Фотоэлектрохимические процессы, импеданс и шумы на полупроводниковом InP-электроде
Исследована фоточувствительность IпР-электрода; для определения механизма фотостимулированного переноса заряда на межфазной границе раздела изучены импеданс и электрохимический шум. Установлено, что перенос заряда происходит с участием каталитических центров, образующих поверхностные электронные сос...
Gespeichert in:
| Datum: | 2000 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2000
|
| Schriftenreihe: | Украинский химический журнал |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/184274 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Фотоэлектрохимические процессы, импеданс и шумы на полупроводниковом InP-электроде / Г.Я. Колбасов, И.А. Русецкий // Украинский химический журнал. — 2000. — Т. 66, № 5. — С. 27-30. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-184274 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1842742022-05-13T01:26:59Z Фотоэлектрохимические процессы, импеданс и шумы на полупроводниковом InP-электроде Колбасов, Г.Я. Русецкий, И.А. Электрохимия Исследована фоточувствительность IпР-электрода; для определения механизма фотостимулированного переноса заряда на межфазной границе раздела изучены импеданс и электрохимический шум. Установлено, что перенос заряда происходит с участием каталитических центров, образующих поверхностные электронные состояния (ПЭС); определены плотность ПЭС и степень их заполнения электронами. 2000 Article Фотоэлектрохимические процессы, импеданс и шумы на полупроводниковом InP-электроде / Г.Я. Колбасов, И.А. Русецкий // Украинский химический журнал. — 2000. — Т. 66, № 5. — С. 27-30. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0041–6045 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/184274 541.13 ru Украинский химический журнал Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Электрохимия Электрохимия |
| spellingShingle |
Электрохимия Электрохимия Колбасов, Г.Я. Русецкий, И.А. Фотоэлектрохимические процессы, импеданс и шумы на полупроводниковом InP-электроде Украинский химический журнал |
| description |
Исследована фоточувствительность IпР-электрода; для определения механизма фотостимулированного переноса заряда на межфазной границе раздела изучены импеданс и электрохимический шум. Установлено, что перенос заряда происходит с участием каталитических центров, образующих поверхностные электронные состояния (ПЭС); определены плотность ПЭС и степень их заполнения электронами. |
| format |
Article |
| author |
Колбасов, Г.Я. Русецкий, И.А. |
| author_facet |
Колбасов, Г.Я. Русецкий, И.А. |
| author_sort |
Колбасов, Г.Я. |
| title |
Фотоэлектрохимические процессы, импеданс и шумы на полупроводниковом InP-электроде |
| title_short |
Фотоэлектрохимические процессы, импеданс и шумы на полупроводниковом InP-электроде |
| title_full |
Фотоэлектрохимические процессы, импеданс и шумы на полупроводниковом InP-электроде |
| title_fullStr |
Фотоэлектрохимические процессы, импеданс и шумы на полупроводниковом InP-электроде |
| title_full_unstemmed |
Фотоэлектрохимические процессы, импеданс и шумы на полупроводниковом InP-электроде |
| title_sort |
фотоэлектрохимические процессы, импеданс и шумы на полупроводниковом inp-электроде |
| publisher |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| publishDate |
2000 |
| topic_facet |
Электрохимия |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/184274 |
| citation_txt |
Фотоэлектрохимические процессы, импеданс и шумы на полупроводниковом InP-электроде / Г.Я. Колбасов, И.А. Русецкий // Украинский химический журнал. — 2000. — Т. 66, № 5. — С. 27-30. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Украинский химический журнал |
| work_keys_str_mv |
AT kolbasovgâ fotoélektrohimičeskieprocessyimpedansišumynapoluprovodnikovominpélektrode AT ruseckijia fotoélektrohimičeskieprocessyimpedansišumynapoluprovodnikovominpélektrode |
| first_indexed |
2025-07-16T04:26:29Z |
| last_indexed |
2025-07-16T04:26:29Z |
| _version_ |
1837776230598836224 |
| fulltext |
СТВУЮЩУЮ убыли анода. Затем навеску растворя
ли в концентрированном растворе соляной кис
лоты при нагревании. Полученный раствор и
твердый остаток анализировали. Количество твер
дого остатка составляло в среднем 31-32 % от
веса образца, содержание марганца и железа,
определенное на атомно-адсорбционном спектро
метре, - приблизительно 65.0 и 7.0 % СОО1'ветеТ
венно, что совпадает с данными табл, 1. Затем
определяли суммарное количество марганца в
анолите, католите и в твердом остатке. Результа
ты расчета показали, что материальный баланс
по марганцу в основном сходится с точностью
3-5 %. Значительные расхождения, составляю
щие 13-14 %, наблюдались при непродолжитель
ном электролизе и могут быть связаны с нерав
номерностью его распределения по объему образ
ца. Можно также показать, что при анодном
растворении ферромарганцевого сплава твердый
остаток (шлам) составлял в среднем около 40.0 %
по сравнению с 320 % при его химическом
растворении. Это, очевидно, связано с тем, что
при электролитическом растворении сплава в
шлам попадает около 10 % марганца, остальные
90 % переходят в раствор.
