FR2459540A1 - PHOTOELECTROCHEMICAL CELL STRUCTURE AND APPARATUS FOR CONVERTING PHOTOELECTROCHEMICAL ENERGY USING THE SAME - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UNE STRUCTURE DE CELLULE PHOTOELECTROCHIMIQUE. CETTE STRUCTURE COMPORTE UNE FENETRE DESTINEE A RECEVOIR DES RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES ET ELLE EST CARACTERISEE PAR LE FAIT QU'ELLE COMPREND: -UNE ELECTRODE PHOTO-ACTIVE COMPOSITE, COMPRENANT UN SUPPORT QUI TRANSMET LA LUMIERE, UN CONDUCTEUR QUI TRANSMET LA LUMIERE ET UNE MINCE PELLICULE SEMI-CONDUCTRICE POLYCRISTALLINE; -UNE ELECTRODE INVERSE; -UN ELECTROLYTE QUI EST AU CONTACT DE LADITE ELECTRODE PHOTO-ACTIVE ET DE LADITE ELECTRODE INVERSE; -UNE CHAMBRE DESTINEE A CONTENIR CET ELECTROLYTE; -DES MOYENS RELIES AUXDITES ELECTRODES ET SERVANT A FAIRE PASSER LE COURANT ELECTRIQUE PRODUIT PAR LADITE CELLULE; ET -DES MOYENS, CONTENUS DANS LADITE CELLULE, DESTINES A LIMITER LA PHOTODISSOLUTION (SOUS L'EFFET DE LA LUMIERE) DESDITES ELECTRODES; -LADITE ELECTRODE COMPOSITE CONSTITUANT UN SUPPORT POUR LA CELLULE. APPLICATION A LA PRODUCTION D'ENERGIE ELECTRIQUE A PARTIR DU RAYONNEMENT SOLAIRE.THE PRESENT INVENTION RELATES TO A PHOTOELECTROCHEMICAL CELL STRUCTURE. THIS STRUCTURE INCLUDES A WINDOW INTENDED TO RECEIVE ELECTROMAGNETIC RADIATION AND IT IS CHARACTERIZED BY THE FACT THAT IT INCLUDES: -A PHOTO-ACTIVE COMPOSITE ELECTRODE, INCLUDING A SUPPORT THAT TRANSMITS LIGHT, A CONDUCTOR AND SEMI TRANSMITTING LIGHT -POLYCRYSTALLINE CONDUCTOR; -A REVERSE ELECTRODE; -AN ELECTROLYTE WHICH IS IN CONTACT WITH THE SAID PHOTO-ACTIVE ELECTRODE AND THE SAID REVERSE ELECTRODE; -A CHAMBER DESIGNED TO CONTAIN THIS ELECTROLYTE; - MEANS CONNECTED TO THE SAID ELECTRODES AND SERVING TO PASS THE ELECTRIC CURRENT PRODUCED BY THE SAID CELL; AND - MEANS, CONTAINED IN THE SAID CELL, INTENDED TO LIMIT THE PHOTODISSOLUTION (UNDER THE EFFECT OF LIGHT) OF THE SAID ELECTRODES; -LADITE COMPOSITE ELECTRODE CONSTITUTING A SUPPORT FOR THE CELL. APPLICATION TO ELECTRICAL ENERGY PRODUCTION FROM SOLAR RADIATION.
Description
La présente invent on concerne des disposittfs photoélec-The present invention relates to photoelectric devices
troc/hmtiques-, plus spécialement des- disposittifs de ce type présentant une ou plus'leurs- des caractêristiques suivantes stalilisation des électrodes pour empêcher leur dissolution; structures i plusieurs ch'amrees permettant d'utiliser des More particularly, such devices have one or more of the following characteristics: stalilization of the electrodes to prevent their dissolution; several structures allowing the use of
électrodes non transparentes; structures à plusieurs photo- non-transparent electrodes; multiple photo structures
électrodes, dont les diverses- électrodes sont sensibles à des parties différentes de spectre; moyens échangeurs de chaleur utilisant l'électrolyte pour la transformation de l'énergie calorifique développée et structures à plusieurs chambres comportant des électrodes- de stockage, ou électrodes magasins, en association avec une ou plusieurs des caractéristiques electrodes, the various electrodes of which are sensitive to different parts of the spectrum; heat exchanger means using the electrolyte for the transformation of the developed heat energy and multi-chamber structures having storage electrodes, or store electrodes, in association with one or more of the features
indiquées ci-dessus.indicated above.
De grands efforts ont été accomplis en vue de remplacer les sources d'énergie couramment disponibles, dont les réserves sont finies. Une source d'énergie à laquelle on pense depuis peu, est la production d'énergie électrique par conversion du rayonnement solaire. Les publications scientifiques ont fourni divers exemples d'installations photoélectrochimiques Great efforts have been made to replace the currently available energy sources, whose reserves are over. A source of energy that has recently been thought of is the production of electrical energy by conversion of solar radiation. Scientific publications have provided various examples of photoelectrochemical installations
utiles pour la photo-électrolyse de l'eau ou pour la photo- useful for photo-electrolysis of water or for photo-
oxydation de certaines espèces à oxydo-réduction.La théorie qui est à la base de ces installations et de ces phénomènes est bien exposée dans ses grandes lignes, par exemple, dans les publications suivantes: Gerischer, "Electrochemical Photo and Solar Cells Principles and Some experiments," Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, vol. 58, p. 263 à 274 (1975); Manassen et divers, "Electrochemical, Solid State, Photochemical and Technological Aspects of Photoelectrochemical Energy Converters," dans la revue Nature, vol. 263, p. 97 a 100 -1976); Ellis et divers, "Study of N-Yype Semiconducting Cadmium oxidation of certain species to oxidation-reduction. The theory which is at the base of these installations and of these phenomena is well exposed in outline, for example, in the following publications: Gerischer, Electrochemical Photo and Solar Cells Principles and Some Experiments, "Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, vol. 58, p. 263-274 (1975); Manassen et al., "Electrochemical, Solid State, Photochemical and Technological Aspects of Photoelectrochemical Energy Converters," in Nature, Vol. 263, p. 97 to 100 -1976); Ellis et al., Study of N-Yype Semiconducting Cadmium
Chalcogenide-Base Photoelectrochemical Cells Employing Polychal- Chalcogenide-Base Photoelectrochemical Cells Employing Polychal-
cogenide Electrolytes", dans la revue Journal American Chemical Society, vol. 99, p. 2839 à 2848 (1977); Wrighton et divers "Photo-Assisted Electrolysis of Water by Irradiation of a Titanium Dioxide Electrode", dans la revue Proc. Nat. Acad. Sci. (Compte-rendu de l'Académie des Sciences), Etats-Unis d'Amérique vol. 72 no 4 p. 1518 à 1522 (1975), et le brevet cogenide Electrolytes, "in the journal American Chemical Society Journal, vol 99, pp. 2839-2848 (1977), Wrighton and various" Photo-Assisted Electrolysis of Water by Irradiation of a Titanium Dioxide Electrode ", in the journal Proc Nat Acad Sci (Proceedings of the Academy of Sciences), United States of America, Volume 72 No. 4, pp. 1518-1522 (1975), and the patent
des Etats-Unis d'Amérique 4.064.326. United States of America 4,064,326.
Les photoIélectrodes décrites en général sont des semusz conducteurs, lespIoto-anodes- étant des semikconducteurs du type n, tandteÀ que les plidto-cathodes sont des, semSconducteurs du type p. Lese sem:iconducteurs- peuvent être en des -matériaux à grande discontlinuité de Sande, par exemple, dans- n-TiO2 ou dans des matériaux à faible continuité de bande, par The photoIelectrodes described in general are conductive semusz, the pico-anodes being n-type semiconductors, while the plidto-cathodes are p-type semiconductors. The semiconductors may be in Sande-like materials, for example, in-n-TiO2 or in low-band-continuity materials, for example.
exemple, en n--GaAs-.example, in n - GaAs-.
Toutefois, l'utilisation des- installations photoélec- However, the use of photo-
trochimiques à sem-conducteurs et à électrolyte pour la i0 transformation du rayonnement solaire en énergie électrique laisse entendre que les semiconducteurs présentant une discontinuité de bande au voisinage de 1,4 eV sont les plus efficaces compte tenu de la quantité de rayonnement solaire qui peut être utilisement absorbée et transformée en énergie électrique. Ce point de vue est bien connu d'après la théorie du dispositif photovoltaiques à l'état solide. Mais, tout récemment encore, les matériaux à faible discontinuité de bande ne pouvaient pas être utilisés comme photoanodes, par exemple, étant donné que l'irradiation en présence d'un semiconductor and electrolyte trochemics for the transformation of solar radiation into electrical energy suggests that semiconductors with a band gap in the vicinity of 1.4 eV are the most efficient given the amount of solar radiation that can be absorbed and converted into electrical energy. This point of view is well known from the theory of the solid-state photovoltaic device. But, even recently, low band gap materials could not be used as photoanodes, for example, since irradiation in the presence of a
électrolyte avait pour résultat la dissolution des semi- electrolyte resulted in the dissolution of the
conducteurs par la lumière. On connait à présent divers exemples de couples d'oxydo-réduction en mesure de supprimer la dissolution sous l'action de la lumière des semi-conducteurs drivers by the light. Various examples of oxidation-reduction couples capable of suppressing dissolution under the action of semiconductor light are now known.
à faible discontinuité de bande.at low band gap.
L'invention concerne une cellule complète, utilisant des matériaux à faible discontinuité de bande et assurant une stabilisation convenable des électrodes en vue d'empêcher The invention relates to a complete cell, using low band gap materials and providing suitable stabilization of the electrodes to prevent
leur dissolution sous l'effet de la lumière. En outre, l'inven- their dissolution under the effect of light. In addition, the invention
tion concerne des structures à plusieurs chambres permettant d'utiliser des photo-électrodes non transparentes, ainsi que des procédé de fabrication pour la réalisation de telles cellules. En outre, l'invention fait appel à des photo-électrodes multiples, dont la réponse sépare les diverses parties du spectre électromagnétique. Conformément à l'invention, les caractéristiques que l'on vient d'énoncer sont associées à une structure qui permet l'utilisation de l'électrolyte comme fluide échangeur de chaleur. En outre, l'invention concerne The invention relates to multi-chamber structures for using non-transparent photo-electrodes, as well as to manufacturing methods for producing such cells. In addition, the invention uses multiple photoelectrodes, the response of which separates the various parts of the electromagnetic spectrum. According to the invention, the characteristics just mentioned are associated with a structure that allows the use of the electrolyte as heat exchange fluid. In addition, the invention
une caractéristique de stockage.a storage feature.
