，而不允许光酸分子本身和光酸分子 在光照射后产生的阴离子透过的作为阳离子交换膜5的含有-0P03H2活性基团的聚氯乙烯 阳离子交换膜、在水中经光诱导能够产生氢离子的前述式1结构的萘光酸分子(该光酸分 子在图1中以AH表示，AH分解后产生的阴离子用々_表示)以及钼电极4。所述的含有_0P03H2活性基团的聚氯乙烯阳离子交换膜与密闭容器的四个内壁密 封相连接，并且该含有-opo3H2活性基团的聚氯乙烯阳离子交换膜将所述的密闭容器分成 体积不相等的第一容器和第二容器，此密闭容器由聚四氟乙烯材料制成，其中，第一容器与 第二容器的体积比为1/10 ；在第一容器中盛放的含有lpM前述式1结构的萘光酸分子的 水溶液，在第二容器中盛放有水。所述的1 ii M前述式1结构的萘光酸分子的水溶液是将前述式1结构的萘光酸分 子溶解在水中而配制。所述的密闭容器只有其中所述的第一容器的一侧壁有一处地方能够透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透过部分由石英玻璃制备，而其余密闭容器的壁为不 能透光，第一容器侧壁能够透光的部分面积占该侧壁总面积的1/3 ；从侧壁透光处透过的 光与含有_0P03H2活性基团的聚氯乙烯阳离子交换膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分处设置的电极为钼阳极；在第二容器中设置的电极为钼 阴极；所述的钼阳极和钼阴极的导线通向密闭容器外后可与用电器相接。光照前，第一容器中盛放的含有1 P M前述式1结构的萘光酸分子的水溶液与第二 容器中盛放的水经过放置一段时间后，阳离子交换膜两侧的离子的种类及浓度相同，第一 容器与第二容器中的离子处于相对平衡状态，此时的电流值接近为零。当在第一容器处加 lOmWcm—2光后，光从第一容器侧壁的透光处辐照到第一容器里的前述式1结构的萘光酸分 子的水溶液，由于前述式1结构的萘光酸分子发生光化学反应产生氢离子及阴离子，致使 第一容器中避光部分1处的含有1 P M前述式1结构的萘光酸分子的水溶液、透光部分2处 的含有1PM前述式1结构的萘光酸分子光解后生成的阴离子和氢离子的水溶液与第二容 器的水中的氢离子和氢氧根离子浓度不相等，使第一容器与第二容器中的离子处于不平衡 状态。如图1所示，第一容器中的透光部分2处的前述式1结构的萘光酸分子光解反应后 产生的部分氢离子在浓度梯度的作用下经含有_0P03H2活性基团的聚氯乙烯阳离子交换膜 向第二容器扩散，部分氢离子和阴离子分别在浓度梯度作用下扩散到第一容器中的不能被 光辐照的避光部分1处；与此同时，由第一容器的透光部分2处扩散到第二容器3中的氢离 子会进一步扩散到第一容器的避光部分1之后再与从第一容器的透光部分2处扩散过来的阴离子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后导致第一容器中的避光部分1处的光酸分 子的浓度又会比第一容器中透光部分2处的光酸分子的浓度高，因此在浓度梯度作用下， 光酸分子又重新扩散到能被光辐照到的透光部分2处，致此完成一个循环。在此循环过程 中，置于含有_0P03H2活性基团的聚氯乙烯阳离子交换膜两侧的钼电极就会有电流及电势 产生，只要连续光照使循环进行就会有比较恒定的电流产生。其中，稳定的电流值可达5微 安，稳定的电势值可达30毫伏。实验中所用的电流及电势的测量仪器分别为美国吉时利仪 器公司的6487皮安计和2482A电压计。实施例3.当第一容器与第二容器的体积比为1/2，改变侧壁透光面积使能够透光的部分面 积占该侧壁总面积的1/10，同时使用银/氯化银电极与外电路连接，其它条件同实施例1。请参见图1和图2。光诱导质子化太阳能电池包括作为光电化学池的密闭容器、 只允许光酸分子在水中经光诱导能够产生的氢离子透过，而不允许光酸分子本身和光酸分 子在光照射后产生的阴离子透过的作为阳离子交换膜5的含有_S03H强酸性活性基团的全 氟的聚乙烯阳离子交换膜、在水中经光诱导能够产生氢离子的前述式4结构的芘光酸分子 (该光酸分子在图1中以AH表示，AH分解后产生的阴离子用^表示)以及银/氯化银电 极4。