Таким образом, на основании проведеиных
исследований можно сделать ВЫВОД о перспектив
ноети применения электролиза с использованием
хлораммонийных электролитов при переработке
высокофосфористых ферромарганцевых сплавов.
РЕЗЮМЕ. Вивчено анодне розчинення 8ИСОКОфосфо
ристого сплаву феромарганцю в хлоридноамонiйнiм розчинi
в залежностi вiд кiлькостi струму. Обчислено виходи З8·
СТРУМОМ марганцю та залiза. Остановлено, що при анодному
розчиненнi феросплаву 90 % марганцю, а також домiwки
залгза, кобальту, нiкелю та мiдi переходять у розчин. а
кремнгй, фосфор, титан, кальцiй та iншi залишаються в
твердому осадi.
SUMMARY. The anodic dissolution о' high-phosphorus
iron-manganese а1l0У in ап ammonium chloride solution as а
function of the quantity ОУ electrlcity has Ьееп studied. The
current yields of manganese and iron have Ьееп calculated. lt
has Ьееп found оп the anodic dissolution оС iron-rnanganese
а110У, 90 % of manganese as well as iron, cobalt, nickel and
copper as impurities pass into solution, and silicon, phosphorus,
titanium, calcium, etc. remain in the solid precipitate.
1. Зосимович Д. П., Шваб Н. А., Белинский В. Н. 1/
Гидроэлектрометаллургия хлоридов. -Киев: Наук. думка,
1964. -С. 84-87.
2. Агладзе Р. Н., Джиячврвёзе М. д. / / Сообщение АН гссв
-1967. -47, вып. 1. -с. 71-75.
3. ДЖШlч.арадзе М. Д., Бвсмвновв С. Н. 11 Электрохимия
марганца. -Тбилиси: Изд-во "Мецниереба", -1969. -Т.· IV.
-С. 196-201.
4. АZЛll8зе Р. И., Мучлuдзе Н. Н. // Электрохимия марганца.
-Тбиписи: Изд-во AI-I Груз. ССР, 1957. -с. 339-342.
5. Ввсмвновв С. Н. 1/ Электрохимия марганца. -Тбиписи:
ИЗД-ВО АН Груз. сер, 1963. -с 235-241.
6. Зосимович Д. /7., Белинский В. Е/., Шваб Н, А. 11
Электрохимия марганца. -Тбияиси: ИЗД-80 АН Груз. сер,
1967. -Т. 111. -с. 246-249.
7. Информвииднный листок нзх Никепольского завода
ферросплавов, 1996.
Институт общей и неорганической химии ИМ. В. И. Вернадского
НАН Украины, Киев
УДК 541.13
г. я. Колбасов, и. А. Русецкий
ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ИМПЕДАНС И ШУМЫ
НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ IпР-ЭЛЕКТРОДЕ
llоступила 02.08.99
Исследована фоточувствительность IпР-электрода; для определения механизма фотостимупированиого переноса заряда
на межфазной границе раздела изучены импеданс и электрохимический шум. Установлено, ЧТО перенос заряда происходит
с участием каталитических центров, образующих поверхностные электронные состояния (ПЭС); определены плотность
ПЭС и степень их заполнения электронами.
ОДНИМ из основных требований, предъявляе
мых к полупроводниковым электродам электро
химических солнечных элементов, является опти
мальная ширина запрещенной зоны и высокий
квантовый выход фототока в широком спектраль
ном диапазоне. Этим требованиям удовлетворяют
е г. Я. Колбасов, И. А. Русецкий , 2000
ISSN 0041-6045. УКР. хим. ЖУРИ. 2000. Т. 66, N~ 5
многие полупроводниковые соединения типа
лIIIвV, в частности InP [1, 21 Основными источ
никами потерь фотогенерированных носителей
заряда в системе полупроводник-электролит ЯВ
ляются их рекомбинация на межфазной границе
раздела и в полупроводниковой обкладке двой-
27
1- (1+ KLp2+ 12
Iр=еФ 1+/1
S D e-еКlkТ \
- Sp(S:+ ~n)LP(I+ 11) I n · (1)
Здесь последний член в правой части урав
нения (1) описывает катодный фототок i С, связан
ный с переносом электронов через межфазную
границу раздела; Ф - интенсивность генерации
электронно-дырочных пар, К - коэффициент
·поглощения света (зависящий от значений h~'), Lp,
пn - длина диффузии дырок и коэффициент
диффузии электронов соответственно, Sn, Sp
скорости поверхностной рекомбинации электро
нов и дырок, vn - скорость эмиссии электронов
через межфазную границу (105-106 см/с), 1
толщина области пространственного заряда (ОПЗ)
полупроводника, 1п - ток электронов через
межфазную границу. Величины 11, 12 учитывают
дрейфовую составляющую фототока.