L'invention a également pour objet: - une cellule photoélectroch-nlique éconoinique permettant de transformer utilement l'énergie solaire en énergie électrique; - des procédés de fabrications de cette cellule; -des cellules faisant appel à pluseeurs photo-électrode dont chacune est sensible. une partie donnée de spectre solaire; - des procédés d'amélioration des possiSilités de photo.électrodes données, utilisant des traitements de dép6t postérieur; The subject of the invention is also: an econoinic photoelectrochemical cell making it possible to usefully transform solar energy into electrical energy; - manufacturing processes of this cell; cells using more photoelectrodes each of which is sensitive. a given part of the solar spectrum; methods of improving the possibilities of given photoelectrodes, using posterior processing treatments;
- de l'amélioration de la tension fournie par une photo-élec- - the improvement of the voltage provided by a photoelectrical
trode donnée, par dopage du matériau semi-conducteur utilisation, avec une impureté appropriée; given trode, by doping the semiconductor material use, with a suitable impurity;
- un électrolyte perfectionné pour une cellule photoélectro- an improved electrolyte for a photocell
chimique; - une cellule photoélectrochimique, dans laquelle l'électrolyte est utilisé comme fluide échangeur de chaleur pour le transfert d'énergie thermique; - une cellule photoélectrochimique perfectionnée capable de stocker des charges électriques grâce à l'utilisation d'une électrode de stockage, ou électrode-magasin, en plus de la chemical; a photoelectrochemical cell, in which the electrolyte is used as a heat exchange fluid for the transfer of thermal energy; an improved photoelectrochemical cell capable of storing electrical charges through the use of a storage electrode, or store electrode, in addition to the
photo-anode et de la cathode.photo-anode and cathode.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention Other features and advantages of the invention
ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard will emerge from the description which will follow, made
des dessins annexés et donnant, à titre explicatif et nullement annexed drawings and giving, by way of explanation and in no way
limitatif, diverses formes de réalisation. limiting, various embodiments.
Sur ces dessins, - la Fig. la, représente la structure de base de cellule photoélectrochimique, - la Fig. lb, représente un détail de la cellule de la Fig. la, - les Fig. 2a et 2b, sont des courbes intensité-tension relatives à une cellule, - la Fig. 3, représente une forme de réalisation à plusieurs chambres, - les Fig. 4a et 4b, représentent une forme de réalisation à plusieurs photoélectrodes; - la Fig. 5, fournit des données de travail relatives à la cellule de la Fig. 4a, - la Fig. 6, représente l'utilisation de la cellule selon l'invention dans un milieu échangeur de chaleur, - Les Fig. 7a, 7b et 7c représentent diverses formes de In these drawings, FIG. 1a, represents the basic structure of photoelectrochemical cell, FIG. lb shows a detail of the cell of FIG. Figs. 2a and 2b are intensity-voltage curves relating to a cell, FIG. 3, shows a multi-chamber embodiment, - FIGS. 4a and 4b show a multiple photoelectrode embodiment; FIG. 5, provides working data relating to the cell of FIG. 4a, - FIG. 6 shows the use of the cell according to the invention in a heat exchanger medium; FIGS. 7a, 7b and 7c represent various forms of
réalisation comprenant toutes,-une électrode de stockage. embodiment comprising all, a storage electrode.
La forme de réalisation de base telle que représentée sur la Fig. la, comprend une électrode composite 8. Deux électrodes 11 et 15 dont l'une au -moins est transparente à The basic embodiment as shown in FIG. 1a comprises a composite electrode 8. Two electrodes 11 and 15, one of which is transparent to
la lumière sont reliées à des fils métalliques 16 et 17. the light are connected to metal wires 16 and 17.
Ces fils métalliques sont reliés aux électrodes et elles ont pour rôle de laisser passer le courant électrique These wires are connected to the electrodes and their role is to pass the electric current
produit de façon électrochimique provenant de la cellule. electrochemically produced from the cell.
Un électrolyte 14 est entouré par des cloisons constituées par une pièce d'écartement 13 de forme annulaire et une structure 20 en résine époxy. Les éléments 10, 11 et 12 constituent l'électrode composite 8 qui reçoit les rayonnements incidents. Le support transparent 10 et l'électrode An electrolyte 14 is surrounded by partitions consisting of an annular spacer 13 and a structure 20 of epoxy resin. The elements 10, 11 and 12 constitute the composite electrode 8 which receives the incident radiation. The transparent support 10 and the electrode
conductrice 11 sont disponibles sur le marché sous la dénomi- 11 are available on the market under the name
nation "Verre NESA". La couche 12 est une photo-électrode semiconductrice. L'élément 11 est un conducteur transparent auquel est relié le fil métallique 16. Les conducteurs 16 et 17 sont reliés à une charge électrique 19 au moyen d'un interrupteur 18. La cellule comprend en outre des trous de remplissage 22 qui sont représentés comme-traversant l'électrode 15, mais bien entendu ils pourraient être situés dans d'autres éléments nation "Glass NESA". The layer 12 is a semiconductor photoelectrode. The element 11 is a transparent conductor to which the wire 16 is connected. The conductors 16 and 17 are connected to an electric charge 19 by means of a switch 18. The cell further comprises filling holes 22 which are represented as through the electrode 15, but of course they could be located in other elements
de la présente structure.of the present structure.
C'est ainsi par exemple qu'il pourrait se trouver dans la pièce d'écartement 13 ou dans l'électrode 8. On injecte l'électrolyte par les trous de remplissage jusqu'au volume prévu puis on bouche ces trous de façon hermétique. Les joints d'étanchéité peuvent être disposés dans ces trous de façon For example, it could be in the spacer 13 or in the electrode 8. The electrolyte is injected through the filling holes to the expected volume and then these holes are hermetically sealed. The seals can be arranged in these holes so
définitive ou on peut utiliser des joints remplaçables. where replaceable seals may be used.
Le conducteur 16 peut être collé, à l'aide d'un adhésif époxy conducteur sur l'électrode composite 8 grâce à une patte 24 pratiquée dans cette électrode, comme représenté sur la Fig. lb. The conductor 16 can be glued, using a conductive epoxy adhesive on the composite electrode 8 by means of a tab 24 formed in this electrode, as shown in FIG. lb.
Comme décrit dans les demandes de lirevet aux Etats- As described in the United States
Unis d'Amérique n 582.344 et 763.073, on peut prévoir des suspensions photo-sensibles dans l'électrolyte ou utiliser des suspensions photo-sensibles- sous- la forme d'une couche appliquée au-dessus de l'électrode 11, ce qui donne au dispositif une photoa-lectrode sem.-conductrice. Toutefois, contrairement à ce qui a lieu dans les demandes de brevet que l'on vient de citer et au lieu d'utiliser des dioxydes de titane, on fait appel à des éléments semi-conducteurs US Pat. Nos. 582,344 and 763,073, photo-sensitive suspensions in the electrolyte may be provided or photo-sensitive suspensions may be used in the form of a layer applied above the electrode 11, which gives to the device a semi-conductive photoa-electrode. However, unlike in the patent applications just mentioned and instead of using titanium dioxides, semiconductor elements are used.
à continuité de bande plus faible. with weaker band continuity.
Les auteurs d'article Wrighton et divers indiqués plus haut ont expliquéqu'une unique électrode à cristal semis conducteur peut être stabilisée grâce à l'emploi de couples d'oxydo-réduction convenable dans l'électrolyte. En vue d'empêcher l'électrode de se dissoudre et de se décomposer, Wrighton and various authors noted above have explained that a single conductive seed crystal electrode can be stabilized by the use of suitable oxidation-reduction pairs in the electrolyte. In order to prevent the electrode from dissolving and decomposing,
il faut ajouter à l'électrolyte certaines espèces chimiques. some chemical species must be added to the electrolyte.
L'une des caractéristiques de la forme de réalisation One of the features of the embodiment
préférée de l'invention réside dans l'utilisation d'une élec- preferred embodiment of the invention lies in the use of
trode polycristalline au contact d'un électrolyte, ce qui assure des économies intéressantes et confère des propriétés de structure désirées en permettant aux électrodes d'être polycrystalline trode in contact with an electrolyte, which provides interesting savings and confers desired structural properties by allowing the electrodes to be
transparentes ou de se présenter sous la forme de minces pelli- transparent or in the form of thin film
cules, si nécessaire.cules, if necessary.
Contrairement aux dispositifs de la technique antérieu- Unlike the devices of the prior art
re, tels que décrits dans les demandes de brevet citées plus haut, le dispositif selon la présente invention fait appel à des ions de polysulfure comme couples d'oxydo-réduction re, as described in the patent applications cited above, the device according to the present invention uses polysulfide ions as oxidation-reduction couples
dans une installation de régénération en boucle fermée. in a closed-loop regeneration plant.
L'installation permet aux ions d'être oxydés dans l'électrode avant 8 qui est sensible à la photoactivité, les électrons libérés se déplaçant dans le conducteur 16, dans l'interrupteur 18, la charge 19 et le conducteur 17, jusqu'à l'électrode inverse 15 o les ions oxydés subissent une réduction après The installation allows the ions to be oxidized in the front electrode 8 which is sensitive to photoactivity, the released electrons moving in the conductor 16, in the switch 18, the load 19 and the conductor 17, to the reverse electrode 15 o the oxidized ions undergo a reduction after
s'être déplacés jusqu'à l'électrode par une diffusion ordinaire. have moved to the electrode by ordinary diffusion.
Dans l'étude précédente, on utilise des ions polysulfure, mais bien entendu on peut utiliser d'une façon générale des électrolytes de polychalcogènures et des ions polysulfure In the previous study, polysulfide ions are used, but of course polychalcogenides electrolytes and polysulfide ions can be used in general.
ne sont indiqués qu'à titre d'exemple. are only shown as examples.
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Le procédé de fabrication de la cellule représentée sur la Fig. 1, consiste, en gros, à déposer une -miice pellicule sem!-conductrece, sur un support transparent, à effectuer un traitement de dépôt ultérieur sur ce support revêtu, par exemple par chauffage et/ou par attaque à The method of manufacturing the cell shown in FIG. 1, consists, basically, in depositing a semicircle film, on a transparent support, to carry out a subsequent deposition treatment on this coated support, for example by heating and / or etching.
l'acide, à fixer un conducteur à la partie conductrice trans- the acid, to fix a conductor to the trans-
parente de l'électrode, à disposer un joint inerte sur le pourtour de l'électrode, à placer une électrode inverse stable au sommet de ce joint inerte, à fermer hermétiquement la cellule à l'aide d'un produit d'étanchéité non conducteur en vue d'empêcher les fuites, à remplir la cellule avec un électrolyte et à fermer hermétiquement les trous de remplissage. On attache le fil métallique conducteur 17 à l'électrode inverse 15, après avoir posé cette électrode of the electrode, to provide an inert seal around the electrode, to place a stable reverse electrode at the top of this inert seal, to seal the cell with a non-conductive sealant in order to prevent leakage, to fill the cell with an electrolyte and to seal the filling holes. The conductive wire 17 is attached to the reverse electrode 15, after having placed this electrode
inverse sur le joint 13.reverse on the seal 13.
