Fotoëlektrochemie
Fotoëlektrochemie is dié tak van elektrochemie wat werk met elektrodes wat uit halfgeleiers bestaan.[1]
Indien hierdie elektrodes aan lig blootgestel word kan fotons geabsorbeer en hulle energie vir elektrodereaksies gebruik word wat sonder lig nie plaas sou vind nie. Dit beteken dat die tegniek ook as 'n tak van die fotochemie beskou kan word.
Fotoëlektrochemiese selle kan as sonselle gebruik word. Hulle stoor egter die geoeste energie as chemiese energie en is dus sonsel en battery in een. Dit is baie aantreklik vanweë die inkonstantheid van die sonkrag. Ongelukkig is daar egter probleme wat deur fotokorrosie veroorsaak word en wat die lewensduur en die doeltreffendheid van fotoëlektrochmiese selle nadelig beïnvloed.
Die aansluiting in 'n elektroliet
wysigMetale
wysig
Wanneer 'n metaaleletrode in 'n elektroliet gedompel word, word twee dubbellae aan die vloeistofkant van die aansluiting geskep. Daar is 'n rigiede Helmholtz-laag van ione met 'n lading wat die teenoorgestelde van die elektrode s'n is. Verder weg is daar 'n meer diffuse Gouy-Chapman-laag.[2]
Halfgeleiers
wysig
Aan die metaalkant bereik die potensiaal vinnig sy grootmaatwaarde omdat die konsentrasie ladingdraers baie groot is (ong. 1022 cm-3). Indien die elektrode 'n halfgeleier (SC) is, is dit egter nie die geval nie. In intrinsieke halfgeleiers kan die konsentrasie van ladingsdraers so laag as 1011 cm-3 wees, en selfs in gedoteerde halfgeleiers is dit tipies nie hoër as 1015-1016 cm-3 nie. As gevolg daarvan word die lading van elektrolietione of ander gelaaide spesies wat op/by die halfgeleier se oppervlak bestaan binne die halfgeleier gekompenseer. Hierdeur ontstaan 'n gelaaide gebied binne die halfgeleier wat die ruimteladingslaag genoem word. Dit word gekenmerk deur 'n potensiaalval φSC, lading QSC, kapasiteit CSC, en dikte LSC. Die bestaan van die ruimteladingslaag in halfgeleiers veroorsaak die verskille tussen die gedrag van SC-elektrodes en metaalelektrodes.[2]
Bandbuiging
wysig
Wanneer 'n halfgleierelektrode in 'n elektroliet ondergedompel word word 'n ewewig gevorm. Die redokspotensiaal van die oplossing en die Fermivlak van die halfgeleier word gelykgemaak. Dit veroorsaak 'n ruimteladingslaag in die halfgeleier. In hierdie laag verander die energievlakke van die geleidingsband en die valensband. Dit word bandbuiging genoem. Deur hierdie buiging kan die minderheidsladingsdragers van die meerderheidsdrager geskei word, soos dit ook ook in 'n p-n-aansluiting van 'n diode gebeur. Dis die minderheidsladingsdragers wat na die oppervlak van die halfgeleier beweeg en met die elektroliet kan reageer.
Indien 'n sekere uitwendige elektriese potensiaal aangelê word kan die buiging reggetrek word. Hierdie potensiaal word die platbandpotensiaal genoem.
Eksterne potensiale
wysigUitputting
wysigDrie toestande van die ruimteladingslaag kan onderskei word: uitputting, inversie en akkumulasie. Uitputting vind plaas wanneer die lading in die ruimteladinglaag van die geïoniseerde atome van donors of akseptors afkomstig is . In die geval van 'n n-tipe SC is QSC > 0 en die potensiaalval φSC < 0, aangesien die geïoniseerde donoratome positief gelaai is,. In p-tipe halfgeleiers is dit andersom: die akseptors is negatief gelaai. Dan QSC < 0 en die potensiaalval φSC > 0. [2]
Inversie
wysigDit kan egter gewysig word deur 'n eksterne potensiaal Eekst aan te bring. Wanneer in die n-tipe geval die positiewe lading QSC toeneem en die potensiaalval φSC meer negatief word bereik die ruimteladinglaag sy inversietoestand. In hierdie geval word die lading deur die mobiele minderheidsdraers gevorm, in hierdie geval die gate h+. In p-tipe halfgeleiers is dit andersom.[2]
Akkumulasie
wysigDie akkumulasietoestand word bereik as die lading in die ruimteladingslaag uit meerderheiddraers bestaan. Dan word QSC<0 negatief vir n-tipe halfgeleiers, en φSC > 0 en die bande buig nou in die teenoorgestelde rigting.[2]
Platbandpotensiaal
wysigBy die oorgang van positief na negatief: φSC = 0, is die buiging van die bande opgehef. So 'n staat word verkry word deur die platbandpotensiaal Eekst=Epb aan te lê.[2]
Verwysings
wysig- ↑ Giulia Selvolini, Giovanna Marrazza (2023). 2 - Sensor principles and basic designs, In Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials, Fundamentals of Sensor Technology. Woodhead Publishing. pp. 17–43. doi:10.1016/B978-0-323-88431-0.00018-1. ISBN 9780323884310.
{{cite book}}: AS1-onderhoud: gebruik authors-parameter (link) - ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Jackowska, Krystyna and Krysiński, Paweł. (2020). "10 Semiconductors electrochemistry and photoelectrochemistry: fundamentals". In: Applied Electrochemistry. Berlin, Boston: De Gruyter. pp. 205–240. doi:10.1515/9783110600834-011.
{{cite book}}: AS1-onderhoud: gebruik authors-parameter (link)