所述的含有_S03H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜与密闭容器的 四个内壁密封相连接，并且该含有-so3H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜将 所述的密闭容器分成体积不相等的第一容器和第二容器，此密闭容器由聚四氟乙烯材料制 成，其中，第一容器与第二容器的体积比为1/2 ；在第一容器中盛放的含有2mM前述式4结 构的芘光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水。所述的2mM前述式4结构的芘光酸分子的水溶液是将前述式4结构的芘光酸分子 溶解在水中而配制。所述的密闭容器只有其中所述的第一容器的一侧壁有一处地方能够透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透过部分由石英玻璃制备，而其余密闭容器的壁为不 能透光，第一容器侧壁能够透光的部分面积占该侧壁总面积的1/10 ；从侧壁透光处透过的 光与含有_S03H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分处设置的电极为银/氯化银阳极；在第二容器中设置的 电极为银/氯化银阴极；所述的银/氯化银阳极和银/氯化银阴极的导线通向密闭容器外 后可与用电器相接。光照前，第一容器中盛放的含有2mM前述式4结构的芘光酸分子的水溶液与第二 容器中盛放的水经过放置一段时间后，阳离子交换膜两侧的离子的种类及浓度相同，第一 容器与第二容器中的离子处于相对平衡状态，此时的电流值接近为零。当在第一容器处加 15mffcm-2光后，光从第一容器侧壁的透光处辐照到第一容器里的前述式4结构的芘光酸分 子的水溶液，由于前述式4结构的芘光酸分子发生光化学反应产生氢离子及阴离子，致使 第一容器中避光部分1处的含有2mM前述式4结构的芘光酸分子的水溶液、透光部分2处 的含有2mM前述式4结构的芘光酸分子光解后生成的阴离子和氢离子的水溶液与第二容器 的水中的氢离子和氢氧根离子浓度不相等，使第一容器与第二容器中的离子处于不平衡状 态。如图1所示，第一容器中的透光部分2处的前述式4结构的芘光酸分子光解反应后产生的部分氢离子在浓度梯度的作用下经含有_S03H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子 交换膜向第二容器扩散，部分氢离子和阴离子分别在浓度梯度作用下扩散到第一容器中的 不能被光辐照的避光部分1处；与此同时，由第一容器的透光部分2处扩散到第二容器3中 的氢离子会进一步扩散到第一容器的避光部分1之后再与从第一容器的透光部分2处扩散 过来的阴离子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后导致第一容器中的避光部分1处的 光酸分子的浓度又会比第一容器中透光部分2处的光酸分子的浓度高，因此在浓度梯度作 用下，光酸分子又重新扩散到能被光辐照到的透光部分2处，致此完成一个循环。在此循环 过程中，置于含有-SO3H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜两侧的银/氯化银 电极就会有电流及电势产生，只要连续光照使循环进行就会有比较恒定的电流产生。其中， 稳定的电流值可达40微安，稳定的电势值可达200毫伏。实验中所用的电流及电势的测量 仪器分别为美国吉时利仪器公司的6487皮安计和2482A电压计。实施例4.使用同时含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复 合膜为阳离子交换膜；第一容器中盛放的光酸分子为10mM前述式7结构的光酸分子的水溶 液，其它条件同实施例1。请参见图1和图2。光诱导质子化太阳能电池包括作为光电化学池的密闭容器、只 允许光酸分子在水中经光诱导能够产生的氢离子透过，而不允许光酸分子本身和光酸分子 在光照射后产生的阴离子透过的作为阳离子交换膜5的含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和 含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复合膜为阳离子交换膜、在水中经光诱导能够产生氢离 子的前述式7结构的光酸分子(该光酸分子在图1中以AH表示，AH分解后产生的阴离子 用A—表示)以及钼电极4。