Нами был проведен расчет величины 1/(hv)
для IпР-электрода; суммарная эффективная ско
ростъ поверхностной рекомбинации оценивалась
согласно [lt изгиб энергетических зои на повер
хности GaAs определялся из высокочастотных (f
= 35 кГц) измерений емкости слоя Шоттки на
поверхности полупроводника [8]. Величина ln
принималась равной максимальному значению
еФ/2. На рис. 1 (кривые 2, 4) приведены резуль
таты такого расчета, показывающие, что выраже
ние (1) удовлетворительно описывает эксперимен
тальную зависимость 7J<hv) при отрицательных
потенциалах (кривые 1, 2), где скорость поверх
ностной рекомбинации обычно сильно возрастает
и уменьшается абсолютная величина квантового
выхода фототока 1]. В то же время при анодных
потенциалах, когда значения 1J увеличивались
квантов света сильно зависела от потенциала
электрода. В анодной области потенциалов корот
коволновый спад фототока достигал 60-70 % от
его максимального значения и слабо зависел от
рН раствора. Для объяснения наблюдаемых
зависимостей 1/(hv) в коротковолновой области
спектра можно предположить, по аналогии с
контактом GaAs-электролит [3, 4], что корот
коволновое уменьшение фототока может быть
вызвано увеличением потока основных носите
лей заряда (электронов) через межфазную гра
ницу по мере увеличения доли поверхностно
поглощаемого света. Выражение для дырочного
фототока Jp [3, 4] в этом случае можно привести
к следующему виду:
e-Kl
ного электрического слоя, а также перенос ОСНОВ
ных носителей заряда (например, электронов для
полупроводника и-типа) в электролит [3-5]. При
изучении спектральной фоточувствительности
электродов необходимо определить влияние этих
факторов на разных участках спектрального
диапазона.
В данной работе исследована фоточувстви
тельность InP-электрода в области длин волн
350-980 им (hv - 3.54+ 1.27 эВ), ограниченная в
коротковолновой части спектра логлощением
электролита и в ДЛИННОВОЛНОВОЙ - шириной
запрещенной зоны полупроводника. Для опреде
ления механизма фотопереноса заряда на меж
фазной границе раздела проведены исследования
импеданса и электрохимического шума.
При изучении свойств. {пР-электрода исполь
зованы подходы, разработанные нами совместно
с академиком А. В. Городыским И обобщенные в
монографии [1].
Для измерений использовали монокристаллы
n-IпР с ориентацией повеjХНОСТИ (100) и концен
трацией электронов 2 -101 см-3. Перед измерени-
ями образцы обрабатывались в анизотропных
травителях состава НNОэ:не) (1:1) и не}: H2S04
(1 : 1) и концентрированных кислотах Hel и
H2S04 [6]. Спектральные зависимости фототока
измеряли на установке, описанной в [61 в состав
которой входил монохроматор "МДР-2", а ис
точником света являлась ксеноновая лампа
"ДКСШ-I000" со стабилизированным током раз
ряда. Количество квантов света, падающих на
электрод, определялось при помощи термоэлект
рического преобразователя "РТН-IОС". Для элек
трохимических измерений использовали потенци
остат "ПИ-5О-1" С программатором "ПР-8"; импе
данс электродов измеряли мостом переменного
тока "ВМ 401". Экспериментальная установка для
измерений электрохимического шума содержала
предварительный усилитель шума с входным
сопротивлением 2 МОм и эквивалентным шумо
вым сопротивлением, приведенным ко входу уси
лителя, R =1.3 кОм при f> 1 kГц и R =7 кОм при
f - 20 Гц (7~ Потенциал электрода измеряли ОТ
носительно хлорсеребряного электрода сравнения.
В качестве электролита использовали водный
раствор KCl, в котором InP стабилен [81 При
определении квантового выхода фототока учиты
вали потлощение электролита, измеренное спек
трефотометром "СФ-26".
