Фотоэлектрохимический элемент

Фотоэлектрохимический элемент

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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

SU „, 1093205

59 4 Н 01 И 6 30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Я,,<

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3525362/24-07 (22) 17. 12. 82 (46) 30.11.88. Бюл. В 44 . (71), Институт общей и неоргайической химии АН УССР (72).Г.Я. Колбасов, Н.И. Тарененко, А.В. Городискнй н И.И. Карпов (53) 621.352.8.035.443 (088.8) (56) Патент США М 4262066, кл.- 429-111, 1981.

Патент США Ф 4246882, кл. 204-75, 1980. .(54)(57) 1. ФОТОЭЛЕКТРОХИИИЧЕСКИЙ

3ЛЕИЕНТ, состоящий ив полупроводни» кового электрода а-типа в контакте с. электролитом из гидроокиси калия, содержащим органический восстановитель - формальдегид, и противоэлектрода, о т и и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения фоточувствительности, в состав электролита вве- ден краситель трифенилметановой груп- .. пы, преимущественно кристаллический фиолетовйй при следующем соотношении компонентов, моль:

Фориальдегцд °, 1-2,5

Гидроокись калия, 0 5-1,5.

Краситель: 5 10, "5 ° 10 .

1093205

Настоящее изобретение относится к электротехнической промышленности и . может быть использовано в химических источниках тока.

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

Недостатками такого фотоэлемента 1р ..являются отсутствие, процесса умножения фототока как в области поглощения красителями, так и в области собственного поглощения полупроводника,,что приводит к низкой фоточувстви тельности всего элемента, а также нестабильность его характеристик

as-за протекания процессов окисления ..

Наиболее близким по технической 2п сущности и достигаемым .результатам является электрохимический элемент, состоящий из полупроводникового электрода и-типа в контакте с электролитом из. гидроокиси калия, содержа-. 25 щим органический .восстаиовитель, 4юрмальдегид, и .противоэлектрода.

Недостатком его является низкая фоточувствительность. в области энергий, меньших ширины. запрещенной эоны 30 . полупроводника, вследствие малой интенсивности фотопереходов в этой об, ласти, приводящих к генерации свобод-.. ных носителей. Целью изобретения является увеличение 4юточувствительности.

С этой целью предлагается. 4юто- . электрохимический .элемент, состоящий из полупроводникового электрода п-ти.на в контакте с .электролитом из гид- 4О .-. роокиси калия, .содержащим органичес"кий восстановитель — формальдегид, и противоэлектрода, в котором, согласно;: изобретению, в состав электролита, введен краситель трифенилметановой . 45 группы, преимущественно кристаллический фиолетовый, при следующем соотно» .шенин компонентов, моль:

Формальдегид, 1-2,5

Ридроокись калия 0,5" 1 5Кра итель 5 10 -5-10 <

Предложенный электрохимнческий .фотоэлемент состоит as íîëóïðîâîäíaêà . и-типа вспомогательного электродаЭ

55 металлического, угольного,и электролита состава растворитель - вода.

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

I (родамин С или кристаллический фиолетовый) - 5 ° 10 -5 10 моль. Преде-. лы концентраций красителя обусловлены механизмом процесса фотосенсибилизациие

Сущность изобретения поясняется при рассмотрении электрофизических явлений на.межфазной границе полупроводник и-типа - электролит.

При адсорбции красителей на поверхности полупроводника происходит фотосенсибилизация полупроводника в области поглощения красителей пу-, тем подачи передачи электрона иэ воэ" бужденной молекулы красителя в зону проводимости сульфида кадмия. Этот, процесс может протекать также с учас» тием поверхностных состояний, которые обмениваются электронами с и-зоной сульфида кадмия,и возбужденной молекулой красителя, В обоих этих случаях органические восстановители .. либо регенериууют окисленную форму красителя, либо заполняют электронами полупроводниковую электронную -. структуру (ПЭС), из.которьцс генериру- ются электроны в С-зону сульфида кад» мия; При больших, концентрациях краси-, теля больше чем 5 10 4ютосенсиби- . лизация сменяется десенсибилизацией, поскольку оптимум фотосенсибилиза- ции наступает существенно раньше полного покрытия поверхности электрода монослоем адсорбированного краси. теля.