所述的含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复合 膜为阳离子交换膜与密闭容器的四个内壁密封相连接，并且该含有-C00H酸性活基团的聚 乙烯和含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复合膜为阳离子交换膜将所述的密闭容器分成 体积不相等的第一容器和第二容器，此密闭容器由聚四氟乙烯材料制成，其中，第一容器与 第二容器的体积比为1/2 ；在第一容器中盛放的含有10mM前述式7结构的光酸分子的水溶 液，在第二容器中盛放有水。所述的10mM前述式7结构的光酸分子的水溶液是将前述式7结构的光酸分子子 溶解在水中而配制。所述的密闭容器只有其中所述的第一容器的一侧壁有一处地方能够透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透过部分由石英玻璃制备，而其余密闭容器的壁为不 能透光，第一容器侧壁能够透光的部分面积占该侧壁总面积的1/3 ；从侧壁透光处透过的 光与含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复合膜为阳离子 交换膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分处设置的电极为钼阳极；在第二容器中设置的电极为钼 阴极；所述的钼阳极和钼阴极的导线通向密闭容器外后可与用电器相接。光照前，第一容器中盛放的含有10mM前述式7结构的光酸分子的水溶液与第二 容器中盛放的水经过放置一段时间后，阳离子交换膜两侧的离子的种类及浓度相同，第一 容器与第二容器中的离子处于相对平衡状态，此时的电流值接近为零。当在第一容器处加15mffcm-2光后，光从第一容器侧壁的透光处辐照到第一容器里的前述式7结构的光酸分子 的水溶液，由于前述式7结构的光酸分子发生光化学反应产生氢离子及阴离子，致使第一 容器中避光部分1处的含有10mM前述式7结构的光酸分子的水溶液、透光部分2处的含有 10mM前述式7结构的光酸分子光解后生成的阴离子和氢离子的水溶液与第二容器的水中 的氢离子和氢氧根离子浓度不相等，使第一容器与第二容器中的离子处于不平衡状态。如 图1所示，第一容器中的透光部分2处的前述式7结构的光酸分子光解反应后产生的部分 氢离子在浓度梯度的作用下经含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基团 的聚丙烯复合膜为阳离子交换膜向第二容器扩散，部分氢离子和阴离子分别在浓度梯度作 用下扩散到第一容器中的不能被光辐照的避光部分1处；与此同时，由第一容器的透光部 分2处扩散到第二容器3中的氢离子会进一步扩散到第一容器的避光部分1之后再与从第 一容器的透光部分2处扩散过来的阴离子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后导致第 一容器中的避光部分1处的光酸分子的浓度又会比第一容器中透光部分2处的光酸分子的 浓度高，因此在浓度梯度作用下，光酸分子又重新扩散到能被光辐照到的透光部分2处，致 此完成一个循环。在此循环过程中，置于含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸 性活性基团的聚丙烯复合膜为阳离子交换膜两侧的钼电极就会有电流及电势产生，只要连 续光照使循环进行就会有比较恒定的电流产生。其中，稳定的电流值可达65微安，稳定的 电势值可达485毫伏。实验中所用的电流及电势的测量仪器分别为美国吉时利仪器公司的 6487皮安计和2482A电压计。实施例5.改变第一容器与第二容器的体积比为1/5，第一容器中使用的光酸分子为前述式 1结构的萘光酸分子并且其浓度为10 PM，阳离子交换膜为含有酚羟基活性基团的聚氯乙 烯阳离子交换膜，光照时所用光强为lOmWcm—2。其它条件同实施例1。请参见图1和图2。