Die Erfindung bezieht sich auf eine photoelektrochemische
Zelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a photoelectrochemical
Cell according to the preamble of claim 1.
Bei diesen photoelektrochemischen Zellen wird die Tatsache
genutzt, daß Halbleiterelektrolytgrenzschichten photoelek
trochemische Eigenschaften zeigen, die jenen der Schottky-
Barrieren von Halbleiter-Metallgrenzschichten ähnlich sind.
Halbleiter mit geringem Abstand zwischen Energie- und Va
lenzband, bei denen die Ladungsträger des Halbleiters
selbst mit Licht photoelektrisch angeregt werden, wie bei
spielsweise bei Silizium, Galliumarsenid und Kadmiumsulfid
werden unter Lichtbestrahlung, bei der Verwendung von Elek
trolyten photokorrosiv zersetzt. Die Empfindlichkeit, d. h.
die photochemische Ausbeute für sichtbares Licht, insbeson
dere für Sonnenlicht, kann erhöht werden, indem auf die
Oberfläche des Halbleiters sogenannte Chromophore, auch
Sensibilatoren oder Dyes genannt, chemisch an- oder einge
lagert werden. Aus der deutschen Patentanmeldung P 42 07
659.5 ist eine photoelektrochemische Zelle bekannt, die
eine photoaktive Schicht aufweist, die zwischen zwei elek
trisch leitenden Schichten angeordnet ist. Die photoaktive
Schicht wird durch eine Titandioxidschicht gebildet, die
eine sehr hohe Porosität aufweist. In die photoaktive
Schicht sind ein Elektrolyt und ein Chromophor eingelagert.
Die beiden Funktionen der Lichtabsorption und der Ladungs
trägertrennung erfolgen in dieser photoelektrischen Schicht
getrennt. Die Lichtabsorption wird von dem Chromophor über
nommen. Die von dem Chromophor abgegebenen Elektronen wan
dern über das Titandioxid zu der zweiten elektrisch leiten
den Schicht. Damit die Reaktionen innerhalb der photoak
tiven Schicht schnell ablaufen, steht diese mit einem Ka
talysator in Verbindung. Aus diesem Grund sind bei den be
kannten photoelektrochemischen Zellen die zweiten elek
trisch leitenden Schichten aus Platin gefertigt. Dies be
deutet jedoch, daß die Kosten für die Herstellung der pho
toelektrochemischen Zellen sehr hoch sind.With these photoelectrochemical cells, the fact
used that semiconductor electrolyte boundary layers photoelek
show trochemical properties that those of the Schottky
Barriers of semiconductor-metal boundary layers are similar.
Semiconductors with a short distance between energy and Va
lenzband, in which the charge carriers of the semiconductor
can be photoelectrically excited even with light, as in
for example with silicon, gallium arsenide and cadmium sulfide
are exposed to light when using Elek
trolytes decomposed photocorrosively. The sensitivity, i. H.
the photochemical yield for visible light, in particular
for sunlight, can be increased by clicking on the
Surface of the semiconductor called chromophores, too
Called sensitizers or dyes, chemically switched on or on
be stored. From German patent application P 42 07
659.5 a photoelectrochemical cell is known which
has a photoactive layer between two elec
trically conductive layers is arranged. The photoactive
Layer is formed by a titanium dioxide layer, the
has a very high porosity. In the photoactive
The layer contains an electrolyte and a chromophore.
The two functions of light absorption and charge
Carrier separation takes place in this photoelectric layer
Cut. The light absorption is from the chromophore
taken. The electrons emitted by the chromophore wan
electrically via the titanium dioxide to the second
the shift. So that the reactions within the photoak
tive layer run quickly, this stands with a Ka
talysator in connection. For this reason, the be
knew photoelectrochemical cells the second elec
tric conductive layers made of platinum. This be
however indicates that the cost of manufacturing the pho
toelectrochemical cells are very high.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine photoelek
trochemische Zelle aufzuzeigen, die kostengünstiger her
gestellt werden kann.The invention has for its object a photoelek
to show trochemical cell that cost less
can be put.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of
Claim 1 solved.
Erfindungsgemäß wird die zweite elektrisch leitende Schicht
aus Chrom, Wolfram, Molybdän, Titan oder Graphit gefertigt.
Diese Materialien sind ebenfalls korrosionsbeständig und
zudem billiger als Platin. Damit die Reaktionen in der pho
toaktiven Schicht auch weiterhin beschleunigt ablaufen,
wird die Oberfläche dieser zweiten elektrisch leitenden
Schicht mit einem dünnen Überzug aus Platin versehen. Hier
durch wird erreicht, daß die Oberfläche der zweiten elek
trisch leitenden Schicht weiterhin als Katalysator wirkt.
Da diese Platinschicht sehr dünn ausgebildet werden kann,
werden hierdurch die Herstellungskosten der photo
elektrochemischen Zelle reduziert. Gleichzeitig wird die
zweite elektrisch leitende Schicht durch den Überzug aus
Platin zusätzlich gegen Korrosion geschützt.According to the second electrically conductive layer
made of chrome, tungsten, molybdenum, titanium or graphite.