Сравнение поглощения.адсорбиро- . ванного слоя красителя и .поглощения" в объеме раствора:для родамина С и кристаллического фиолетового показывает, чао .епектр .фототока смещен в красную область по отношению к спект" ру поглощения адсорбированньяи моле- ., кулами красителя. Величина смещения максимумов в спектрах составляла 30»

33 МэВ для родамина С и 22-30 ИэВдля кристаллического.,фиолетового.

При введении в электролит формальдегнда спектральные характеристики фототока в области поглощения красителями не .изменялись, в то: время как амплитуда фототока возросла; ко эффициеит умножения 4ютотока для обо- их красителей был близок к 2 ° так же как и в области зона - зонного погло» щения при окислении формальдегида, свободными дырками.. Отношение Максимума фототока в области ноглощени» красителями к максимуму фототока в

Ф! .Редактор Н. Сильнегина

Техред И.,Иоргеитал Корректор М. Поко

Заказ 6491 .: Фирвж:?46 :,; Подписное

ВНИИЛИ ГосударственноГо комитета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, 3-35 ° Раушская наб., д. 4/5 (Ю ° е« Ю В

; йроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 . 1093205 . 4 области собственного поглощения ис- В спектральном диапазоне 300-950 нм следованных монокрнсталлов. составля-.. фоточувствительность возросла на ло 0,2"2,5Х; 1,9Х °

Основными преимуществами предло-. П р и и е р 3. Электрод - моно-5 женного элемента являются увеличение-: кристаллический сульфид кадмия и-ти фоточувствительности в результате . na, краситель-родамин С -..5 10 моль,. расширения области спектральной чув» Формальдегид — 2 моль, гидроокись ствительности элемента и умножения калия -,1,5 моль, вспомогательный .;. фототока в области поглощения красн- 10 противоэлектрод - платина.

М телями, а также улучшение стабильнос" В области прозрачности (1 500Фи фотопреобразования при адсорбции . 950 нм) фоточувствительность увеликрасителей вследствие регенерации - чилась в 2,5 раза. окисленной формы красителя восгтано- В спектральном диапазоне 300-. вителямн (или в результате заполнения 1В 950 им фоточувствителъность (кванПЭС электронами)1 . : . товын выход) возросла íà 1;87Х.

H p .и м е р 1.: Электрод - моно- Измерения спектров фототоков че,кристаллический CdSxSe, „ ° где к :. реэ межфаэнув границу- проводились

0,93 п-типа, краситель - кристалли с йспольэованием.монохроматора ческий фиолетовый - 5 -10 моль, фор- .20 "ИДР-2" (разрешение 1, нм) .и стандарт мальдегид - 1,5 моль, гндроокись:ка» . ной схемы синхронного детектировалвя - 1 моль, вспомогательный проти-: ния. В качестве источника излучения . воэлектрод.- плат на., применялась ксеноновая лампа ДКСШ,I г

Ъ

1000 со стабилизированным током раэ-.

В:области прозрачности CdSxSe;»„ 25 ряда. (-Л 580-950 нм) фоточувствительность Hp я и е р 4. Электрод -. моноувеличилась.на 3 порядка. B спект,::. - кристалличесаий сульфид кадая n-m, ральном диапазоне 300". 950.нм фоточув-. пе, краситель - кристаллический фио- " . ствительность (квантовый выход) воэ " летовый - 5 10 моль, форяальдегид -. росла на.2 5X. . 30 2,5 моль, гщдроокись калия - 0,5 моль

Пример 2. Электрод - моно .. - вспомогательный электрод -. платина.кристаллический CdSa-тина, краситель - (Л 580-950 нм) - фоточувствитель-: родамин С -. 5 1О моль, формальде- . . ность увеличилась на 2 порядка. В гид - 1,5 моль, гицроокись калия :: спектральном диапазоне 300-950 нм фс

1 моль, вспомогательный противоэлек- З точувствительность (квантовый вытрод - углерод.. . :" ..".. ход). возросла на 1,01Х.

В области прозрачности сульфида. .. Такии образом, предложенный фекадмия (.,А 500-950 нм) фоточувствм- ;: тоэлектрохимический элемент имеет вй» . тельность увеличилась на 2 порядка. . сохув фоточувствительность.