Фоторезистивный эффект в фотоэлектрохимическом элементе на основе оранжевого азокрасителя, электрода из n-InP и проводящего стекла

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ___________________________________2011, том 54, №6_______________________________

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 539.21:537.31

Х.С.Каримов, академик АН Республики Таджикистан Х.М.Ахмедов,

К.Кабутов, И.Хамидов, З.М.Рахматова ФОТОРЕЗИСТИВНЫЙ ЭФФЕКТ В ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМ ЭЛЕМЕНТЕ НА ОСНОВЕ ОРАНЖЕВОГО АЗОКРАСИТЕЛЯ, ЭЛЕКТРОДА

ИЗ n-InP И ПРОВОДЯЩЕГО СТЕКЛА

Центр исследования и использования возобновляемых источников энергии при Физико-техническом институте им. С.У. Умарова АН Республики Таджикистан

Исследован фоторезистивный эффект в фотоэлектрохимическом элементе фосфид индия (n-InP) /оранжевый азокраситель (ОАК)/проводящее стекло (ПС). Показано, что при освещении этого элемента светом его сопротивление снижается. Данный элемент может быть использован для демонстрационных целей в измерительной технике и в оптических системах связи.

Ключевые слова: фоторезистивный эффект - фотоэлектрохимический элемент - органический электролит - оранжевый азокраситель.

В последние годы был исследован ряд электрохимических элементов, в которых в качестве электролитов использовались растворы органических полупроводников, а в качестве электродов -неорганические полупроводники и металлы [1].

В [2] была исследована диаграмма чувствительности фотоэлектрохимического датчика n-Si/ОАК/ПС. Было показано, что чувствительность датчиков максимальна при облучении со стороны электрода из проводящего стекла. Вместе с тем датчики имеют достаточно высокую чувствительность в широком интервале углов облучения (180°). В [3] были исследованы электрические свойства фотоэлектрохимического элемента на основе ОАК и кремния р-типа с текстуририванной поверхностью (p-Si/ОАК/ПС). Было установлено, что при травлении кремниевого электрода примерно на порядок повышается чувствительность фотоэлектрохимического элемента в отличие от элементов с нетравленными (p-Si) электродами. В настоящей работе представлены результаты исследования фо-торезистивного эффекта в фотоэлектрохимическом элементе на основе оранжевого азокрасителя и электрода из InP (n-InP/ОАК/ПС).

Молекулярная формула ОАК (Ci7H17N502) приведена в [4]. Молекулярная масса и плотность ОАК были равны 323 г/моль и 0.9 г/см3 соответственно.

Электролит представлял собой 3%-ный водный раствор ОАК. Пластинки монокристалличе-ского n-InP размерами 20^10 мм2 и 10^55 мм2с, проводящего стекла с размерами 20x10 мм2 и 10x55 мм2 и концентрацией примеси 1018 см-3 использовались в качестве электродов фотоэлектро-

Адрес для корреспонденции: Ахмедов Хаким Мунаваррович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/1, Физико-технический институт АН РТ. E-mail: khakim48@mail.ru

химического элемента п-1пР/ОАК/ПС. Плоскость полупроводниковых пластинок п-1пР совпадала с кристаллографической плоскостью (111). На рис.1 приведена проекция фотоэлектрохимического элемента п-1пР/ОАК/ПС на вертикальной плоскости. Расстояние между электродами было равно 8 мм.

Рис.1. Проекция фотоэлектрохимического элемента п-1пР/ОАК/ПС на вертикальной плоскости, где 1- п-1пР; 2 -

ПС; 3 - электролит.

В качестве источника света в экспериментах использовалась лампа накаливания мощностью

100 вт.

На рис.2 приведена темновая вольт-амперная характеристика элемента п-1пР/ОАК/ПС, типичная для электрохимических элементов [5]. В исследованном элементе напряжение холостого хода равнялось 220 тУ и тока короткого замыкания 20 мкА. Полярность напряжения на электроде п-1пР была отрицательной по отношению к электроду из ПС.

Рис.2. Темновая вольт-амперная характеристика элемента п-ІпР/ОАК/ПС.

