Фотоэлектрический элемент

009476 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:(iii) электрокаталитический слой на каждой стороне. В WO-A-03/023890 описан композитный МЭУ, образованный на месте (in situ) 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 (AN), метилметакрилат (MMA), 2 акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновую кислоту (AMPSA) и/или винилпирролидон (VP). 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 (SO3), фосфорной или фосфоновой кислоты, или щелочи (ОН),например KOH или NaOH 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(II)(т.е. соединение Ru(bpy)32+), 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 open-weave) 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 WO-A-03/023890. Следующие примеры иллюстрируют изобретение. Пример 1. Элемент по изобретению был изготовлен с использованием мембраны из сополимера AN-VPAMPSA. 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/см 2. Пример 2. Был изготовлен элемент, аналогичный элементу по чертежу, за исключением того, что мембрана была сформирована путем термической полимеризации мономеров на месте (in situ) со стеклянной электродной пластиной. Элемент облучали также, как и прежде, получая фото-ЭДС в 0,78 В. 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. Элемент по п.1, в котором полимер является гидрофильным. 3. Элемент по п.1 или 2, в котором полимер является сшитым. 4. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором мембрана представляет собой пластичный материал. 5. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором узел выполнен в виде пакета. 6. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором узел содержит катализатор. 7. Элемент по п.6, в котором катализатор содержит платину и/или диоксид титана. 8. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором мембрана содержит канал, пригодный для пропускания света. 9. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором мембрана является оптически прозрачной. 10. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором узел содержит сенсибилизирующий краситель. 11. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором узел является планарным по структуре. 12. Элемент по любому предшествующему пункту, в котором электрод является прозрачным. 13. Способ генерации электрического напряжения, который включает в себя облучение элемента по любому из пп.1-12. 14. Элемент по п.1, в котором электрод позволяет фотонам проходить к мембране. 15. Элемент по п.2, в котором электрод позволяет фотонам проходить к мембране. 16. Элемент по п.9, в котором узел выполнен в виде световода.