These materials are also corrosion resistant and
also cheaper than platinum. So that the reactions in the pho
toactive layer continue to accelerate,
becomes the surface of this second electrically conductive
Layer with a thin coating of platinum. Here
is achieved by that the surface of the second elec
tric conductive layer continues to act as a catalyst.
Since this platinum layer can be made very thin,
the manufacturing costs of the photo
electrochemical cell reduced. At the same time, the
second electrically conductive layer through the coating
Platinum additionally protected against corrosion.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Un
teransprüchen gekennzeichnet.Further features essential to the invention are in the Un
marked claims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen
Zeichnung näher erläutert.The invention is described below using a schematic
Drawing explained in more detail.
Die einzige zur Beschreibung gehörige Figur zeigt den Auf
bau einer photoelektrochemischen Zelle 1. Der Kern der
Zelle wird durch die photoaktive Schicht 2 gebildet, die
zwischen einer ersten elektrisch leitenden Schicht 3 und
einer zweiten elektrisch leitenden Schicht 4 angeordnet
ist. Bei der ersten elektrisch leitenden Schicht handelt es
sich um eine transparente Oxidschicht, die auf der Oberflä
che eines flächigen Bauelementes 5 aus getempertem Glas an
geordnet ist. Vorzugsweise wird die erste elektrisch lei
tende Schicht aus Zinnoxid gefertigt. Auf diese elektrisch
leitende Schicht ist die photoaktive Schicht 2 aufgetragen.
Sie besteht aus Titandioxid, das sehr porös ist. In diese
photoaktive Schicht sind ein flüssiger Elektrolyt und ein
Farbstoff eingelagert. Als Elektrolyt wird vorzugsweise
Jod/Jodid in Ethylen-/Propylencarbonat verwendet. Als Farb
stoffe eignen sich die Komplexe von Ruthenium und Osmium
sowie Phorphyrine sowie Cyanide. In diese photoaktive
Schicht 2 schließt sich die zweite elektrisch leitende
Schicht 4 an. Sie wird vorzugsweise aus Chrom, Molybdän,
Wolfram, Titan oder Graphit hergestellt. Die der photoakti
ven Schicht 2 zugewandte Oberfläche 4S dieser zweiten elek
trisch leitenden Schicht 4 weist einen dünnen Überzug 4S
aus Platin auf. Seine Dicke beträgt 1 bis 100 nm. Der Über
zug 4S kann beispielsweise durch galvanisches Abscheiden
aus Hexachloroplatinsäure erfolgen. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, die Oberfläche der zweiten elektrisch lei
tenden Schicht mit einer Lösung aus Metallacetat, Metall
acetylacetonat oder Metallformiat zu beschichten, das Pla
tin als Metallkomponente aufweist. Durch Bestrahlen dieser
Schicht mit UV-Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwi
schen 60 und 320 nm wird diese metallorganische Verbindung
unmittelbar in einen Überzug 4S aus Platin umgewandelt. An
die zweite elektrisch leitende Schicht 4 schließt sich ein
als Halterung dienendes Bauelement 6 an. Dieses ist vor
zugsweise aus einem nicht leitenden, flexiblen Material ge
fertigt. Hierfür eignen sich Kunststoffe in Form von Ther
moplasten, so beispielsweise Polyamid.The only figure belonging to the description shows the construction of a photoelectrochemical cell 1 . The core of the cell is formed by the photoactive layer 2 , which is arranged between a first electrically conductive layer 3 and a second electrically conductive layer 4 . The first electrically conductive layer is a transparent oxide layer which is arranged on the surface of a flat component 5 made of tempered glass. The first electrically conductive layer is preferably produced from tin oxide. The photoactive layer 2 is applied to this electrically conductive layer. It consists of titanium dioxide, which is very porous. A liquid electrolyte and a dye are embedded in this photoactive layer. Iodine / iodide in ethylene / propylene carbonate is preferably used as the electrolyte. The complexes of ruthenium and osmium as well as phorphyrins and cyanides are suitable as dyes. The second electrically conductive layer 4 is connected to this photoactive layer 2 . It is preferably made of chrome, molybdenum, tungsten, titanium or graphite. The photoactive layer 2 facing surface 4 S of this second electrically conductive layer 4 has a thin coating 4 S of platinum. Its thickness is 1 to 100 nm. The coating 4 S can be done, for example, by electrodeposition from hexachloroplatinic acid. Another possibility is to coat the surface of the second electrically conductive layer with a solution of metal acetate, metal acetylacetonate or metal formate which has platinum as a metal component. By irradiating this layer with UV radiation in a wavelength range between 60 and 320 nm, this organometallic compound is immediately converted into a coating 4 S made of platinum. A component 6 serving as a holder is connected to the second electrically conductive layer 4 . This is preferably made from a non-conductive, flexible material. Plastics in the form of thermoplastics, such as polyamide, are suitable for this.