Si l'on considère toujours la structure représentée sur la Fig. la, on voit que la couche 12 constituée par une mince pellicule semi-conductrice consiste en une If one still considers the structure shown in FIG. la, we see that the layer 12 constituted by a thin semiconducting film consists of a
mince pellicule polycristalline qui est au moins partiel- thin polycrystalline film that is at least partial-
lement transparente, par exemple d'une épaisseur qui avantageu- transparent, for example of a thickness which advantageously
sement n'est pas supérieure à 25 micromètres. Pour la réalisation is not greater than 25 micrometers. For the realization
de la couche 12, on peut faire appel à des matériaux semi- layer 12, semi- materials can be used.
conducteurs tels que CdS, CdSe, CdTe ou GaAs ou autres produits connus des spécialistes. On peut déposer ces matériaux par pulvérisations cathodiques, par dépôt de vapeurs chimiques ou par évaporation sous vide du composé et/ou des éléments conductors such as CdS, CdSe, CdTe or GaAs or other products known to those skilled in the art. These materials can be deposited by cathodic spraying, by chemical vapor deposition or by evaporation under vacuum of the compound and / or elements
constitutifs sur un support conducteur transparent 11 (dispo- constituting them on a transparent conductive support 11 (
nible sur le marché) sous la dénomination "Verre NESA", com- market) under the name "NESA glass",
portant par exemple du SnO2 dopé. Toutefois, le support conduc- for example doped SnO2. However, the conductive
teur 10, 11 peut tout aussi bien être constitué par l'alliage SnO2+In203 ou par du Cd2SnO4, etc. La couche 10 peut cependant être en une matière plastique ou en tout autre matériau 10, 11 may equally well consist of the alloy SnO 2 + In 2 O 3 or Cd 2 SnO 4, etc. The layer 10 may however be made of a plastic material or any other material
transparent au lieu d'être en verre. transparent instead of being in glass.
On peut donner à la mince pellicule semi-conductrice 12 le type n ou le type p, grâce à un choix convenable des conditions du dépôt, ou par un traitement thermique ultérieur The n-type or the p-type semiconductor film 12 can be given by a suitable choice of deposition conditions, or by a subsequent heat treatment.
ou par un dopage, comme cela est bien connu des spécialistes. or by doping, as is well known to specialists.
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Pour la forme de réalisation préférée jusqu'à ce jour, on envisage l'utflisation d'un matériau n. Les- condti:ons de dépôt ou de traitement thermique ultérieur servant à donner au matériau le type n peuvent ne pas être nécessaires si le matériau de départ se présente comme étant du type n. Il convient d'insister sur le fait que le traitement de dépôt ultérieur n'a pas essentiellement pour objet de modifier le type du porteur majoritaire. Ce changement peut s'obtenir par d'autres procédés, comme cela est bien connu For the most preferred embodiment to date, the use of n-material is contemplated. Subsequent deposition or heat treatment conditions to provide the n-type material may not be necessary if the starting material is n-type. It should be emphasized that the purpose of the post-filing process is not essentially to change the type of the majority carrier. This change can be obtained by other methods, as is well known
des spécialistes. Le présent traitement s'est révélé avanta- specialists. This treatment has been shown to be
geux, bien que ses essais réels ne soient pas parfaitement compris. On sait qu'un tel traitement peut cristalliser une although his real tests are not perfectly understood. It is known that such treatment can crystallize a
pellicule amorphe, peut accroître ou diminuer la conducti- amorphous film, may increase or decrease the
vité, sans modifier le type du porteur. without changing the type of carrier.
L'électrolyte 14 comprend une solution aqueuse (ou tout autre solvant polaire comme par exemple l'alcool méthylique ou l'alcool éthylique) qui peut être de nature acide ou de nature basique. La forme de réalisation préférée fait appel à un électrolyte contenant par exemple de la soude ou de la potasse, de manière à donner une solution de base dont le pH est supérieur à 7. De façon précise, la couche d'électrolyte peut avoir une épaisseur comprise entre 1 et 10 mm et elle est au contact avec la plus grande surface possible de chaque électrode. On peut bien entendu lui donner d'autres épaisseurs. En outre, l'électrolyte renferme des ions du groupe VI (ions polychalcogénures) servant à stabiliser les photoélectrodes pour empêcher leur photodissolution. Les ions sulfure (Se) ou selinium (Se=) sont utilisés à présent sous la concentration minima de 0,2 M. L'électrode inverse 15 est en carbone imprégné d'un métal choisi parmi les suivants: Mt, Co, Ni, Fe, Pb, ou Cu, ou un mélange de ces métaux. On confectionne en général l'électrode en la trempant dans une solution du sel métallique désiré puis en lui faisant subir un traitement The electrolyte 14 comprises an aqueous solution (or any other polar solvent such as methyl alcohol or ethyl alcohol) which may be of an acidic nature or of a basic nature. The preferred embodiment uses an electrolyte containing, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide, so as to give a basic solution whose pH is greater than 7. Precisely, the electrolyte layer may have a thickness between 1 and 10 mm and is in contact with the largest possible area of each electrode. We can of course give it other thicknesses. In addition, the electrolyte contains Group VI ions (polychalogenide ions) used to stabilize the photoelectrodes to prevent their photodissolution. The sulphide (Se) or selinium (Se =) ions are now used at the minimum concentration of 0.2 M. The inverse electrode 15 is carbon impregnated with a metal selected from the following: Mt, Co, Ni, Fe, Pb, or Cu, or a mixture of these metals. The electrode is usually made by dipping it in a solution of the desired metal salt and then treating it
thermique, comme cela est Mien connu des spécialistes. thermal, as is well known to specialists.
Suivant des-variantes, on dépose sur un support approprié le métal luiSmeme ou un mélange de poudre I métallique d'une charge, (comme par exemple la poudre C) d'un liant (comme par exemple une suspension de téflon) comprimés dans un tamis- métallique, technique qui est bien connue dans le domaine des piles-à combustible et des According to variants, the metal itself or a mixture of metal powder of a filler (such as, for example, powder C) of a binder (such as, for example, a Teflon suspension) is deposited on a suitable support in a suitable manner. sieve, a technique which is well known in the field of fuel cells and
accumulateurs ou une mince pellicule du métal désiré. accumulators or a thin film of the desired metal.
Le joint 13, de préférence en un matériau inerte et non-conducteur, a pour rôle d'isoler les électrodes 11 et 15 l'une de l'autre. Ce joint, permet en outre de réaliser la structure destinée à contenir un électrolyte The seal 13, preferably made of an inert and non-conductive material, acts to isolate the electrodes 11 and 15 from each other. This seal also makes it possible to produce the structure intended to contain an electrolyte
liquide. Pour un tel joint, on peut faire appel à des. liquid. For such a seal, it is possible to use.
matériaux tels que le caoutchouc au silicone, le téflon, le verre etc. Comme indiqué plus haut, on ferme ensuite cet ensemble de façon étanche. Suivant le procédé de fabrication préféré, on ferme hermétiquement cet ensemble sur les bords de manière à empêcher les fuites d'électron lyte. Pour assurer l'étanchéité, on peut faire appel à un produit adhésif époxy non conducteur de type courant, materials such as silicone rubber, teflon, glass etc. As indicated above, this assembly is then sealed. According to the preferred method of manufacture, this assembly is hermetically sealed at the edges so as to prevent lyte electron leakage. To ensure the seal, it is possible to use a non-conductive epoxy adhesive product of the current type,
ou encore utiliser une résine aux silicones ou analogue. or alternatively use a silicone resin or the like.
Apres avoir assuré l'étanchéité, on utilise les trous de After sealing, we use the holes of
remplissage 22 pour remplir la cellule d'électrolyte. filling 22 to fill the electrolyte cell.
Bien entendu, on choisit la quantité d'électrolyte utilisée pour remplir la cellule, de manière telle que la dilatation résultant du chauffage provenant d'une isolation pendant le fonctionnement ne provoque pas une pression interne excessive, autrement dit que la cellule soit étanche aux fuites. On fixe les conducteurs 16 et 17 aux couches électrodes 11 et 15 en utilisant unesoudure ou brasure époxy remplie d'un métal conducteur. Etant donné que c'est avec l'électrode 11 que l'on assure le contact, les contacts ohmiques dont il faudrait tenir compte si l'on utilisait la Of course, the amount of electrolyte used to fill the cell is chosen so that the expansion resulting from heating from insulation during operation does not cause excessive internal pressure, ie the cell is leak tight. . Conductors 16 and 17 are attached to the electrode layers 11 and 15 using an epoxy solder or epoxy solder filled with a conductive metal. Since it is with the electrode 11 that the contact is ensured, the ohmic contacts which should be taken into account if one used the
couche semi-conductrice 12, n'ont pas à être envisagés. semiconductor layer 12, need not be considered.
Pour faciliter la réalisation du contact entre le conducteur 16 et l'électrode 8, on prévoit une patte dans To facilitate the realization of the contact between the conductor 16 and the electrode 8, a tab is provided in
la structure de l'électrode comme représenté sur la Fig.lb. the structure of the electrode as shown in Fig.lb.
De façon précise, la couche 12 constituant une photoélectrode conductrice peut être déposée sur une partie du support et 11 en NESA, ce qui laisse à nu une partie de ce support, représentée par la patte 24 sur la figure. Sulivant une variante, on peut appliquer la mince pellicule semiconductrïce 12 sur toute la surface du support puis retirer par attaque à Specifically, the layer 12 constituting a conductive photoelectrode can be deposited on a part of the support and 11 NESA, which leaves bare a part of this support, represented by the tab 24 in the figure. Alternatively, the thin semiconducting film 12 may be applied over the entire surface of the support and then removed by etching at
l'acide, une partie de la couche 12 pour mettre à nu le conduc- acid, part of layer 12 to expose the conductor
teur 12, en réalisant de la sorte de nouveau la patte 24. 12, thereby realizing the tab 24 again.
En cours de fonctionnement, la structure décrite ci- During operation, the structure described above
dessus fournit une différence de potentiel d'obscurité négli, above provides a dark Negative potential difference,
geable entre les électrodes il et 15, à savoir moins de 50 mV. geable between the electrodes 11 and 15, namely less than 50 mV.
