Электрохимия полупроводников. Батенков В.А. - 148 стр.

     4.7.6. Фотоэлектрохимические элементы
     Типы фотоэлектрохимических элементов.
     Фотоэлектрохимические преобразователи световой энергии разделяют на две группы в
зависимости от среды, в которой поглощается свет: 1) в растворе – фотогальванические эле-
менты, 2) в полупроводнике – фотовольтаические [38]. Эффективность преобразователей све-
товой энергии 1-й группы мала, доли процента, и они едва ли найдут широкое применение.
     Фотовольтаические элементы представляют наибольший интерес. Они бывают двух типов:
1) фотоэлектрохимические элементы (ФЭХЭ) регенеративного типа, 2) фотоэлектролизёры.
     В ФЭХЭ первого типа на обоих электродах ячейки при освещении должны протекать
анодные и катодные полуреакции одной обратимой реакции, химический состав раствора
ячейки не должен изменяться, единственным результатом поглощения света должно быть про-
текание тока во внешней цепи. Такой элемент также называют "солнечной жидкостной батареей".
     В фотоэлектролизёрах наоборот: при освещении на электродах протекают две разные ре-
акции, состав раствора изменяется, энергия света запасается в виде продуктов электролиза.
     В данной работе кратко описываются лишь ФЭХЭ первого типа.
      Принципы работы ФЭХЭ.
      ФЭХЭ, как преобразователь света в электрический ток, включает полупроводниковый и
металлический (или угольный) электроды, погружённые в электролит, содержащий окисли-
тельно-восстановительную систему Ox/Red. Оба электрода должны быть инертными и слу-
жить в качестве электронопроводящей фазы. При освещении полупроводника, например,
n-типа, генерированные неосновные носители е+ переносятся к границе раздела полупровод-
ник – электролит, где вступают в электродную реакцию типа (1.22, б, случай д): Ry+ + e+ → Oxz+.
      Основные носители е– переносятся из приповерхностной области полупроводника в его
объём и далее через внешнюю цепь к металлическому электроду, где обеспечивают катод-
ную реакцию типа (1.22, а, случай е): Oxz++ e– → Ry+. Электрический ток в электролите пере-
носится ионами окислителя Oxz+, движущимися от полупроводника к металлу; часть тока
компенсируется обратным диффузионным движением ионов Ry+.
       Характеристики ФЭХЭ.
       Эти характеристики следующие. Uxx – напряжение холостого хода, т. е. максимальное
напряжение освещённой фотоячейки при разомкнутой внешней цепи (см. уравнение (4.65)).
Iкз – ток короткого замыкания, т. е. когда сопротивление внешней цепи R = 0 (уравнение (4.70)).
fзап – фактор заполнения – это отношение площади Iм⋅Uм при внешней нагрузке R ≠ 0 к мак-
симальной площади Iкз⋅Uхх: fзап = (Iм⋅Uм)/(Iкз⋅Uхх) (см. рис. 4.8). Он сильно зависит от R.
ηф – коэффициент полезного действия фотоячейки. Он представляет отношение макси-
мальной мощности фотоэлемента Рм = Iм⋅Uм = fзапIкзUхх к мощности падающего света Рф:
     ηф = Рм /Рф = (Iм⋅Uм)/Рф = fзап Iкз Uхх /Рф.                                       (4.69)

    Iф                                               Рис. 4.8. Варианты рабочих характеристик
                                                    преобразователя света в электрический ток.
    Iкз
   Iм,1                              1               1, 2 и 3 – вольтамперные характеристики
   IM,2            3          2                     высокого (площадь: Iм,1⋅Uм,1), среднего (серая
   Iм,3                                             площадь: Iм,2⋅Uм,2) и низкого фактора заполне-
                                                    ния (затемнённая площадь: Iм,3⋅Uм,3).
                                                    Iкз и Iм – плотность фототока короткого за-
                                                    мыкания и максимального фототока при Uм;
                                                    Uм – максимальное фотонапряжение при Iм;
          0            Uм,3 Uм,2 Uм,1 Uхх U         Uхх – напряжение холостого хода.


                                                148