Спектральные зависимости квантового выхо
да фототока тf при различных значениях потен
циала электрода приведены на рис. 1. Получено,
что величина 11 при больших значениях энергии
28 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ. ЖУРИ. 2000. Т. 66, N~ 5
Рис. 1. Экспериментальные (1, ~ и теоретические (2, 4-6)
зависимости квантовоговыхода фотоэлектрохимическоготока
1] от энергии hv при Е- -0.35 (!) и +0.15 В (3); поверхность
InP травлена в концентрированной Н2804. 2, 4 - теоре
тические зависимости ,,<.hl'), рассчитанные из выражения О);
S, 6 - рассчитанные из выражений (1), (2) с учетом условий (3).
где Fs - электрическое поле на поверхности IлР,
k ~ - константа скорости катодной электрохими
ческой реакции. Получено, что в анодной области
при E=+OJ5 В Fs - 6·104 В/см; в этом случае
расчетные и экспериментальные зависимости
1/(hv) (рис. 1, кривые 5, 6) согласуются при уело
виях [1, 5]:
(5)
(4)
I4/
11111
ItJlJ
y=1-28.
111 IIJIlI
Рис. 2. Частотные зависимости емкости (а) и проводимо
сти (6) InP-электрода, измеренные по параллельной схеме
замещения импеланса, при Е- +0.15 в после обработок по
верхности в не): НNОз -1 :1 (/); H2S04 (конц.) (2); I-IC) (конц.)
(3). Вверху (а) представпена эквивалентная схема импе
данса IпР-электрода.
,-/0.6ф-(ilf-Z
где () - степень заполнения электронами ПЭС,
Nt - плотность пэс.
Для определения величины д, входящей в
уравнение (4), воспользуемся измерениями эффек
тивного коэффициента дробового шума )/, значе
ния которого зависят от величины (j [1, 71:
На рис. 3 представлены измеренные значения
у для IпР-электрода при потенциалах +0.05 +
+0.15 В. Видно, что величина у стремится к
высокочастотному значению у=О.5, что, согласно
выражению (5), приводит к значению 0=0.25.
Отметим, что в работе [7] для IпР-электрода нами
получено, что при высоких анодных потенциалах
(Е ~ +0.6 В), когда происходит его интенсивное
фототравление, значение rJ близко к 1, то есть, в
этом случае в -+ о. Используя результаты изме
рения емкости, приведенные на рис. 2, а, а также
определенное нами значение 0=0.25, мы получи-
потенциалов (рис. 2). Видно, что емкость IпР-элек
трода уменьшается, а проводимоеть растет с
увеличением частоты 1; для такого характера
изменения импеданса электрода можно исполь
зовать эквивалентную схему, рассмотренную в
монографии [1] (рис. 2, а), где Rss - сопротивле
ние электронного перехода между зоной прово
димости полупроводника и каталитическим цен
тром (ПЭС); Ви - сопротивление электронного
перехода между каталитическим центром и иона
ми в растворе; Css - емкость, связанная с
поверхностными состояниями:
2
Css -:егNtО(I-О) ,
(3)
(2)
1
1/L--__--'---_---~-
I
(Sn+ K ~) [eP~'l
пn > КТ '
( )
е
а !!1!. - ктK s > Sp, Lp е ,
то есть, при больших скоростях катодной и
анодной (K~) реакций и поверхностной рекомби
нации электронов.
Для определения плотности ПЭС нами была
измерена частотная зависимость емкости С и
проводимости G IпР-электрода в анодной области
(кривая 3), а сама величина 1/ слабо зависела от
потенциала в коротковолновой части спектра,
рассчитанная форма кривой 1/(V) не согласовыва
лась с экспериментально наблюдаемой (:кривая З).
Полученные результаты можно объяснить, если
предположить, что перенос заряда через межфаз
ную границу раздела происходит с участием
каталитических центров, связанных с так назы
ваемыми поверхностными электронными состоя
ниями (ПЭС), существующими на многих полу
проводниковых электродах [1, 2], плотность кото
рых увеличивается при увеличении анодного
потенциала. В этом случае выражение для катод
ного фототока (правая часть уравнения (1» будет
иметь следующий вид [1, 5]:
. еФК [1 eFsDn ]-11 = + -----.;~~
с K+eFlkT kT(Sn+k~ ,
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ. ЖУРИ. 2000. Т. 66, N~ 5 29
SUMMARY. The photosensitivity lпР-еlееtгоdе i8
investigated. For deterrnina8ion of the mechanism of
photostirnulated charge transfer оп аn interface the study ап
impedance and electrochemical noises were carried out. Is
determined, that charge transfer оссцг with partitipation of
catalytic centres that generated the surface electronic states (SES);
the SES density and degree of occupancy Ьу electrons are
determined.