光诱导质子化太阳能电池包括作为光电化学池的密闭容器、只 允许光酸分子在水中经光诱导能够产生的氢离子透过，而不允许光酸分子本身和光酸分子 在光照射后产生的阴离子透过的作为阳离子交换膜5的含有酚羟基活性基团的聚氯乙烯 阳离子交换膜、在水中经光诱导能够产生氢离子的前述式1结构的萘光酸分子(该光酸分 子在图1中以AH表示，AH分解后产生的阴离子用A_表示)以及钼电极4。所述的含有酚羟基活性基团的聚氯乙烯阳离子交换膜与密闭容器的四个内壁密 封相连接，并且该含有酚羟基活性基团的聚氯乙烯阳离子交换膜将所述的密闭容器分成体 积不相等的第一容器和第二容器，此密闭容器由聚四氟乙烯材料制成，其中，第一容器与第 二容器的体积比为1/5 ；在第一容器中盛放的含有10yM前述式1结构的萘光酸分子的水 溶液，在第二容器中盛放有水。所述的10 y M前述式1结构的萘光酸分子的水溶液是将前述式1结构的萘光酸分 子溶解在水中而配制。所述的密闭容器只有其中所述的第一容器的一侧壁有一处地方能够透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透过部分由石英玻璃制备，而其余密闭容器的壁为不 能透光，第一容器侧壁能够透光的部分面积占该侧壁总面积的1/3 ；从侧壁透光处透过的 光与含有酚羟基活性基团的聚氯乙烯阳离子交换膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分处设置的电极为钼阳极；在第二容器中设置的电极为钼阴极；所述的钼阳极和钼阴极的导线通向密闭容器外后可与用电器相接。光照前，第一容器中盛放的含有lOyM前述式1结构的萘光酸分子的水溶液与第 二容器中盛放的水经过放置一段时间后，阳离子交换膜两侧的离子的种类及浓度相同，第 一容器与第二容器中的离子处于相对平衡状态，此时的电流值接近为零。当在第一容器处 加lOmWcm—2光后，光从第一容器侧壁的透光处辐照到第一容器里的前述式1结构的萘光酸 分子的水溶液，由于前述式1结构的萘光酸分子发生光化学反应产生氢离子及阴离子，致 使第一容器中避光部分1处的含有lOyM前述式1结构的萘光酸分子的水溶液、透光部分 2处的含有10 y M前述式1结构的萘光酸分子光解后生成的阴离子和氢离子的水溶液与第 二容器的水中的氢离子和氢氧根离子浓度不相等，使第一容器与第二容器中的离子处于不 平衡状态。如图1所示，第一容器中的透光部分2处的前述式1结构的萘光酸分子光解反 应后产生的部分氢离子在浓度梯度的作用下经含有酚羟基活性基团的聚氯乙烯阳离子交 换膜向第二容器扩散，部分氢离子和阴离子分别在浓度梯度作用下扩散到第一容器中的不 能被光辐照的避光部分1处；与此同时，由第一容器的透光部分2处扩散到第二容器3中的 氢离子会进一步扩散到第一容器的避光部分1之后再与从第一容器的透光部分2处扩散过 来的阴离子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后导致第一容器中的避光部分1处的光 酸分子的浓度又会比第一容器中透光部分2处的光酸分子的浓度高，因此在浓度梯度作用 下，光酸分子又重新扩散到能被光辐照到的透光部分2处，致此完成一个循环。在此循环过 程中，置于含有酚羟基活性基团的聚氯乙烯阳离子交换膜两侧的钼电极就会有电流及电势 产生，只要连续光照使循环进行就会有比较恒定的电流产生。其中，稳定的电流值可达23 微安，稳定的电势值可达286毫伏。实验中所用的电流及电势的测量仪器分别为美国吉时 利仪器公司的6487皮安计和2482A电压计。实施例6.当第一容器与第二容器的体积比为1/2，改变侧壁透光面积使能够透光的部分面 积占该侧壁总面积的1/5，同时使用IT0电极与外电路连接，其它条件同实施例1。请参见图1和图2。光诱导质子化太阳能电池包括作为光电化学池的密闭容器、 只允许光酸分子在水中经光诱导能够产生的氢离子透过，而不允许光酸分子本身和光酸分 子在光照射后产生的阴离子透过的作为阳离子交换膜5的含有-S03H强酸性活性基团的全 氟的聚乙烯阳离子交换膜、在水中经光诱导能够产生氢离子的前述式4结构的芘光酸分子 (该光酸分子在图1中以AH表示，AH分解后产生的阴离子用A_表示)以及IT0电极4。