Le branchement du conducteur 16 et 17 sur une charge ramène The connection of the conductor 16 and 17 on a load brings
pratiquement cette différence à zéro. De la sorte, la struc- practically this difference to zero. In this way, the structure
ture ne constitue pas par elle-même une pile. Aucun travail n'est fourni sans qu'il y ait irradiation. Par contre, sous l'effet de l'irradiation, une photo-tension est fournie, (comprise entre 0,3 et 0,8 volts), qui dépend de l'intensité des radiations et de la répartition du spectre. La tension fournie est sensible à l'interaction entre la radiation incidente et la jonction semi-conducteur électrolyte à l'interface entre la photoélectrode semi-conductrice 12 et l'électrolyte 14. Les documents cités plus haut aux noms de Gerischer et Manassen et divers exposent dans les grandes lignes l'origine de la photo-tension, qui est bien connue des spécialistes. La ture does not constitute a pile by itself. No work is provided without irradiation. On the other hand, under the effect of the irradiation, a photo-voltage is supplied, (between 0.3 and 0.8 volts), which depends on the intensity of the radiations and the distribution of the spectrum. The voltage supplied is sensitive to the interaction between the incident radiation and the electrolyte semiconductor junction at the interface between the semiconductor photoelectrode 12 and the electrolyte 14. The documents cited above in the names of Gerischer and Manassen and various outline the origin of photo-tension, which is well known to specialists. The
photo-tension fournie donne à la borne 11 une polarité négati- photo-voltage provided gives terminal 11 a negative polarity
ve et à la borne 15 une polarité positive et assure le passage de courant électrique dans une charge intercalée entre ces deux bornes. De façon précise, des électrons passent dans le circuit extérieur, de l'électrode 11 à l'électrode 15 et and at terminal 15 a positive polarity and ensures the passage of electric current in a load interposed between these two terminals. Precisely, electrons pass into the external circuit, from the electrode 11 to the electrode 15 and
de la sorte, de l'énergie est fournie à la charge. in this way, energy is supplied to the load.
Les exemples suivants de structures de cellules montrent les diverses caractéristiques de l'invention, d'après The following examples of cell structures show the various features of the invention, according to
la cellule représentée sur la Fig. la. the cell shown in FIG. the.
EXEMPLE 1.EXAMPLE 1
On dispose d'une pièce convenablement nettoyée par exemple du verre revêtu du mélange In203 --SnO2, mesurant cm x 5 cm et d'une épaisseur 0,2 cm., possédant une résis- tivité superficielle d'environ 20 oiut!s (que l'on trouve dans le commerce) par dessus une cible de poudre comprimée de CdSe + 1 % ZnSe (en poids) dans un ensemble de pulvérisation cathodique du commerce. Le mélange CdSeZnSe est suili d'une pulvérisation cathodique à 400 watts- pendant une ou deux minutes-, sous -une pression d'argon de 10 mlm-rons, On masque le support de-mantère qu'une patte d'In203-SnO2 non:ecouvert soit disponible pour venir au contact d'un conducteur en A suitably cleaned part is available, for example, glass coated with the In203 -SnO2 mixture, measuring cm.sup.-5 cm and having a thickness of 0.2 cm.sup.2, having a surface resistance of about 20 microns ( commercially available) over a compressed powder target of CdSe + 1% ZnSe (by weight) in a commercial sputtering assembly. The CdSeZnSe mixture was sputtered at 400 watts for one or two minutes under an argon pressure of 10 ml, and the mantle support was masked with an In203-SnO2 pellet. no: the hatch is available to come into contact with a driver in
argent collé à l'aide d'une résine époxy. La pellicule pulvé- silver glued using an epoxy resin. Spray film
risée et le support sont traités par dépôt ultérieur, par chauffage à 375 C pendant 15 minutes dans l'air. On colle ensuite à l'aide d'une résine époxy un fil de cuivre sur l'électrode traitée thermiquement, en ne touchant que la pellicule de In203--SnO2. On dispose au bord de l'électrode, un The mixture and the support are treated by subsequent deposition by heating at 375 ° C. for 15 minutes in air. A copper wire is then bonded to the heat-treated electrode with an epoxy resin, touching only the In203-SnO2 film. At the edge of the electrode, there is
joint en caoutchouc silicone d'une épaisseur d'environ 2 mm. Silicone rubber gasket with a thickness of about 2 mm.
On pose sur ce joint une pièce en carbone ayant pour dimensions approximatives 5 cm x 5 cm x 0,2 cm, imprégnée d'une solution de sel métallique de CoCl2 et de thiourée portée ultérieurement à la température de 3000C dans l'air pendant 10 mn. On pense que le produit de décomposition est un sulfure de cobalt qui joue le rôle d'un électrocatalyseur. L'électrode en carbone est percée de deux petits trous qui permettent de remplir la cellule avec un électrolyte. On colle ensuite à l'aide d'une résine époxy un fil de cuivre sur l'électrode de carbone et on ferme hermétiquement la cellule sur ses côtés et sur son fond à l'aide d'un produit adhésif au silicones (à l'exception des trous de remplissage sur la patte S. Une fois que la résine a fait prise, on remplit la cellule, à l'aide d'une aiguille hypodermique, avec une solution aqueuse qui contient 1 M de NaOH pour 3 M de Na2S et 3 M de S. On bouche les trous This seal is placed on a carbon part approximately 5 cm × 5 cm × 0.2 cm in size, impregnated with a solution of metal salt of CoCl 2 and thiourea subsequently heated to a temperature of 3000 ° C. in the air for 10 minutes. min. The decomposition product is believed to be a cobalt sulfide which acts as an electrocatalyst. The carbon electrode is pierced with two small holes that fill the cell with an electrolyte. An epoxy resin is then bonded with a copper wire on the carbon electrode and the cell is sealed on its sides and on its bottom by means of a silicone adhesive product (at the same time). With the exception of the filling holes on the S tab. Once the resin has set, the cell is filled with a hypodermic needle with an aqueous solution which contains 1 M NaOH per 3 M Na 2 S and 3 M of S. Mouth the holes
de remplissage et la cellule est alors prête à être utilisée. filling and the cell is then ready for use.
La Fig.2 représente les caractéristiques I à V d'une cellule Fig.2 shows the characteristics I to V of a cell
préparée de cette manière.prepared in this way.
La Fig. 2a représente la courbe intensité-tension d'une cellule terminée telle que décrite ci-dessus, sous une Fig. 2a represents the intensity-voltage curve of a completed cell as described above, under a
intensité lumineuse de 20 mw/cm2 avec un arc au xénon. luminous intensity of 20 mw / cm2 with a xenon arc.
La Fig. 2b représente une courbe intensité potentio- Fig. 2b represents a potential intensity curve
statique-tension d'une électrode en CdSe préparée comme indiqué ci-dessus, mesurée par rapport à une électrode de référence au calomel saturée de type normal. La densité de static-voltage of a CdSe electrode prepared as indicated above, measured with respect to a standard saturated calomel reference electrode. The density of
11 2*5954011 2 * 59540
courant est portée en fonction du potentiel de l'électrode par rapport à l'électrode de référence. Le potentiel au repos current is plotted against the potential of the electrode relative to the reference electrode. The potential at rest
(Vr) est à.O,72 -v par rapport à l'électrode de référence. (Vr) is at 0, 72 -v relative to the reference electrode.
La densité de courant a pour ce potentiel est de 4,5 mA/cm2 qui est le courant de court-circuit. Le potentiel pour une The current density for this potential is 4.5 mA / cm 2 which is the short-circuit current. The potential for a
intensité nulle est -1,16 v par rapport à l'électrode de ré- zero intensity is -1.16 v compared to the
férence. La tens-ion en circuit ouvert (Voc) est donc de 0,44 v. L'intensité lumineuse était de 20 mw/cm. On a ference. The open-circuit voltage (Voc) is therefore 0.44 v. The luminous intensity was 20 mw / cm. We have
représenté également la courbe correspondante pour l'obscurité. also represented the corresponding curve for darkness.
EXEMPLE 2.EXAMPLE 2
La structure est identique à celle de la Fig. 1, mais on utilise, pour le semi-conducteur du CdSe pur au lieu The structure is identical to that of FIG. 1, but we use, for the semiconductor pure CdSe instead
du mélange CdSe + 1 % de ZnSe, comme décrit à l'exemple 1. of CdSe + 1% ZnSe as described in Example 1.
D'après les remarques faites, le CdSe pur fournit une plus grande intensité d'obscurité et la tension Voc circuit ouvert dimunie de 0,44 à 0,3 volt (voir la courbe potentiostatique According to the remarks made, the pure CdSe provides a greater intensity of darkness and the voltage Voc open circuit dimunie from 0.44 to 0.3 volt (see the potentiostatic curve
Fig. 2b).Fig. 2b).
EXEMPLE 3.EXAMPLE 3
La structure est essentiellement la même qu'à l'exemple 1, mais il n'y a pas le traitement de dépôt ultérieur de la The structure is essentially the same as in Example 1, but there is no subsequent filing processing of the
pellicule semi-conductrice dopée en mélange de CdSe + 1 % ZnSe. semiconductor film doped in a mixture of CdSe + 1% ZnSe.
Sans chauffage de la pellicule dans l'air après le dépôt par pulvérisation cathodique, l'intensité potentiostatique Ic (intensité de court-circuit) diminue de 4,5 mA/cm jusqu'à Without heating the film in the air after sputter deposition, the potentiostatic intensity Ic (short-circuit current) decreases by 4.5 mA / cm to
environ 0,4 mA/cm2 dans des conditions identiques. about 0.4 mA / cm 2 under identical conditions.
EXEMPLE 4.EXAMPLE 4
La structure est essentiellement la même qu'à l'exemple 1, mais la pulvérisation cathodique du mélange CdSe + 1 % ZnSe se fait à 300 watts. L'intensité potentiostatique Isc diminue de 4,5 mA/cm jusqu'à environ 2 mA/cm dans des conditions identiques. The structure is essentially the same as in Example 1, but the cathode sputtering of the CdSe + 1% ZnSe mixture is 300 watts. The potentiostatic intensity Isc decreases from 4.5 mA / cm to about 2 mA / cm under identical conditions.
EXEMPLE 5.EXAMPLE 5
On utilise essentiellement la même structure qu'à l'exemple 1, mais on emploie comme électrolyte un mélange dans The same structure as in Example 1 is used, but a mixture is used as the electrolyte.
la proportion de 1 M de NaOH pour 1 M de Na2S et 1 M de soufre. the proportion of 1 M NaOH to 1 M Na 2 S and 1 M sulfur.
Les caractéristiques de I à V sous éclairage sont identiques à celles de l'exemple 1 pour des intensités lumineuses faibles (inférieures à 20 mW/cm2), mais les résultats diminuent pour The characteristics of I to V under illumination are identical to those of Example 1 for low light intensities (less than 20 mW / cm 2), but the results decrease for
des intensités lumineuses supérieures. higher light intensities.
