Фотоэлектрохимический элемент Советский патент 1988 года по МПК H01M6/30 

ko

с

Настоящее изобретение относится к электротехнической промьшшенности и 14ожет быть- использовано в химических источниках тока.5

Известен фотоэлектрохимический элемент, состоящий из прозрачного полупроводникового электрода и противо- , электрода в электролите.

Недостатками такого Фотоэлемента JQ . .являются отсутствие процесса умножения фототока как и области поглощения . красителями, так и в области собст- : венного поглощения полупроводника, ,что приводит к низкой фоточувстви- 15 тельности всего элемента, а также нестабильность его характеристик протекания процессов окисле ния..- -...-.. . , ; . Наиболее близким по технической 20 сущности и достигаемым результатам . является. электрохимический элемент,/состоящий из полупроводникового элек трода п-типа в контакте с электролитом из гидроокиси калия, содержа- 25 пщм оР нический:восстановитель, формальдегид, и противоэле строда.

Недостатком его является низкая . фоточувствительность-в области 1энер- гий, меньщих ширины запрещенной зоны JJQ полупроводника, вследствие малой 1Штейсивности фотопереходов в этой области, приводящих к Генерации свободных носителей.; Целью изобретения является увели- . чениё фоточувствительности,

С этой целью предлагается. фото- . электрохимический элемент, состоящий из полупроводникового электрода п-ти.па в контакте с электролитом из гид- Q -. роокиси калия,.содержащим органический восстановитель - формал ьдегид, ц противоэлектрода, в котором, согласно .; изобретению, в состав электролита ; . введен краситель трифенилметановой 45 Группы, 1феимуществен1|о кристаллический фиолетовый, при следунщем соотношении компонентов, моль:

Формальдегид . 1-2,5 Гидр оокись . ,. калия0,5-1,,5

Кра-лтель 5Ю- -З 10- Предложенный электрохимический , фотоэлемент состоит из полупроводника . п-типа, вспомогательного электрода - , металлического, угольного и электролита состава растворитель - вода. .

Формальдегид 1-2,5 моль; гидроокись калия 0,5-1,5 моль, красители

(родамин С или кристаллический фиолетовый) - 510 -510 моль. Предег лыконцентраций красителя обусловлены механизмом процесса фотосенсибилиза- ции.

Сущность изобретения поясняется при рассмотрении электрофизических явлений на межфаэной границе полупроводник п-типа - электролит.

При адсорбции красителей на поверхности полупроводника происходит фотосенсибилизация полупроводника В области поглощения .красителей пу-, тем подачи передачи электрона из воз бужденной молекулы красителя в зону проводимости сульфида кадмия. Этот, процеЬс может протекать также с участием поверхностных состояний, которые обмениваются электронами с п-зоной суль4ввда кадмия .и возбужденной молекулой красителя, В обоих эТих . случаях органические восстановители либо регенерируют окисленную форму красителя, либо заполняют электронами полупроводниковую электронную / структуру (ПЭС), из которых генерируются электроны в С-зону сульфида кад- мия; При больших, концентрациях красйтеля больше чем 5-10, фотосенсиби-:; лизация сменяе тся десенсибилизацией, поскольку оптимум фбтосенсибилизации наступает существенно раньше полного покрытия поверхности электрода монослоём адсорбированного теля. ,: :. . - л ,.

Сравнение поглощения адсорбйрованнрго слоя красителя и поглощения в объеме раствора для родамина С и сристаллического фиолетового показы вает, что «спектр фототокасмещен в красную область по отношению к спект ру поглощения адсорбированными молекулами кр1ёсителя. Величина смещения макс. в спектрах составляла 30, 33 МэВ для Си 22-30 МэВ для криСталлическогоч,фиолетовЬго.

При введении в электролит формал дегида спектральные характеристики фототока в области поглоще{1Ия кра сителями не изменятшсь, в то время как амплитуда фототока возросла; ко эффициеит умножения; фототоха для обоих красителей был близок к 2, так же как и в области зона - тонного погло щения при окислении формальдегида . Свободными дырками. Отйошение,Максимума фототока в области поглощений красителями к максимуму фототрка в области собственного поглощения исследованных мoнoкpиcтaллoв составляло 0,2-2,5% ОСНОВНЫМИ преимуществами предложенного элемента являются увеличение фоточувствительности в результате расширения области спектральной чув ствительности элемента ft умножения , фототока в области поглощения красителями, а также y;tyчтение стабильнос ти фотопреобразовани при адсорбции красителей вследствие регенерации окисленной формы красИтеля восстановителями (или в результате заполнени ПЭС электронами) При М;е р 1. Электрод - моно, кристаллический .CdSxSei.x , где х п-типа, краситель - кристалли ческий фиолетовый - , формальдегид - 1,5 моль, гидроокись калия .- 1 моль, вспомогательный противоэлектрод г платина. I , , . В области прозрачности CdSxSe .у ( А 580-950 им) фоточувствительност увеличилась на 3 порядка. В спект ральном диапазоне 300-950 им фоточув ствительиость (квантовый выход) возросла иа 2,5%. Пример 2. Электрод - моио . кристаллический CdSn-типа, .краситель рЬдамйи С - 5-10 моль формальдегид - 1, моль, гидроокись калия 1 моль, вспомогательный противоэлбктрод-углерод. .: В области прозрачности сульфида кадмия (г А « 500-9 50 нм) фоточувств тельиость увеличилась на 2 порядка. В спектральном диапазоне ЗЬО-950нм фоточувствительность возросла на 1,9%. . . - . . ,-.. ;;,. Пример 3. Электрод монокристалЛический сульфид кадмия , крас11тель-родамин С -. ,5-Ю моль, формальдегид - 2 моль, гидроокись калия -.1,5 моль, вспомогательный , противоэлектрод - платина. В области прозрачности ( Д « 500950 нм) фоточувствительность увеличилась в 2,5 раза. В спектральном диапазоне 300-. 950 Им фоточувствительность (квантовый выход) возросла на t,87J5. ; Измерения спектров фототокозв через межфазну границу проводились ; с использованием.монохроматора . ; ; ВДР-2 (разрешение 1, нм) и стандарт-ной схемы., синхронного дётектирова- . ния. В качестве источника излучения ; применялась ксеноиовал лампа ЯКСШ- ; 1000 со стабилизированным током разряда. , . . . .. . :/- .:, П р и мер А. Электрод г моиокристалличесжий сульфид , краситель - кристаллический фиолетовый - , формальдегид - : 2,5 моль, гидроокись калия - 0,5 моль вспомогательный электрод т платиид : (А«580-950 им) - фоточувствитель- ность увеличилась иа 2 порядка. В ; спектральном диапазоне 300-950 им фо точуэствительность (квантовый вьг- г ход) возросла иа 1,01Z. , ; Таким образом, прёдлоясенный фотоэлектрохимический элемент имеет вые сокую фоточувствительностьi

1. ФОТОЭЛККТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, состоящий нз полупроводникового электрода п-типа в контакте с электролитом из гидроокиси калия, содержащим органический восстановитель - формальдегид, и противоэлектрода, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения фоточувстви- : тельности, в состав электролита введен краситель трифенилметановой . 11Ы, преимущественно кристаллический фиолетовый при следующем соотношении компонентов, моль: Формальдегид . ,5 Гидроокись калия. .0,5- J, 5 Краситель 510-; -5 -lOt