所述的含有_S03H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜与密闭容器的 四个内壁密封相连接，并且该含有-so3H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜将 所述的密闭容器分成体积不相等的第一容器和第二容器，此密闭容器由聚四氟乙烯材料制 成，其中，第一容器与第二容器的体积比为1/2 ；在第一容器中盛放的含有2mM前述式4结 构的芘光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水。所述的2mM前述式4结构的芘光酸分子的水溶液是将前述式4结构的芘光酸分子 溶解在水中而配制。所述的密闭容器只有其中所述的第一容器的一侧壁有一处地方能够透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透过部分由石英玻璃制备，而其余密闭容器的壁为不 能透光，第一容器侧壁能够透光的部分面积占该侧壁总面积的1/5 ；从侧壁透光处透过的光与含有_S03H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分处设置的电极为IT0阳极；在第二容器中设置的电极为 IT0阴极；所述的IT0阳极和IT0阴极的导线通向密闭容器外后可与用电器相接。光照前，第一容器中盛放的含有2mM前述式4结构的芘光酸分子的水溶液与第二 容器中盛放的水经过放置一段时间后，阳离子交换膜两侧的离子的种类及浓度相同，第一 容器与第二容器中的离子处于相对平衡状态，此时的电流值接近为零。当在第一容器处加 15mffcm-2光后，光从第一容器侧壁的透光处辐照到第一容器里的前述式4结构的芘光酸分 子的水溶液，由于前述式4结构的芘光酸分子发生光化学反应产生氢离子及阴离子，致使 第一容器中避光部分1处的含有2mM前述式4结构的芘光酸分子的水溶液、透光部分2处 的含有2mM前述式4结构的芘光酸分子光解后生成的阴离子和氢离子的水溶液与第二容器 的水中的氢离子和氢氧根离子浓度不相等，使第一容器与第二容器中的离子处于不平衡状 态。如图1所示，第一容器中的透光部分2处的前述式4结构的芘光酸分子光解反应后产 生的部分氢离子在浓度梯度的作用下经含有_S03H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子 交换膜向第二容器扩散，部分氢离子和阴离子分别在浓度梯度作用下扩散到第一容器中的 不能被光辐照的避光部分1处；与此同时，由第一容器的透光部分2处扩散到第二容器3中 的氢离子会进一步扩散到第一容器的避光部分1之后再与从第一容器的透光部分2处扩散 过来的阴离子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后导致第一容器中的避光部分1处的 光酸分子的浓度又会比第一容器中透光部分2处的光酸分子的浓度高，因此在浓度梯度作 用下，光酸分子又重新扩散到能被光辐照到的透光部分2处，致此完成一个循环。在此循环 过程中，置于含有_S03H强酸性活性基团的全氟的聚乙烯阳离子交换膜两侧的IT0电极就 会有电流及电势产生，只要连续光照使循环进行就会有比较恒定的电流产生。其中，稳定的 电流值可达16微安，稳定的电势值可达110毫伏。实验中所用的电流及电势的测量仪器分 别为美国吉时利仪器公司的6487皮安计和2482A电压计。实施例7.使用同时含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复 合膜为阳离子交换膜；第一容器中盛放的光酸分子为4mM前述式7结构的光酸分子的水溶 液，其它条件同实施例1。请参见图1和图2。光诱导质子化太阳能电池包括作为光电化学池的密闭容器、只 允许光酸分子在水中经光诱导能够产生的氢离子透过，而不允许光酸分子本身和光酸分子 在光照射后产生的阴离子透过的作为阳离子交换膜5的含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和 含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复合膜为阳离子交换膜、在水中经光诱导能够产生氢离 子的前述式7结构的光酸分子(该光酸分子在图1中以AH表示，AH分解后产生的阴离子 用A—表示)以及钼电极4。