Электрохимия полупроводников. Батенков В.А. - 143 стр.

      Фотопотенциал Еф – это отклонение потенциала освещенного электрода ячейки Еlt, от
его значения Е, измеренного в темноте: Еф = ∆Еф = Еlt – Е. При этом через освещенный элек-
трод внешний ток может протекать или нет. Индексы ф – φοτοσ и lt – light (свет).
      Фотопотенциал и фототок – явления, присущие лишь полупроводниковым электродам.
Как и твердотельные фотоэлементы, фотоэлектрохимические элементы (ФЭХЭ), т. е. жидко-
стные фотоячейки с полупроводниковыми электродами, могут быть источниками тока. Пре-
имуществом ФЭХЭ, по сравнению с твердотельными фотоэлементами, является простота из-
готовления, использование значительно более дешевых поликристаллических полупровод-
никовых материалов. Однако главное достоинство ФЭХЭ – это возможность их использова-
ния в качестве фотоэлектролизёров, например, воды, что позволяет аккумулировать солнеч-
ную энергию в виде энергетического топлива – водорода, полученного фотоэлектролизом.
Значение таких устройств, позволяющих использовать неисчерпаемую солнечную энергию,
для решения проблем энергетики очевидно.
      Фотоэлектрохимия полупроводников – большой раздел электрохимии. Здесь будут рас-
смотрены лишь её основные элементы. Подробно она описана, например, в [38].

     4.7.2. Историческая справка

     Первым сообщением о фотопотенциале электрода считается опубликованная в 1839 году
работа Е. Беккереля, который обнаружил возникновение электрического тока в ячейке при ос-
вещении металлического электрода, покрытого хлоридом серебра. Фотоэлектрохимическое по-
ведение окисленных металлов в нашей стране в 40-х годах изучал В.И. Веселовский, который
объяснял наблюдающиеся фотоэффекты образованием свободных электронов (электронных де-
фектов) в оксидных полупроводниковых слоях, формирующихся на поверхности металла, а фо-
тоэдс как результат заряжения фототоком емкости полупроводниковой поверхности.
     Возникновение современной электрохимии и фотоэлектрохимии полупроводников в
середине 50-х годов связано с фундаментальными исследованиям В. Браттейна, проведен-
ными совместно с Дж. Бардиным и К. Гэрреттом [39-41]. В них фототок и фотопотенциал
элементного полупроводника – монокристаллического германия n- и р-типа – трактуются с
позиций зонной теории твердого тела и воззрений, развитых школой американских физиков
и химиков, работавших в фирме Bell Telephon. Исходя из этих представлений считается, что
фотоэффекты при освещении полупроводника (германия) обусловлены генерацией фотонами
носителей зарядов преимущественно в ОПЗ полупроводника, практически полным разделе-
нием электрическим полем генерированных электронов и дырок (их диффузионная длина
значительно больше ширины ОПЗ) к противоположным границам ОПЗ с последующим их
взаимодействием с внешней средой: электролитом, оксидом, металлом.
     Впервые фотоэффекты бинарных соединений CdS и GaAs при их контакте с элек-
тролитом изучал Р. Уилламс [42], а фототравление арсенида галлия – Р.В. Хейсти [43].
     Существенный вклад в развитие фотоэлектрохимии полупроводников внес, начиная с
1966 года, немецкий учёный Х. Геришер [44], в нашей стране – Ю.В. Плесков, обобщивший
в ряде работ, в частности, в 1965 году совместно с В.А. Мямлиным [7] и в 1981 году – с Ю.Я.
Гуревичем [38], практически все исследования и идеи в данной области.
     Теория фототока, возникающего при освещении обеднённого слоя обратно смещённого
фотодиода p-i-n, изложенная в 1959 году В.В. Гертнером [45], используется и для описания
фотоявлений на контакте полупроводника n-типа с металлом и электролитом.

     4.7.3. Экспериментальные значения фотопотенциала полупроводников

     Быстрые изменения потенциала полупроводника в начальный момент освещения свя-
зывают с генерацией неосновных носителей в полупроводнике, медленные – с ионными про-
цессами на границе полупроводник – электролит [7, 38-40, 44]. В научных целях для опреде-
ления объёмных параметров полупроводника (падения потенциала в ОПЗ, диффузионной
длины носителей, скорости поверхностной рекомбинации и т. п.) используются краткие

                                           143