La b7ig. 3 représente une variante de l'invention suivant laquelle la structure est différente -matis le fonctionnement est essentiellement le même. De fàçon précise, il est prévu une fenêtre transparente simple 30, portée par un joint inerte 31a qui a également pour rôle de retenir un électrolyte 32 entre la fenêtre 3U et la photo--électrode semiconductrice 33. En raison du fait que l'électrolyte reçoit le rayonnement incident avant la photo-électrode semi-conductrice, la photo-électrode 33 n'a pas besoin d'être transparente dans cette forme de réalisation comme cela est nécessaire dans le cas de la Fig. 1. Autrement dit, le lieu photo-actif dans cette nouvelle forme de réalisation est à la jonction supérieure de la photo-électrode The b7ig. 3 represents a variant of the invention according to which the structure is different -if the operation is essentially the same. Specifically, there is provided a single transparent window 30, carried by an inert seal 31a which also serves to retain an electrolyte 32 between the window 3U and the semiconducting photoelectrode 33. Due to the fact that the electrolyte receives the incident radiation before the semiconductor photoelectrode, the photoelectrode 33 need not be transparent in this embodiment as is necessary in the case of FIG. 1. In other words, the photo-active locus in this new embodiment is at the top junction of the photoelectrode
31 et de l'électrolyte 32.31 and electrolyte 32.
De plus, le matériau semi-conducteur 33 ne doit pas nécessairement être une mince pellicule étant donné que la transparence n'est plus indispensable. On dépose le semi-conducteur 33 sur un support conducteur 34 (par exemple du Ti, Pt, Au, C etc.) par pulvérisation cathodique, par In addition, the semiconductor material 33 need not be a thin film since transparency is no longer required. The semiconductor 33 is deposited on a conductive support 34 (for example Ti, Pt, Au, C, etc.) by cathodic sputtering, by
évaporation sous vide du composé et/ou les éléments-constitu- evaporation under vacuum of the compound and / or the constituents
tifs par exemple par dépôt électrolytique. Ce dernier procédé de dépôt électrolytique n'est pas applicable à la première forme de réalisation étant donné qu'il se produirait une destruction du conducteur transparent. Il se peut toutefois qu'un conducteur transparent se révèle finalement capable de supporter la pulvérisation cathodique qui se produit en cours de fonctionnement, de sorte que ce procédé pourrait for example by electrolytic deposition. This latter electrolytic deposition process is not applicable to the first embodiment since destruction of the transparent conductor would occur. However, it is possible that a transparent conductor eventually turns out to be able to withstand the sputtering that occurs during operation, so this process could
être utilisé également dans le cas de réalisation de la Fig.l. to be used also in the case of embodiment of FIG.
Le support peut être en métal mais cela n'est pas nécessaire. The support can be metal but it is not necessary.
La photo-électrode 33 et le support 34 comportent des trous qui sont dans le prolongement les uns des autres, ce qui permet à l'électrolyte de passer entre les chambres The photoelectrode 33 and the support 34 comprise holes which are in the extension of each other, which allows the electrolyte to pass between the chambers.
au-dessus et au-dessous de la photo-électrode. above and below the photo-electrode.
Comme expliqué plus haut, le fait que l'électrolyte soit exposé aux rayonnements dans la chambre supérieure permet d'échapper à. l'obligation d'une pellicule mince transparente As explained above, the fact that the electrolyte is exposed to radiation in the upper chamber makes it possible to escape. the obligation of a transparent thin film
de la photo-électrode de la première forme de réalisation. of the photoelectrode of the first embodiment.
De même, le support 34 ne doit pas obligatoirement être transparent. La cellule comprend une seconde chambre ou chambre inférieure, entre la photo-électrode et son support et l'électrode inverse 36. Les trous 35 permettent à l'électro" lyte de passer d'une chambre à l'autre. Le joint 31b assure la séparation entre le support 34 et l'électrode inverse 36 et il constitue en outre une partie dans la chambre destinée à contenir l'électrolyte entre ce support et cette Similarly, the support 34 does not have to be transparent. The cell comprises a second chamber or lower chamber, between the photoelectrode and its support and the reverse electrode 36. The holes 35 allow the electrolyte to pass from one chamber to another. the separation between the support 34 and the inverse electrode 36 and it also constitutes a part in the chamber intended to contain the electrolyte between this support and this
électrode inverse.reverse electrode.
Les trous 15 servent dans la présente forme de réalisation à permettre aux ions oxydés de se déplacer vers l'électrode inverse en vue d'une réduction. Bien entendu on pourrait prévoir une variante de réalisation assurant un chemin de passage extérieur à la cellule et non pas à l'intérieur de la cellule comme décrit ici. Mais il est essentiel pour la présente forme de réalisation que l'électrolyte touche la photoélectrode semi-conductrice soit au contact de The holes 15 serve in the present embodiment to allow the oxidized ions to move to the reverse electrode for reduction. Of course one could provide an alternative embodiment providing a pathway outside the cell and not inside the cell as described here. But it is essential for the present embodiment that the electrolyte touches the semiconductor photoelectrode is in contact with
l'électrolyte qui touche l'électrode inverse. the electrolyte that touches the reverse electrode.
Les fils métalliques 37 et 38 sont représentés reliés à la photoélectrode (de façon précise, à titre illustratif, The metal wires 37 and 38 are shown connected to the photoelectrode (specifically, for illustrative purposes,
à son support métallique) ainsi qu'à l'électrode inverse. to its metal support) as well as to the reverse electrode.
Ces fils métalliques 37 et 38 transmettent l'énergie produite à l'intérieur de la cellule à la charge 40, à l'aide de These metal wires 37 and 38 transmit the energy produced inside the cell to the load 40, with the aid of
l'interrupteur 39.the switch 39.
EXEMPLE 6.EXAMPLE 6
On réalise la photo-électrode comme suit: un morceau de feuille de titane d'une épaisseur d'environ 0,04 cm et ayant une surface de 2 cm x 5 cm, percé de plusieurs trous de faibles dimensions, est maintenu au-dessusd'une cible en CdSe pulvérulent comprimé, dans un ensemble de pulvérisation cathodique.Le CdSe subit la pulvérisation cathodique à 400 watts pendant 5 minutes. L'électrode de CdSe/Ti est ensuite traitée thermiquement pendant 15 minutes à la température de 425 C dans l'air. Si l'on se reporte à la Fig. 3, on voit qu'un fil de cuivre est attaché au titane et que la cellule est construite comme suit: sur le couvercle en verre 30, on place un joint 31a en caoutchouc au silicone. L'électrode CdSe/ti réalisée comme indiqué ci-dessus est placée sur le The photoelectrode is made as follows: a piece of titanium foil about 0.04 cm thick and having a surface of 2 cm x 5 cm, pierced with several small holes, is maintained above A compressed powder CdSe target in a sputtering assembly. The CdSe is sputtered at 400 watts for 5 minutes. The CdSe / Ti electrode is then heat treated for 15 minutes at a temperature of 425 C in air. If we refer to FIG. 3, it is seen that a copper wire is attached to the titanium and that the cell is constructed as follows: on the glass lid 30, a silicone rubber seal 31a is placed. The CdSe / ti electrode produced as indicated above is placed on the
joint et un joint 315 est placé par-dessus i'ensemble. seal and a seal 315 is placed over the whole.
14 245954014 2459540
L'électrode au carbone, imprégnée de sulfure de cobalt comme. à l'exemple 1 est placée par-dessus. le tout et l'on ferme hermétiquement la cellule. On injecte alors- l'iélectro lyte aqueux dans cette cellule puis on bouche hermétiquement les trous de remplissage. Les paramètres potentiostatiques sont caractéristtques d'une telle photo--électrode OC (tension à circulit ouvert) 0,35 sc (intensité de court-circuit) environ 3mA/cm2 Pmax (puissance -maxima fournie) 0,3 mW/cm2 (pour une intensité lumineuse de 20mW/cm2) T (coefficient de conversion d'énergie The carbon electrode, impregnated with cobalt sulfide as. in example 1 is placed on top. the whole thing and the cell is sealed. The aqueous electrolyte is then injected into this cell and the filling holes are then sealed. The potentiostatic parameters are characteristic of such a photo-electrode OC (open-circuit voltage) 0.35 sc (short circuit current) about 3mA / cm2 Pmax (power -maxima supplied) 0.3 mW / cm2 (for a luminous intensity of 20mW / cm2) T (energy conversion coefficient
solaire en énergie électrique) 1,5 %. - solar energy) 1.5%. -
F.F.(facteur de remplissage) 35 %.F.F. (filling factor) 35%.
EXEMPLE 7.EXAMPLE 7
La structure est identique à celle de l'exemple 6, mais au lieu de procéder par pulvérisation cathodique, on dépose le CdSe par dépôt électrolytique à partir d'une solution aqueuse contenant en proportion lg de CdS04, 0,2 g de SeO2 dans 100 ml 1 NH2SO4. Le titane convenablement nettoyé joue le rôle de cathode dans le dépôt Iélectrolytique. et plusieurs microns de CdSe sont déposés électrolytiquement sous une densité de courant de 60 mA/cm2 pendant 150 secondes. On rince la pellicule dans de l'eau déîonisée et l'on chauffe dans l'air jusqu'à la température de 425 C pendant 5 minutes. Dans les conditions potentiostatiques avec un électrolyte contenant, en proportion 1 M de NaOH, i M de Na2S, et un i M de soufre et sous une irradiation de 20 mW/cm2 à l'aide d'un arc au xénon, on obtient une tension en circuit ouvert de 0,4 volt et l'intensité en The structure is identical to that of Example 6, but instead of cathodic sputtering, the CdSe is deposited electrolytically from an aqueous solution containing 1 g of CdSO4, 0.2 g of SeO2 in 100 g. ml 1 NH 2 SO 4. The suitably cleaned titanium acts as a cathode in the electrolytic deposition. and several CdSe microns are electrolytically deposited at a current density of 60 mA / cm 2 for 150 seconds. The film is rinsed in deionized water and heated in air to a temperature of 425 C for 5 minutes. Under potentiostatic conditions with an electrolyte containing, in a proportion of 1 M NaOH, 1 M Na 2 S, and 1 M sulfur, and under an irradiation of 20 mW / cm 2 using a xenon arc, a open circuit voltage of 0.4 volts and the intensity in
court-circuit est de 3 mA/cm2.short circuit is 3 mA / cm2.
EXEMPLE 8.EXAMPLE 8
La structure est essentiellement la même que celle de l'exemple 7, mais le traitement de dépôt ultérieur est différent: on noie la pellicule de CdSe dans du CdSe à l'état pulvérulent et l'on chauffe dans une atmosphère d'azote à température de 700 C pendant 10 minutes, puis dans l'air à la température de 95 C pendant 10 minutes. La tension qui règne à circuit ouvert est de 0,6 volt au lieu de 0,4 volt en raison d'une diminution appréciable de l'intensité d'obscurité. Bien entendu, si The structure is essentially the same as that of Example 7, but the subsequent deposition treatment is different: the CdSe film is embedded in powdered CdSe and heated in a nitrogen atmosphere at room temperature. 700 C for 10 minutes, then in air at a temperature of 95 C for 10 minutes. The open circuit voltage is 0.6 volts instead of 0.4 volts due to a significant decrease in darkness. Of course, if
24595402459540
le support est en verre, le traitement à la température de the support is made of glass, the treatment at the temperature of
700"C ne peut pas- avoir lieu étant donné que le serre fondrait. 700 ° C can not take place as the greenhouse is melting.