РЕЗЮМЕ. Доелiджено фоточутливiеть InP-електроду.
Для визначення механiзму фотостимулъованого переносу
заряду на мiжфазнiй межi подiлу вивчен] iмпеданс та
електрохiмiчний ШУМ. Встановлено, що перенос заряду вiд
буваетъся за участю каталiтичних центрiв, що утворюють
поверхнев] електроннi стани (ПЕС). Визначено густину ПЕС
та стушнь ix заповнення електронами,
1. Колбвсов г. Я; Горобыский А. В. Процессы фотостиму
лированного переноса заряда в системе полупроводник
электролит. -Киев: Наук. думка, 1993.
2. Плесков ю. В. Фотоэлектрохимическое преобразование
солнечной энергии. -М.: Химия, 1990.
3. Дмитрук Н. Л., БОРК08ск.ая о. ю. // Укр. физ. жури.
-1979. -224, N~ 11. -с. 1343-1347.
4. Дмитрук Н. Л"1 Борковсквя о. ю. // Микроэлектроника.
-1979. -28, N2 1. -с. 64-66.
5. Дмитрук Н. Л"1 Копбесов г. Я., Тврвненко Н. И., Керпав
и. и. // Поверхность. Физика, химия, механика. -1985,
NC! 11. -с 34-38.
6. Kub18novsky VS., Kolbasov о. Уа., ШОVL"'henkо К./. // Po1ish
J. Chem. -1996. -270, N2 11. -Р. 1453-1458.
7. Колбесов г. я. // Электрохимия. -1993. -229, N~ 1. -С. 106
109.
8. Dтftruk N. L., BaSULk Е. V., Kolbasov о. Уа. et al. // Appl.
Surf. Sci. -1995. -290, N2 1. ·Р. 489-495.
I11,I/I 1/1
2
I
ли, согласно уравнению (4), что максимальное
значение плотности ПЭС Nt
шах
зависит от спосо
ба обработки поверхности электродов и состав
ляет Ntшах == (1.8 + 5.6)-1010 ем-2•
Таким образом, в данной работе показано,
что комплексные измерения спектральных харак
теристик фотоэлектрохимического тока, импедан
са и электрохимического шума полупроводнико
вого электрода позволяют установить механизм
фотостимулированного переноса заряда через
межфазную границу раздела и определить неко
торые параметры каталитических поверхностных
центров.
10
,tКЛ(
Рис. 3. Частотная зависимость эффективного коэффициента
дробового шума )' для Е- +0.15 (1) и +0.05 В (2).
Институт общей и неорганической химии ИМ. В. и. Вернадского
НАН Украины, Киев
Поступила 07.03.2000
УДК 541.135
А. А. Андрийко, А. п. МОНЫСО, э. В. Панов, п. В. Руденок, с. К. Чунг
МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ОБРАТИМОЙ ИНТЕРКАЛЯЦИИ ЛИТИЯ В КАТОД ИСТОЧНИКА ТОКА
Установлено, что процесс электрохимического внедрения лития в твердый электрод литиевых ХИТ с ЖИДКИМ электролитом
хорошо описывается простой моделью сплошного беспористого электрода с ОДНИМ подгоночным параметром
эффективным коэффициентом диффузии внедренного лития. Получены рабочие формулы для определения
оптимальных режимов заряда вторичных литиевых ХИТ и показано, что применение заряда линейно уменьwающимся
током позволяет уменьшить время заряда по сравнению с постоянным током, как минимум, в 2.5 раза при сохранении
заданной глубины заряда.
Электрохимическое внедрение лития в твер
дый электродный материал является главным
процессом, на котором основана работа литиевых
аккумуляторов нового поколения -- литий-ион
ных химических источников тока (ХИТ) [1~
Поэтому оптимизация условий протекания этого
процесса - важнейшая задача, стоящая перед
исследователями и разработчиками вторичных
литиевых ХИТ.
Наиболее эффективный путь ДЛЯ этого
построение математической модели обратимой
интеркаляции лития в твердый электрод при его
заряде-разряде. Основные требования к такой
модели, по нашему мнению, ДОЛЖНЫ быть следу-
© А. А. Андрийко, А. п. Монько, э. В. Панов, П. В. Руденок, с. К. Чунг, 2000
30 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ. ЖУРli. 2000. Т. 66, N2 5
|