На рис.3 приведена зависимость сопротивления элемента от освещения образца. Положительный потенциал измерительного прибора соединялся в электрохимическом элементе с электродом из проводящего стекла. В данном случае имеет место фоторезистивный эффект. При освещенности

1.5 х 103 лк сопротивление элемента снижается на 3.8%.

45 4 -

3.5 -3 -25 -2 -1 5 1 -0 5 -О •

О 2 4 6 8 10 12

Рис.3. Зависимость сопротивления электрохимического элемента п-1пР/ОАК/ПС от освещения образца.

Как известно [6], в полупроводниковых материалах наблюдается фоторезистивный эффект. Под действием света концентрация носителей тока увеличивается, что приводит к повышению проводимости и соответственно к снижению удельного сопротивления образца. Добавочная равновесная концентрация носителей заряда при облучении в зависимости от того, что концентрация генерированных светом носителей заряда велика или мала по сравнению с концентрацией темновых носителей заряда, определяется выражением [6] :

пф =В1 или пф= В 2Ф,

где В1 и В2 - коэффициенты пропорциальности; Ф - интенсивность света.

В данном случае фоторезистивный эффект в п-1пР/ОАК/ПС может быть обусловлен наличием полупроводникового электрода п-1пР.

Таким образом, исследован фотоэлектрохимический элемент п-1пР/ОАК/ПС. Исследована темновая вольт-амперная характеристика элемента и обнаружен фоторезистивный эффект. Данный фотоэлектрохимический элемент может быть использован для демонстрационных целей при обучении. На его основе могут быть разработаны устройства для регистрации света в измерительной технике и в системах связи.

Поступило 22.04.2011 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Gratzel M. - Nature, 2001, v.414, № 11, рр. 338-344.

2. Каримов Х.С., Ахмедов Х.М. и др.- ДАН РТ, 2006, т.49, № 5, с. 423-427.

3. Каримов Х.С., Ахмедов Х.М. и др. - ДАН РТ, 2007, т.50, № 4, с. 323-327.

4. Каримов Х.С., Бабаджанов П. и др.- ДАН РТ, 2003, т.46, № 9, с. 93-97.

5. Каримов Х.С., Ахмедов Х.М. и др. - ДАН РТ, 2007, т.49, № 4, с. 340-343

6. Городецкий А.Ф., Кравченко А.Ф. - Полупроводниковые приборы. - М.: Высшая школа, 1967.

^.С.Каримов, ^.М.Ахмедов, ^ Кабутов, ИДамидов, М.Рах,матова ЭФФЕКТИ ФОТОРЕЗИСТИВЙ ДАР ЭЛЕМЕНТИ ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЯВЙ ДАР АСОСИ АЗОРАНГКУНАНДАИ НОРИНОЙ, ЭЛЕКТРОД АЗ n-InP ВА ШИШАИ Ч,АРАЁНГУЗАРОНАНДА

Маркази тащиц ва тадбици манбаъ^ои барцароркунандаи энергияи назди Институти физикаю-техникаи ба номи С.У.Умарови Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон

Дар макола натичахои тахкики эффекти фоторезистивй дар элементи фотоэлектрохи-миявии n-InP /Азорангкунандаи норин^й/ шишаи чараёнгузаронанда оварда шудааст. Нишон дода шудааст, ки хангоми бо нури рушной равшан кардани ин элемент муковимати он кам ме-гардад. Ин элементро барои максадхои намоишй дар техникаи ченкунанда ва системахои опти-кии алока истифода кардан мумкин аст.

Калима^ои калиди: эффекти фоторезистивй - элементи фотоэлектрохимиявй - элементи органики. - азорангкунандаи норинцй.

Kh.S.Karimov, Kh.M.Akhmedov, K.Kabutov, I.Hamidov, Z.Rahmatova PHOTO-RESISTIVE EFFECT IN PHOTOELECTROCEMICAL CELL BASED ON ORANGE DYE AND n-InP ELECTRODE

Center of Research and Usage of Renewable Sources of Energy under the S.U. Umarov Physical-Technical Institute, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

In this paper an investigation was made of photoresistive effect in n-InP/OD/CG photoelectrochemical cell.The cell can be used for demonstrative purposesin instrumentation and optical communication.

Key words: fotoresistive effect - photoelectrochemical cell - organic electrolyte - orange dye.