NEXEMPLEN.NEXEMPLEN.
La structure est essentiellement la même qu'à l'exemple 8, mais la pellicule après avoir été chauffée, est attaquée à. l'acide dans une solution à 50 % de HC1 et d'eau pendant cinq secondes-. Une pellicule qui fournissait 1 milliampère par centimètre carré avant l'attaque à l'acide fournit une intensité de 3 mtlliampères par centimètre carré après The structure is essentially the same as in Example 8, but the film after being heated is attacked at. the acid in a 50% solution of HCl and water for five seconds. A film which provided 1 milliampere per square centimeter before acid etching provides an intensity of 3 mt / hr per square centimeter after
attaque à l'acide et le facteur de remplissage est amélioré. acid attack and the filling factor is improved.
La figure 4 représente une troisième forme de réalisation et elle correspond au cas o la cellule contient trois électrodes. Cette cellule comprend une électrode composite 41 constituée par un support transparent 41a, à conducteur transparent 41b et un première pellicule semiï conductrice 41c. Le semi-conducteur utilisé dans la présente forme de réalisation étant CdS, une pellicule laissant passer les radiations ayant une longueur d'ondes supérieure à o 5.500 A. Il est prévu une chambre présentant des segments de joint 42a et 42b servant à séparer l'électrode inverse 43 d'avec la première pellicule semi-conductrice 41c et d'avec la seconde photo-électrode constituée par une seconde pellicule semiconductrice 45. Cette seconde pellicule semi-conductrice Fig. 4 shows a third embodiment and corresponds to the case where the cell contains three electrodes. This cell comprises a composite electrode 41 constituted by a transparent support 41a, transparent conductor 41b and a first semi-conductive film 41c. The semiconductor used in the present embodiment being CdS, a radiation-permeable film having a wavelength greater than 5,500 A. There is provided a chamber having seal segments 42a and 42b for separating the inverse electrode 43 with the first semiconducting film 41c and with the second photoelectrode constituted by a second semiconductor film 45. This second semiconductor film
est par exemple en CdSe matériau qui est sensible aux radia- is for example in CdSe material which is sensitive to radia-
tions d'une longueur d'ondes inférieure à 7.200 A. Dans la chambre délimitée par l'électrode 41c par le joint 42a, l'électrode inverse 43, le joint 42b et l'électrode 45 sont contenus dans l'électrolyte 44. La pellicule semi-conductrice In the chamber defined by the electrode 41c by the seal 42a, the inverse electrode 43, the seal 42b and the electrode 45 are contained in the electrolyte 44. semiconductor film
est déposée sur un support conducteur 46. is deposited on a conductive support 46.
On choisit l'électrolyte 44 de manière qu'il laisse passer les radiations ayant une longueur d'ondes située dans la gamme des longueurs d'ondes que laisse passer la première couche semi-conductrice et des longueurs d'ondes qui agissent sur le second semi-conducteur. En particulier, si le premier semi-conducteur est du sulfure de cadmium, d'un aspect de couleur orange, qui laisse passer des radiations ayant une o The electrolyte 44 is selected so that it passes radiation having a wavelength in the range of wavelengths that the first semiconductor layer passes and wavelengths that act on the second semiconductor. In particular, if the first semiconductor is cadmium sulphide, an orange-colored appearance, which allows radiation with
longueur d'ondes supérieure à 5.500 A, on choisit un électro- wavelength greater than 5,500 A, an electro-
lyte orange au polysulfure. De la sorte, le site photoactif constitué à l'interface entre l'électrolyte et la première électrode senm-conductr1ce est sensible aux radlatïons, d'une longueur d'ondes inférieure-à 5.50O A. Toute -radiation ayant une longueur d'ondes- supérieure à 5.500 A traverse le CdS et l'électrolyte jusqu'à la seconde pellicule seme. conductrice. A l'interface entre l'électrolyte et la seconde pellicule semi-conductrtce, à l'endroit o l'interface est sensible O aux longueurs d'ondes inférieures à 7.200 A, toutes les radiations-qui ont traversé le premier site photoactif frappent orange lyte with polysulphide. In this way, the photoactive site formed at the interface between the electrolyte and the first senm-conductrecode electrode is sensitive to radlatïons, with a wavelength of less than 5.50 o A. All -radiation having a length of waves greater than 5,500 A crosses the CdS and the electrolyte to the second seed film. conductive. At the interface between the electrolyte and the second semiconducting film, where the interface is sensitive to wavelengths less than 7,200 A, all the radiation that has passed through the first photoactive site
le second site pbotoactif.the second pbotoactive site.
La seconde pellicule semi-conductrice constitue une seconde borne électrique de la cellule, en plus de la première qui se trouve dans le conducteur transparent comme représenté sur la Fig. 1. Les conducteurs 48, 49 et 50 sont reliés au conducteur transparent, à l'électrode inverse 43 et au second semi-conducteur 45. Il est prévu des interrupteurs 52 et 53 qut permettent de faire passer l'énergie électrique qui circule dans les conducteurs 48 et 50 dans.la charge 51 suivant n'importe quelle combinaison. C'est ainsi que l'on peut fermer l'un ou l'autre des interrupteurs 52 et 53 ou les The second semiconductor film constitutes a second electrical terminal of the cell, in addition to the first one which is in the transparent conductor as shown in FIG. 1. The conductors 48, 49 and 50 are connected to the transparent conductor, to the inverse electrode 43 and to the second semiconductor 45. There are provided switches 52 and 53 that make it possible to pass the electrical energy circulating in the conductors 48 and 50 in load 51 in any combination. It is thus possible to close one or the other of the switches 52 and 53 or the
deux pour fournir de l'énergie à la charge 51. two to supply energy to the load 51.
Comme signalé à propos de la Fig. 3, il n'est pas nécessaire que la seconde pellicule semi-conductrice 45 soit transparente, étant donné que les radiations ont déjà traversé l'électrolyte et sa jonction photoactive avant de venir As reported with reference to FIG. 3, it is not necessary for the second semiconductor film 45 to be transparent, since the radiation has already passed through the electrolyte and its photoactive junction before coming
frapper la pellicule elle-même.hit the film itself.
De l'étude qui précède, on peut conclure que, du fait From the above study, it can be concluded that, because of the
que la pellicule semi-conductrice présente une faible discon- that the semiconductor film has a low discon-
tinuité de bande,(c'est-à-dire est sensible aux radiations de grande longueur d'ondes), elle doit se trouver à l'arrière de la cellule. Autrement dit, si une telle pellicule était placée sur le premier site photoactif, seules les radiations band strength, (ie is sensitive to long-wave radiation), it must be at the back of the cell. In other words, if such a film was placed on the first photoactive site, only the radiation
ayant une énergie insuffisante pour exciter la faible discon- having insufficient energy to excite the weak discon-
o tinuité de bande (longueur d'ondes supérieure à 7.200 A dans cet exemple), pourraient passer. Ces radiations de faible énergie frapperaient alors le site photoactif dans le semis conducteur ayant une discontinuité de bande encore plus grande 17 t4S9540 o band continuity (wavelength greater than 7.200 A in this example), could pass. These low-energy radiation would then hit the photoactive site in the conductive seedling with even greater band discontinuity 17 t4S9540
et, par conséquent, ne provoqueraient pas de réaction. and, therefore, would not cause a reaction.
Le dfspos-itif de commutation permet d'iitillser les deux photo-électrode. séparément ou de les' raccorder l'une à The dfspos-itif switch allows iitillser both photo-electrode. separately or connect them to each other
l'autre étant donné qu'elles sont toutes deux des photo-anodes. the other because they are both photo-anodes.
Une varïante de réalisation de la présente structure., utilise CdSe comme électrode avant et du CdTe, matériau ayant une plus faible discontinuité de bande, à l'arrière avec un électrolyte au polyséléniure. Comme signalé précédemment, on choisit l'électrolyte de manière à avoir une coupure An alternative embodiment of the present structure utilizes CdSe as the front electrode and CdTe as a material having a lower strip gap at the back with a polyselenide electrolyte. As indicated above, the electrolyte is chosen so as to have a break
identique dans la première électrode. identical in the first electrode.
La Fig. 5 représente les courbes de variations de l'intensité en fonction de la tension pour une cellule du type de la Fig. 4 décrite ci-dessus, comme utilisant une pellicule de CdS déposée par pulvérisation cathodique sur un support conducteur en verre revêtu d'oxyde d'indium, jouant le rôle de photo-anode avant, et une pellicule de CdSe déposée par pulvérisation cathodique sur un support au titane jouant le rôle de seconde photo-anode. L'électrolyte utilisé contient en proportion 1 M de NaOH, 1 M de Na2S et 1 M de soufre dans de l'eau. On utilise comme électrode inverse une bague de carbone et le joint est en caoutchouc au silicone. On irradie la cellule à l'aide d'un arc au xénium avec une intensité de mw/cm2. La courbe 5a représente les variations de l'intensité en fonction de la tension pour la photo-anode en CdS, tandis que la courbe 5b représente les variations de l'intensité en fonction de la tension pour la photo-anode en CdSe. La courbe c représente les variations de l'intensité en fonction de la tension lorsque les deux photo-anodes sont montées en parallèle et indiquent les résultats avantageux obtenus grâce à cet Fig. Figure 5 shows the curves of intensity versus voltage variations for a cell of the type of FIG. 4 described above, as using a cathodically sputtered CdS film on an indium oxide-coated glass conductive support, acting as a forward photoanode, and a sputtered CdSe film on a substrate. titanium support acting as a second photo-anode. The electrolyte used contains in proportion 1 M NaOH, 1 M Na 2 S and 1 M sulfur in water. A carbon ring is used as the reverse electrode and the seal is made of silicone rubber. The cell is irradiated with an xenium arc with an intensity of mw / cm 2. Curve 5a shows the intensity versus voltage variations for the CdS photoanode, while curve 5b shows the intensity versus voltage variations for the CdSe photoanode. Curve c represents the variations of the intensity as a function of the voltage when the two photoanodes are connected in parallel and indicate the advantageous results obtained thanks to this
exemple.example.
