光電極材料及光電池材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】 本發(fā)明設(shè)及光電極材料。
【背景技術(shù)】 通常，為了使必須給予非常高能量才能進(jìn)行的反應(yīng)使用經(jīng)由光產(chǎn)生電子激發(fā)狀態(tài)的催 化劑W極低的能量進(jìn)行，而使用光催化劑。 作為光催化劑，已知有氧化鐵、氧化鋒、硫化儒、氧化鶴等的所謂的半導(dǎo)體催化劑，或如 聯(lián)化晚釘絡(luò)合物那樣的金屬絡(luò)合物催化劑。 其中W氧化鐵（Ti〇2)的穩(wěn)定性最高，且?guī)缀跷达@示生物毒性，故被實(shí)用作為分解除去 大氣中的氮氧化物及有機(jī)物質(zhì)的光催化劑，但可利用的光僅為波長(zhǎng)380nmW下的紫外線， 此波長(zhǎng)區(qū)域的紫外線于太陽(yáng)光中不過(guò)4%，故最豐富光源的太陽(yáng)光的利用效率最大也僅止 于4%，實(shí)際上充其量?jī)H為1 %。 氧化鐵的光催化反應(yīng)的典型例有〇2的還原化2〇2的生成）、HzO的氧化化的產(chǎn) 生）、甲基紫羅堿（methy化iologen)的還原、成的還原、廢水處理、光催化的ko化e反應(yīng) (CH3COOH- 邸4(氣體）+C〇2)等。 關(guān)于氧化鐵，除了光催化能力W外，有隊(duì)本多?藤嶋效果形式已知的進(jìn)行水分解的光電 極能力W及使用于太陽(yáng)能電池的光伏能力。 于日本專利特開(kāi)2004-290748號(hào)公報(bào)（日本特許4214221號(hào)）及日本專利特開(kāi) 2004-290747號(hào)公報(bào)（日本特許4247780號(hào)公報(bào)）中，公開(kāi)W氨面酸處理的烙融石英作為與 氧化鐵具有同樣光催化能力的材料。 于國(guó)際公開(kāi)公報(bào)WO2005/089941號(hào)中，公開(kāi)W氨氣酸處理的人工水晶作為具有光催 化能力的材料。 該光催化劑在比日本專利特開(kāi)2004-290748號(hào)公報(bào)及日本專利特開(kāi)2004-290747號(hào)公 報(bào)所示的W烙融石英作為原材料的光催化劑更加廣的200~SOOnm波長(zhǎng)區(qū)域中，作為光催 化劑而發(fā)揮機(jī)能。 關(guān)于W氨氣酸處理的人工水晶，如國(guó)際公開(kāi)公報(bào)WO2005/089941號(hào)的段落[0021]~
[0023]中如下所述。
[0021] 如此，通過(guò)氣化氨處理將人工水晶活化，若Si〇2與HF接觸，則表面的Si與F鍵合， 由此，鍵合電子被拉引至F側(cè)，反向鍵化ackbond)鍵合變?nèi)?，結(jié)果被分離的H中分子所攻 擊，反向鍵被切斷，最表面Si被氣化的同時(shí)，正下層的一個(gè)鍵被氨化。 此種狀態(tài)相繼傳播，最后使最表面SiWSiF4形式分離，于表面殘留SiH3自由基。
[0022] 但是，此SiHs自由基與下層Si之間的Si-Si鍵非常弱，更因鍵合電子被微弱拉引 至H側(cè)而容易被切斷，被HF分子的H輕易取代，成為SiH形式，使得H在Si(111)表面露出， 并且變成活化狀態(tài)。
[0023] 如此，將氣化氨處理的人工水晶從液中分離，并W蒸饋水洗凈2~5次后，風(fēng)干，則 得到光催化劑。 盡管在此種人工水晶的情況下經(jīng)由氣化氨而活化，但在相同結(jié)晶性二氧化娃構(gòu)成的天 然水晶的情況下，不被氣化氨所活化。關(guān)于其理由仍未被闡明。 于國(guó)際公開(kāi)公報(bào)WO2006/095916號(hào)中，示出氧化鋒、二氧化錫、氧化鶴、碳化娃作為紫 外區(qū)域中的二氧化鐵W外的光半導(dǎo)體電極材料。 再者，示出娃、神化嫁、鐵酸鎖、砸化儒、憐化嫁作為可見(jiàn)光區(qū)域中的光半導(dǎo)體電極材 料。 【背景技術(shù)】文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)1 :日本專利特開(kāi)2004-290748號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 :日本專利特開(kāi)2004-290747號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3 :國(guó)際公開(kāi)公報(bào)WO2005/089941號(hào) 專利文獻(xiàn)4 :國(guó)際公開(kāi)公報(bào)WO2006/095916號(hào)