所述的含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复合 膜为阳离子交换膜与密闭容器的四个内壁密封相连接，并且该含有-C00H酸性活基团的聚 乙烯和含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复合膜为阳离子交换膜将所述的密闭容器分成 体积不相等的第一容器和第二容器，此密闭容器由聚四氟乙烯材料制成，其中，第一容器与 第二容器的体积比为1/2 ；在第一容器中盛放的含有4mM前述式7结构的光酸分子的水溶 液，在第二容器中盛放有水。
所述的4mM前述式7结构的光酸分子的水溶液是将前述式7结构的光酸分子子溶 解在水中而配制。所述的密闭容器只有其中所述的第一容器的一侧壁有一处地方能够透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透过部分由石英玻璃制备，而其余密闭容器的壁为不 能透光，第一容器侧壁能够透光的部分面积占该侧壁总面积的1/3 ；从侧壁透光处透过的 光与含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复合膜为阳离子 交换膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分处设置的电极为钼阳极；在第二容器中设置的电极为钼 阴极；所述的钼阳极和钼阴极的导线通向密闭容器外后可与用电器相接。光照前，第一容器中盛放的含有4mM前述式7结构的光酸分子的水溶液与第二 容器中盛放的水经过放置一段时间后，阳离子交换膜两侧的离子的种类及浓度相同，第一 容器与第二容器中的离子处于相对平衡状态，此时的电流值接近为零。当在第一容器处加 15mffcm-2光后，光从第一容器侧壁的透光处辐照到第一容器里的前述式7结构的光酸分子 的水溶液，由于前述式7结构的光酸分子发生光化学反应产生氢离子及阴离子，致使第一 容器中避光部分1处的含有4mM前述式7结构的光酸分子的水溶液、透光部分2处的含有 4mM前述式7结构的光酸分子光解后生成的阴离子和氢离子的水溶液与第二容器的水中的 氢离子和氢氧根离子浓度不相等，使第一容器与第二容器中的离子处于不平衡状态。如图 1所示，第一容器中的透光部分2处的前述式7结构的光酸分子光解反应后产生的部分氢 离子在浓度梯度的作用下经含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基团的 聚丙烯复合膜为阳离子交换膜向第二容器扩散，部分氢离子和阴离子分别在浓度梯度作用 下扩散到第一容器中的不能被光辐照的避光部分1处；与此同时，由第一容器的透光部分2 处扩散到第二容器3中的氢离子会进一步扩散到第一容器的避光部分1之后再与从第一容 器的透光部分2处扩散过来的阴离子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后导致第一容 器中的避光部分1处的光酸分子的浓度又会比第一容器中透光部分2处的光酸分子的浓度 高，因此在浓度梯度作用下，光酸分子又重新扩散到能被光辐照到的透光部分2处，致此完 成一个循环。在此循环过程中，置于含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸性活 性基团的聚丙烯复合膜为阳离子交换膜两侧的钼电极就会有电流及电势产生，只要连续光 照使循环进行就会有比较恒定的电流产生。其中，稳定的电流值可达23微安，稳定的电势 值可达225毫伏。实验中所用的电流及电势的测量仪器分别为美国吉时利仪器公司的6487 皮安计和2482A电压计。实施例8.使用同时含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复 合膜为阳离子交换膜；第一容器中盛放的光酸分子为前述式7结构的饱和的光酸分子的水 溶液，其它条件同实施例1。请参见图1和图2。