La Fig. 4b représente une autre forme de réalisation suivant laquelle les deux couches semi-conductrices sont déposées sur les faces opposées d'un même support. Ce support est transparent, il est revêtu sur ses deux faces d'un conducteur transparent. L'électrode inverse peut facilement être aussi grande que les photo-anodes, ce qui est reconnu comme avantageux. Les radiations doivent traverser une couche d'électrolyte ayant de parvenir à la première photolectrode (403), mats elles n'ont ensuite à traverse* que les conducteurs transparents (404 et 406) et le support transparent (405) Fig. 4b shows another embodiment in which the two semiconductor layers are deposited on the opposite faces of the same support. This support is transparent, it is coated on both sides with a transparent conductor. The reverse electrode can easily be as large as the photoanodes, which is recognized as advantageous. The radiation must pass through a layer of electrolyte having to reach the first photolectrode (403), but then they cross only transparent conductors (404 and 406) and the transparent support (405).
avant d'atteindre la seconde photo--anode (407). before reaching the second photo - anode (407).
La Fig. 6 représente encore une autre forme de réaltsa- tion suivant laquelle la cellule chimique ploto--électrique est représentée comme jouant à la fois le rôle de génératrice d'énergie électrique et ad'aFsorption de chaleur solaire. La structure représentée comprend donc une électrode composite 60 È comportant l'ensemble formé par le support transparent, le conducteur et la photo-électrode semiconductrice examiné à propos des précédentes formes de réalisation. Un joint d'étanchéité 61 est intercalé entre l'électrode 60 et l'électrode inverse 62. L'électrolyte 63 est contenu dans la chambre délimitée par l'électrode, l'électrode inverse et le joint, tandis que les conducteurs 64 et 65 transmettent l'énergie électrique provenant des électrodes, jusqu'à la charge 67, Fig. 6 shows yet another form of realignment according to which the pliotic chemical cell is shown to play both the role of electric energy generator and solar heat absorption. The structure shown therefore comprises a composite electrode 60 comportant comprising the assembly formed by the transparent support, the conductor and the semiconducting photo-electrode examined with respect to the previous embodiments. A seal 61 is interposed between the electrode 60 and the reverse electrode 62. The electrolyte 63 is contained in the chamber defined by the electrode, the reverse electrode and the seal, while the conductors 64 and 65 transmit electrical energy from the electrodes to the load 67,
par l'intermédiaire de l'interrupteur 66, comme examiné précé- through switch 66, as discussed previously.
demment. En plus de la production d'énergie électrique par la cellule, la présente structure joue un second rôle. De façon précise, l'électrolyte 63 subit une élévation de température par suite de l'échange thermique avec les autres éléments de la cellule et en raison de l'absorption des rayons infrarouges de grande longueur d'ondes. L'électrolyte est envoyé par des tuyauteries 66, dans un échangeur de chaleur 69, au moyen ously. In addition to the production of electrical energy by the cell, the present structure plays a second role. Precisely, the electrolyte 63 undergoes a rise in temperature as a result of the heat exchange with the other elements of the cell and because of the absorption of long-wave infrared rays. The electrolyte is sent via pipes 66, in a heat exchanger 69, by means of
de la pompe 70.of the pump 70.
De la sorte, l'électrolyte joue le rôle d'un fluide In this way, the electrolyte plays the role of a fluid
primaire échangeur de chaleur mis en circulation par la pompe 70. primary heat exchanger circulated by the pump 70.
En raison de la présente structure, l'installation peut transformer de l'énergie solaire en énergie utile pouvant fournir du travail à l'aide de deux mécanismes. En premier lieu, de l'énergie électrique est produite directement selon les procédés photo-électrochimiques décrits précédemment. En second lieu, de l'énergie calorifique fournie pour chauffer de l'eau ou chauffer des pièces à huile par exemple. Bien entendu, l'utilisation de la cellule en vue du chauffage ne se l1mite pas Because of this structure, the facility can turn solar energy into useful energy that can provide work using two mechanisms. Firstly, electrical energy is produced directly according to the photoelectrochemical processes described above. Secondly, the heat energy supplied to heat water or to heat oil parts for example. Of course, the use of the cell for heating purposes does not occur.
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à la structure représentée sur la Fig. 6 et les exemples de réall'satïon décrkits précédemment pourraient également to the structure shown in FIG. 6 and the examples of realignment previously described could also be
servir au chauffage.serve for heating.
La Flg. 7 -représente trols cellules comportant -une électrode de stockage. i! Avant de décrire la structure uti$lisée, on donnera The Flg. 7 -represente trols cells comprising -a storage electrode. i! Before describing the structure used, we will give
les renseignements- suivants à titre explicatif. the following information for explanatory purposes.
Dans le fonctionnement normal d'une cellule photo- In the normal operation of a photocell
électrochimique du type décrit, on utilise une première électrode, l'électrode inverse, qui est à un potentiel electrochemical type of the type described, a first electrode is used, the reverse electrode, which is at a potential
essentiellement constant, défini par le couple d'oxydo- essentially constant, defined by the couple of oxido
réduction de l'électrolyte, quel que soit l'état de son irradiation. Autrement dit, l'électrode peut aussi bien être dans le noir qu'en pleine lumière tout en conservant le même potentiel. Le terme "potentiel" utilisé ici désigne essentiellement un potentiel par rapport à une électrode de référence, comme par exemple une électrode saturée au reduction of the electrolyte, whatever the state of its irradiation. In other words, the electrode can be both in the dark and in full light while maintaining the same potential. The term "potential" as used herein refers essentially to a potential with respect to a reference electrode, such as, for example, a saturated electrode at
calomel (SCE).calomel (SCE).
On utilise une seconde électrode, la photo-électrode, A second electrode is used, the photoelectrode,
qui présente des variations de potentiel par rapport à l'élec- which shows potential variations with respect to electricity
trode SCE et sensible à l'irradiation. De la sorte, une électrode au CdSe peut avoir un potentiel de -0,7 V par rapport à l'électrode SCE dans le noir et elle peut avoir un potentiel de -1,1 V par rapport à l'électrode SCE lorsqu'elle est éclairée. Une électrode au carbone présente un potentiel de -0,7 V par rapport à l'électrode SCE aussi bien dans le noir que lorsqu'elle est éclairée. Il est prévu une troisième SCE trode and sensitive to irradiation. In this way, a CdSe electrode can have a potential of -0.7 V relative to the SCE electrode in the dark and it can have a potential of -1.1 V with respect to the SCE electrode when is illuminated. A carbon electrode has a potential of -0.7 V relative to the SCE electrode both in the dark and when illuminated. It is planned a third
électrode capable de subir une réaction réversible d'oxydo- electrode capable of undergoing a reversible oxidation reaction
réduction qui soit compatible avec l'électrolyte qui ait un potentiel d'oxydo-réduction supérieur au potentiel de reduction that is compatible with the electrolyte which has a potential for oxidation-reduction greater than the potential of
l'électrode inverse, mais inférieur au potentiel de la photo- reverse electrode, but lower than the potential of the photo-
électrode irradiée, une cellule photoélectrochimique irradiated electrode, a photoelectrochemical cell
peut alors être transformée en une cellule de stockage. can then be transformed into a storage cell.
Une structure comportant une électrode de stockage est décrite dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 763.071, à laquelle on pourra se reporter. Une publication A structure comprising a storage electrode is described in United States Patent Application No. 763,071, to which reference may be made. A publication
au nom de Manassen et divers, dans le Journal of The Electro- in the name of Manassen et al. in the Journal of the Electro-
chemical Society, Vol. 124, p. 532 à 534 (1977) envisage également une conversion en énergie photoélectrochîLque et des cellules de stockage. La présente forme de réalisation de l'invention comporte une structure analogue-à celle qui est décrite dans cette demande de brevet 763.071 avec, en plus, une membrane semlSperméable et une photo-anode en sélénîure de cadmiumm, une électrode inverse en carbone Chemical Society, Vol. 124, p. 532-534 (1977) also contemplates conversion to photoelectrochemical energy and storage cells. The present embodiment of the invention comprises a structure similar to that described in this patent application 763,071 with, in addition, a semlwaterproof membrane and a cadmium selenide photoanode, a carbon reverse electrode.
et une électrode de stockage en Ag/Ag2S ou Cd/Cd(OH)2. and an Ag / Ag2S or Cd / Cd (OH) 2 storage electrode.
* L'électrode en Ag/Ag2S a un potentiel d'oxydo-réduction de -0,9 volt par rapport à l'électrode SCE dans une solution 0 basique, tandis que l'électrode Cd/Cd(OH)2 a un potentiel d'oxydo-réduction de -1,0 volt par rapport à l'électrode SCE. On comprend aisément qu'une électrode irradiée au séléniure de cadmium sous un potentiel de -1,0 volt par rapport* The Ag / Ag2S electrode has an oxidation-reduction potential of -0.9 volts relative to the SCE electrode in a basic solution 0, while the Cd / Cd (OH) 2 electrode has a potential oxidation reduction of -1.0 volts relative to the SCE electrode. It is easy to understand that an electrode irradiated with cadmium selenide at a potential of -1.0 volts relative to
à l'électrode SCE est en mesure de charger les deux électro- the SCE electrode is able to charge both electro-
des; on dispose de 0,2 volt pour charger l'électrode of; we have 0.2 volts to charge the electrode
Ag/Ag2S et de 0,1 volt pour charger l'électrode Cd/Cd(OH)2. Ag / Ag2S and 0.1 volts to charge the Cd / Cd (OH) 2 electrode.
Pour stabiliser l'électrode au séléniure de cadmium il faut ajouter du soufre à l'électrolyte en sulfure de cadmium, ce qui donne une solution de polysulfure. Mais To stabilize the cadmium selenide electrode, sulfur must be added to the cadmium sulphide electrolyte to give a polysulfide solution. But
l'électrode en argent se corrode dans la solution de polysul- the silver electrode corrodes in the polysulphon solution
fure en donnant-du sulfure d'argent. Cela a pour effet de décharger l'électrode de stockage. Par conséquent, l'électrode Ag/Ag2S doit être séparée de l'électrolyte au polysulfure au moyen d'une membrane perméable aux ions qui ne permet pas aux ions de polysulfure ni de soufre de pénétrer dans by donating silver sulphide. This has the effect of discharging the storage electrode. Therefore, the Ag / Ag2S electrode must be separated from the polysulfide electrolyte by means of an ion-permeable membrane that does not allow polysulfide or sulfur ions to enter
l'électrolyte au sulfure utilisé pour l'électrode Ag/Ag2S. the sulphide electrolyte used for the Ag / Ag2S electrode.
De même, l'électrode Cd/Cd(OH)2 se corrode même dans l'électrolyte ordinaire au sulfure en donnant du sulfure de cadmium. Cette électrode de stockage doit être utilisée dans un électrolyte à la potasse ou à la soude séparé par une membrane perméable sélective qui arrête la diffusion des sulfures. Dans le cas des deux exemples donnés ci-dessus, on obtient à l'état chargé, une batterie sous une tension de 0,2 volt avec la combinaison Ag/Ag2S carbone et une batterie ayant une tension de 0,3 volt avec la combinaison Cd/Cd(OH)2 carbone. Similarly, the Cd / Cd (OH) 2 electrode corrodes even in the ordinary sulfide electrolyte to give cadmium sulfide. This storage electrode must be used in a potash or soda electrolyte separated by a selective permeable membrane which stops diffusion of the sulphides. In the case of the two examples given above, in the charged state, a battery is obtained at a voltage of 0.2 volts with the combination Ag / Ag2S carbon and a battery having a voltage of 0.3 volts with the combination Cd / Cd (OH) 2 carbon.
