Fotoëlektrochemie is dié tak van elektrochemie wat werk met elektrodes wat uit halfgeleiers bestaan.
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 Metale duimnael|links|Die aansluiting van 'n metaalelektrode 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.
Halfgeleiers duimnael|Die aansluiting van 'n halfegeleierelektrode Aan die metaalkant bereik die potensiaal vinnig sy grootmaatwaarde omdat die konsentrasie ladingdraers baie groot is (ong. 10 cm). 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 10 cm wees, en selfs in gedoteerde halfgeleiers is dit tipies nie hoër as 10-10 cm 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 φ, lading Q, kapasiteit C, en dikte L. Die bestaan van die ruimteladingslaag in halfgeleiers veroorsaak die verskille tussen die gedrag van SC-elektrodes en metaalelektrodes.
Bandbuiging duimnael|links|Bandbuiging by kontak tussen 'n halfgeleier en 'n elektroliet 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 Uitputting Drie 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 Q > 0 en die potensiaalval φ < 0, aangesien die geïoniseerde donoratome positief gelaai is,. In p-tipe halfgeleiers is dit andersom: die akseptors is negatief gelaai. Dan Q < 0 en die potensiaalval φ > 0.
Inversie Dit kan egter gewysig word deur 'n eksterne potensiaal E aan te bring. Wanneer in die n-tipe geval die positiewe lading Q toeneem en die potensiaalval φ 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.
Akkumulasie Die akkumulasietoestand word bereik as die lading in die ruimteladingslaag uit meerderheiddraers bestaan. Dan word Q<0 negatief vir n-tipe halfgeleiers, en φ > 0 en die bande buig nou in die teenoorgestelde rigting.
Platbandpotensiaal By die oorgang van positief na negatief: φ = 0, is die buiging van die bande opgehef. So 'n staat word verkry word deur die platbandpotensiaal E=E aan te lê.
Verwysings
Kategorie:Elektrochemie Kategorie:Energie-omsetting