【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所欲解決的問(wèn)題 使用氧化鐵的光電極及太陽(yáng)能電池，因?yàn)閮H可利用太陽(yáng)光中僅含4%的波長(zhǎng)為380皿W下的紫外線，故效率低。 為了經(jīng)由使用色素而將可利用的光范圍擴(kuò)展至比紫外線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的可見(jiàn)光區(qū)域，使用 釘絡(luò)合物色素的色素增感型太陽(yáng)能電池已知有格雷茲艾羅電池值yeSensitizedSolar Cell、DSC,orGratzel)。格雷茲艾羅電池的利用效率理論上為30%，實(shí)際上最大為10%。 此釘絡(luò)合物色素材料不僅昂貴，且經(jīng)由長(zhǎng)期使用會(huì)使色素分解，故壽命有限。 雖然亦可使用其它色素、特別是各種的有機(jī)色素，但因?yàn)槭怯袡C(jī)色素，故壽命依然有 限。 本申請(qǐng)?jiān)O(shè)及的發(fā)明回避使用氧化鐵的光電極及太陽(yáng)能電池所具有的問(wèn)題，W提供不需 要昂貴且壽命有問(wèn)題的釘絡(luò)合物色素材料的低價(jià)的光電極材料及太陽(yáng)能電池材料為其課 題。 解決問(wèn)題的手段 本發(fā)明者等人發(fā)現(xiàn)，人工水晶及烙融石英有作為光電極材料的機(jī)能。 本發(fā)明者等人發(fā)現(xiàn)，W氨面酸處理的人工水晶及烙融石英有作為光電極材料的機(jī)能。 再者，本發(fā)明者等人發(fā)現(xiàn)，W氨面酸處理的人工水晶及烙融石英有作為光電池材料的 機(jī)能。 此外，發(fā)現(xiàn)含有氧化娃（Si〇2)的其它玻璃，亦即鋼巧玻璃、無(wú)堿玻璃及棚娃酸鹽玻璃， 也同樣具有作為光電極材料及光電池材料的機(jī)能。 在本申請(qǐng)?jiān)O(shè)及的發(fā)明中，將對(duì)氧化娃組合物W氨面酸處理的材料，作為光電極材料或 光電池材料使用。 使用的含有氧化娃的組合物為人工水晶。 使用的含有氧化娃的組合物為烙融石英玻璃。 使用的含有氧化娃的組合物為鋼巧玻璃。 使用的含有氧化娃的組合物為無(wú)堿玻璃。 使用的含有氧化娃的組合物為棚娃酸鹽玻璃。 在氨面酸處理中使用的氨面酸為氨氣酸。 在氨面酸處理中使用的氨面酸為氨氯酸。 材料的用途為光電極。 材料的用途為光電池。 【附圖說(shuō)明】 圖1為使用本申請(qǐng)?jiān)O(shè)及的光電極材料的光水分解裝置的原理構(gòu)成說(shuō)明圖。 圖2為使用本申請(qǐng)?jiān)O(shè)及的光電池材料的光電池裝置的原理構(gòu)成說(shuō)明圖。 圖3為光電池裝置的具體構(gòu)成說(shuō)明圖。 【具體實(shí)施方式】 實(shí)施例所使用的材料組成及其處理如下。 (1) 人工水晶：結(jié)晶Si〇2 (2) 烙融石英玻璃：非結(jié)晶Si〇2 0)鋼巧玻璃：Si〇2:71. 9%，CaO:7. 8%，Al203:1. 7%，MgO:4. 0%，胞2〇 :13. 3% (4)無(wú)堿玻璃：Si〇2:55. 0%，CaO:23. 0%，Al203:14. 2%，B203:6. 2% 妨棚娃酸鹽玻璃：Si〇2:33. 0%，CaO:6. 8%，Al203:1. 3%，B203:37. 4%，MgO:5. 5%， 胞2〇 :16. 0%。 另外，含量未滿I%的成分省略記載。 將運(yùn)樣的玻璃試樣浸潰于氨氣酸水溶液，水洗后干燥、粉碎。 氨氣酸W外可使用氨氯酸作為氨面酸，但優(yōu)選氨氣酸。 再者，也可使用其它的氨面酸。 另外，確認(rèn)未進(jìn)行氨面酸處理的玻璃試樣也有作為光電極材料的機(jī)能。 在室內(nèi)的光源使用巧光燈，此時(shí)的照度為15, 000~19, 000勒克斯。 此外，在通過(guò)外來(lái)光的情況下，在陰天可取得6, 000~7, 000勒克斯，在通過(guò)直射日光 的情況下，可取得50, 000~100, 000勒克斯左右的照度。 實(shí)施例1 首先，敘述關(guān)于光電極的實(shí)施例。 圖1中說(shuō)明利用經(jīng)面化處理的玻璃的光電極能力的裝置。 在此圖中，1為陽(yáng)極、2為被負(fù)載于陽(yáng)極1的光電極材料、3為陰極、4為混入適當(dāng)電解質(zhì) 的水、5為連接陽(yáng)極1與陰極3之間的負(fù)荷。 陽(yáng)極1由Ni/NiO或貴金屬構(gòu)成，載持光電極材料2。大小為20mmX20mm。 將運(yùn)樣的玻璃試樣在5 %的氨氣酸水溶液中浸潰5分鐘，水洗后干燥，粉碎成粒徑為 0. 2m