光诱导质子化太阳能电池包括作为光电化学池的密闭容器、只 允许光酸分子在水中经光诱导能够产生的氢离子透过，而不允许光酸分子本身和光酸分子 在光照射后产生的阴离子透过的作为阳离子交换膜5的含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和 含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复合膜为阳离子交换膜、在水中经光诱导能够产生氢离 子的前述式7结构的光酸分子(该光酸分子在图1中以AH表示，AH分解后产生的阴离子用A_表示)以及钼电极4。所述的含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复合 膜为阳离子交换膜与密闭容器的四个内壁密封相连接，并且该含有-C00H酸性活基团的聚 乙烯和含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复合膜为阳离子交换膜将所述的密闭容器分成 体积不相等的第一容器和第二容器，此密闭容器由聚四氟乙烯材料制成，其中，第一容器与 第二容器的体积比为1/2 ；在第一容器中盛放的含有前述式7结构的饱和的光酸分子的水 溶液，在第二容器中盛放有水。所述的前述式7结构的饱和的光酸分子的水溶液是将前述式7结构的光酸分子子 溶解在水中而配制。所述的密闭容器只有其中所述的第一容器的一侧壁有一处地方能够透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透过部分由石英玻璃制备，而其余密闭容器的壁为不 能透光，第一容器侧壁能够透光的部分面积占该侧壁总面积的1/3 ；从侧壁透光处透过的 光与含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复合膜为阳离子 交换膜成90度入射角；在第一容器中的透光部分处设置的电极为钼阳极；在第二容器中设置的电极为钼 阴极；所述的钼阳极和钼阴极的导线通向密闭容器外后可与用电器相接。 光照前，第一容器中盛放的含有前述式7结构的饱和的光酸分子的水溶液与第 二容器中盛放的水经过放置一段时间后，阳离子交换膜两侧的离子的种类及浓度相同，第 一容器与第二容器中的离子处于相对平衡状态，此时的电流值接近为零。当在第一容器处 加15mWcnT2光后，光从第一容器侧壁的透光处辐照到第一容器里的前述式7结构的光酸分 子的水溶液，由于前述式7结构的光酸分子发生光化学反应产生氢离子及阴离子，致使第 一容器中避光部分1处的含有前述式7结构的饱和的光酸分子的水溶液、透光部分2处的 含有前述式7结构的饱和的光酸分子光解后生成的阴离子和氢离子的水溶液与第二容器 的水中的氢离子和氢氧根离子浓度不相等，使第一容器与第二容器中的离子处于不平衡状 态。如图1所示，第一容器中的透光部分2处的前述式7结构的光酸分子光解反应后产生 的部分氢离子在浓度梯度的作用下经含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含有-C00H酸性活 性基团的聚丙烯复合膜为阳离子交换膜向第二容器扩散，部分氢离子和阴离子分别在浓度 梯度作用下扩散到第一容器中的不能被光辐照的避光部分1处；与此同时，由第一容器的 透光部分2处扩散到第二容器3中的氢离子会进一步扩散到第一容器的避光部分1之后再 与从第一容器的透光部分2处扩散过来的阴离子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后 导致第一容器中的避光部分1处的光酸分子的浓度又会比第一容器中透光部分2处的光 酸分子的浓度高，因此在浓度梯度作用下，光酸分子又重新扩散到能被光辐照到的透光部 分2处，致此完成一个循环。在此循环过程中，置于含有-C00H酸性活基团的聚乙烯和含 有-C00H酸性活性基团的聚丙烯复合膜为阳离子交换膜两侧的钼电极就会有电流及电势 产生，只要连续光照使循环进行就会有比较恒定的电流产生。其中，稳定的电流值可达45 微安，稳定的电势值可达410毫伏。实验中所用的电流及电势的测量仪器分别为美国吉时 利仪器公司的6487皮安计和2482A电压计。
权利要求