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On pourra trouver d'autres exemples d'électrodes de stockage présentant des potentiels- d'oxydo-réductton convenables dans- le livre intitulé "The Oxlxdation States of the Elements and Thei'r Potentials lin Aqueous Solutions', de W.M. Latimer, Prentice--Hall Editeur. On peut citer à titre d'exemple de membrane utilisée avec succès-dans les- deux exemples ci-dessus d'électrodes de stockage, la memUrane fabriquée par la société Dupont Company Other examples of storage electrodes having suitable redox potentials can be found in the book entitled "The Oxidation of the Elements and the Potential Solutions Aqueous Solutions", by WM Latimer, Prentice- -Hall Editor: As an example of a membrane successfully used in the above two examples of storage electrodes, the membrane manufactured by Dupont Company is exemplary.
et connue sous le nom "NAFIOW'.and known as "NAFIOW".
La Fig. 7a représente une structure à plusieurs chambres comportant un couvercle transparent 100, par exemple en verre et un joint 101a qui constituent des parties d'une chambre 102 pour l'électrolyte. Une photoélectrode constituée par une pellicule semi-conductrice 103 sur un support conducteur 105 constitue le restant de la chambre, des trous 104 étant percés dans la pellicule semi-conductrice et dans le support conducteur pour assurer le passage de l'électrolyte d'une chambre à l'autre de part et d'autre de l'électrode.Le joint l1b est représenté comme constituant la seconde chambre avec l'électrode 103-105 et en association avec une membrane semi-perméable 106. L'électrolyte est le même pour les deux Fig. 7a shows a multi-chamber structure having a transparent cover 100, for example glass and a seal 101a which constitute parts of a chamber 102 for the electrolyte. A photoelectrode constituted by a semiconductor film 103 on a conductive support 105 constitutes the remainder of the chamber, holes 104 being pierced in the semiconductive film and in the conductive support to ensure the passage of the electrolyte of a chamber The seal 11b is shown as constituting the second chamber with the electrode 103-105 and in association with a semipermeable membrane 106. The electrolyte is the same for both
chambres et la description donnée plus haut à propos de la rooms and the description given above about the
Fig. 3 peut s'appliquer. La membrane semi-perméable 106 Fig. 3 can apply. The semi-permeable membrane 106
a pour rôle de séparer l'électrolyte utilisé pour la photo- serves to separate the electrolyte used for the photo-
électrode d'avec l'électrolyte utilisé pour l'électrode de stockage. On choisit cette membrane de manière qu'elle assure le passage sélectif des ions pour la production de courant électrique ou le stockage désiré conformément electrode with the electrolyte used for the storage electrode. This membrane is chosen so that it ensures the selective passage of the ions for the production of electric current or the desired storage according to
à cette forme de réalisation.to this embodiment.
L'électrode inverse 107 est disposée au-dessus de la membrane semiperméableo La troisième chambre du dispositif est constituée par la membrane 106, le joint 101c et l'électrode de stockage 108. La chambre contient l'électrolyte 109 qui, normalement est différent de l'électrolyte 102. On choisit l'électrolyte 109 de manière que l'électrode de stockage ne se corrode pas ni ne se décharge spontanément. Mais, les exemples connus de tels électrolytes ne permettent pas de stabiliser la photo-électrode. Les électrolytes qui peuvent The inverse electrode 107 is disposed above the semipermeable membrane. The third chamber of the device consists of the membrane 106, the seal 101c and the storage electrode 108. The chamber contains the electrolyte 109 which, normally, is different from the electrolyte 102. The electrolyte 109 is chosen so that the storage electrode does not corrode or discharge spontaneously. However, the known examples of such electrolytes do not make it possible to stabilize the photoelectrode. Electrolytes that can
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stabiliser la photo-zélectrode ont l'inconyvénient de corroder les électrodes de stockage. Par conséquent, la membrane I16 est utilisée dans la présente forme de -réallsation pour permettre à. la fois une stabilisation de la p5oto-électrode et l'utilisation sans corrosion de l'électrode de stockage. On a représenté l'électrode inverse 107 audessus r de la chambre de stockage ae la cellule, -mais elle pourrait très bien se trouver des deux côtés de la membrane. Les conducteurs 110, 112 et 114 sont représentés branchés respectivement sur le support conducteur de la photo-électrode, sur l'électrode de stockage et sur l'électrode inverse, pour faire passer l'énergie électrique dans la charge 116, à l'aide des interrupteurs 118 et 120. En cours de fonctionnes ment, la fermeture de l'interrupteur 118 permet d'envoyer stabilize the photo-zode have the disadvantage of corroding storage electrodes. Therefore, the I16 membrane is used in this form of -reallsation to allow. both a stabilization of the electrode-electrode and the corrosion-free use of the storage electrode. The reverse electrode 107 has been shown above the storage chamber to the cell, but it could very well be on both sides of the membrane. The conductors 110, 112 and 114 are shown respectively connected to the conductive support of the photoelectrode, to the storage electrode and to the inverse electrode, to pass the electrical energy into the load 116, using 118 and 120. During operation, the closing of the switch 118 makes it possible to send
l'énergie électrique dans le conducteur 116, avec une photo- the electrical energy in the conductor 116, with a photo-
activité normale. De même, la fermeture de l'interrupteur permet d'introduire de l'énergie dans la charge en utilisant le rôle de stockage de la cellule, tandis que l'on normal activity. Likewise, the closing of the switch makes it possible to introduce energy into the load by using the storage role of the cell, while
peut fermer en même temps les deux interrupteurs pour alimen- can close both power switches at the same time
ter la charge en énergie résultant des deux rôles de la cellule. Ccume expliqué dans la demande de brevet citée plus haut 763.071, on peut utiliser un raccord 122 pour faciliter le the energy load resulting from the two roles of the cell. As explained in the patent application cited above 763,071, a connector 122 may be used to facilitate the
rôle de stockage de la cellule.storage role of the cell.
La forme de réalisation représentée sur la Fig. 7b fait essentiellement appel à la structure de la Fig. 1 en association avec l'électrode de stockage de la Fig. 7a. De façon précise, on utilise un support transparent 200 en association avec un conducteur transparent 201 et avec une pellicule semi-conductrice 202. On utilise un joint 203a et 203b pour former la chambre d'électrolyte et la figure montre The embodiment shown in FIG. 7b is essentially based on the structure of FIG. 1 in combination with the storage electrode of FIG. 7a. Specifically, a transparent support 200 is used in combination with a transparent conductor 201 and with a semiconductor film 202. A seal 203a and 203b is used to form the electrolyte chamber and the FIG.
que l'électrode inverse 204 est contenue dans cette chambre. that the reverse electrode 204 is contained in this chamber.
La membrane semi-perméable 205 a pour rôle de compléter la The semipermeable membrane 205 has the role of completing the
chambre et l'électrolyte 206 est contenu dans cette dernière. chamber and the electrolyte 206 is contained therein.
Une seconde chambre est délimitée par la membrane A second chamber is delimited by the membrane
205, par le joint 203c et par l'électrode de stockage 207. 205, by the seal 203c and by the storage electrode 207.
Cette chambre contient un électrolyte 208 convenablement choisi et cet électrolyte joue le rôle de stockage de la façon décrite précédemment. De plus, on xetrouve dans cette nouvelle This chamber contains a suitably selected electrolyte 208 and this electrolyte plays the role of storage as previously described. Moreover, we find in this new
forme de réalisation la charge et l'ensemble des iiterrup- embodiment the load and the set of iiterrup-
teurs de la i9-g. 7a.i9-g. 7a.
Bien entendu, on peut utiliser tout système d'interrupteur et l'énergie produite peut servir a alimenter n'importe quelle charge et non pas uniquement une charge résistive. La Fig. 7c montre une nouvelle variante de la structure à électrode de stockage, faisant appel à un support transparent 300, un conducteur transparent 301 et une photo-électrode constituée par une pellicule semiîconductrice Of course, any switch system can be used and the energy produced can be used to power any load and not just a resistive load. Fig. 7c shows a new variant of the storage electrode structure, using a transparent support 300, a transparent conductor 301 and a photodelium constituted by a semi-conductive film.
302 comme sur la Fig. 1.302 as in FIG. 1.
Le joint 303 sert à former une première chambre contenant l'électrolyte 304, et l'électrode inverse 305 est représentée comme étant percée de trous 306. Une seconde chambre qui communique avec la première par les trous 306, est délimitée par l'électrode inverse 305, le joint 303b et la membrane semi-perméable 307. Enfin, il est prévu une chambre pour l'électrolyte de l'électrode de stockage, cette chambre étant délimitée par la membrane 307, par le joint 303c, et par l'électrode de stockage 309 contenant l'électrolyte 308. La figure représente un ensemble constitué par un interrupteur et par une charges identique a celui de la figure 7a, les fils métalliques 310, 312 et 314 étant branchés respectivement sur la photo-électrode conductrice, l'électrode inverse et sur l'électrode de stockage. La caractéristique de stockage décrite plus haut peut être associée à d'autres formes de réalisation de l'invention, par exemple, mais de façon non limitative, aux structures des Fig. 4a et 4b. Les structures décrites ci-dessus peuvent être de forme cylindrique mais elles peuvent également avoir d'autres formes. Les matériaux qui ont été cités, n'ont été donnés qu'à titre d'exemples, mais de The seal 303 serves to form a first chamber containing the electrolyte 304, and the reverse electrode 305 is shown to be pierced with holes 306. A second chamber which communicates with the first through the holes 306 is delimited by the reverse electrode. 305, the seal 303b and the semipermeable membrane 307. Finally, there is provided a chamber for the electrolyte of the storage electrode, this chamber being delimited by the membrane 307, by the seal 303c, and by the electrode storage device 309 containing the electrolyte 308. The figure represents an assembly constituted by a switch and by a load identical to that of FIG. 7a, the metal wires 310, 312 and 314 being respectively connected to the conductive photo-electrode, reverse electrode and on the storage electrode. The storage characteristic described above may be associated with other embodiments of the invention, for example, but without limitation, to the structures of FIGS. 4a and 4b. The structures described above may be cylindrical in shape but may also have other shapes. The materials that have been cited have been given only as examples, but
façon nullement limitative.in no way limiting.
24 2459S402459S40
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| FR2459540B1 (en) | 1986-10-31 |
| GB2052153B (en) | 1984-05-10 |
| DE2926411A1 (en) | 1981-01-08 |
| GB2052153A (en) | 1981-01-21 |
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