一种光诱导质子化太阳能电池，其包括作为光电化学池的密闭容器、阳离子交换隔膜、在水中经光诱导能够产生氢离子和阴离子的光酸分子以及电极；其特征是所述的密闭容器中有与密闭容器的四个内壁密封相连接的阳离子交换隔膜，并且该阳离子交换隔膜将所述的密闭容器分成体积不相等的第一容器和第二容器，其中，在第一容器中盛放有在水中经光诱导能够产生氢离子和阴离子的光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水；所述的密闭容器只有其中所述的第一容器的一侧壁有部分地方能够透光，且透过光与阳离子交换隔膜成90度入射角，其余密闭容器的壁为不能透光；在第一容器中的透光部分处设置有阳极或阴极；在第二容器中设置有阴极或阳极；并且第一容器中设置的阳极或阴极的导线通向第一容器外，对应于第二容器中设置的阴极或阳极的导线通向第二容器外。
2.根据权利要求1所述的光诱导质子化太阳能电池，其特征是所述的电极材料是钼 电极、银/氯化银电极或IT0电极。
3.根据权利要求1所述的光诱导质子化太阳能电池，其特征是所述的第一容器与第 二容器的体积比为1/10 1/2。
4.根据权利要求1或3所述的光诱导质子化太阳能电池，其特征是所述的第一容器 侧壁能够透光的部分面积占该侧壁总面积的1/10 1/3。
5.根据权利要求1所述的光诱导质子化太阳能电池，其特征是所述的阳离子交换膜 只允许光酸分子在水中经光诱导能够产生的氢离子透过，而不允许光酸分子本身和光酸分 子在光照射后产生的阴离子透过。
6.根据权利要求1或5所述的光诱导质子化太阳能电池，其特征是所述的阳离子交 换膜是在膜结构中含有酸性活性基团的阳离子交换膜。
7.根据权利要求6所述的光诱导质子化太阳能电池，其特征是所述的含有酸性活性 基团的阳离子交换膜是选自酸性活性基团磺酸化的、磷酸化的、羧酸化的或酚羟基化的聚 苯乙烯膜或全氟的聚苯乙烯膜，酸性活性基团磺酸化的、磷酸化的、羧酸化的或酚羟基化的 聚乙烯膜或全氟的聚乙烯膜，酸性活性基团磺酸化的、磷酸化的、羧酸化的或酚羟基化的聚 氯乙烯膜或全氟的聚氯乙烯膜，酸性活性基团磺酸化的、磷酸化的、羧酸化的或酚羟基化的 聚丙烯膜或全氟的聚丙乙烯膜所组成的组中至少一种。
8.根据权利要求7所述的光诱导质子化太阳能电池，其特征是所述的酸性活性基团 是-S03H活性基团、-opo3H2活性基团、-PO3H2活性基团、-C00H活性基团、酚羟基活性基团中 的一种。
9.根据权利要求1所述的光诱导质子化太阳能电池，其特征是所述的光酸分子的水 溶液的浓度为1 P M 饱和溶液的浓度。
10.根据权利要求1、5或9所述的光诱导质子化太阳能电池，其特征是所述的光酸分 子为在水溶液中及光照的作用下能够发生光解反应分解为氢离子及阴离子，且在避光条件 下氢离子又能够与光酸分子光解产生的阴离子重新形成光解前的光酸分子。
11.根据权利要求1或5所述的光诱导质子化太阳能电池，其特征是所述的光酸分子为萘酚类光酸分子、芘酚类光酸分子或 中的一种。
12.根据权利要求10所述的光诱导质子化太阳能电池，其特征是所述的光酸分子为萘酚类光酸分子、芘酚类光酸分子或 中的一种。
13.根据权利要求11所述的光诱导质子化太阳能电池，其特征是所述的萘酚类光酸分子为 所述的芘酚类光酸分子为
14.根据权利要求12所述的光诱导质子化太阳能电池，其特征是 所述的萘酚类光酸分子为 .所述的芘酚类光酸分子为
全文摘要
本发明属于太阳能电池的设计及制备方法，涉及将太阳能和光酸分子联合在一起的光诱导质子化太阳能电池。本发明是在作为光电化学池的密闭容器中设置有阳离子交换隔膜，该隔膜将密闭容器分成体积不相等的第一容器和第二容器；在第一容器中盛放有光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水；在第一容器的一侧壁有部分地方能够透光，且透过光与阳离子交换隔膜成90度入射角，其余密闭容器的壁为不能透光。本发明主要是利用光酸分子在光作用下发生光解反应，所产生的氢离子浓度梯度经过阳离子交换膜进行离子交换而产生电流及电势差对外做功；光酸分子光解后产生的离子浓度梯度实现了光酸分子和离子的内部循环，此内部循环保证了产生的电流持续和恒定。
文档编号H01M6/36GK101872866SQ20091008255
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者宋延林, 江雷, 翟锦, 聂富强, 闻利平 申请人:中国科学院化学研究所