ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Фотоэлектрохимия как теоретическая основа метода преобразования солнечной энергии из "Фотоэлектрохимическое преобразование солнечной энергии" Высокую температуру, необходимую для их проведения, получают, разогревая реакционную систему солнечным теплом. [c.10] В фотохимических способах энергия света используется непосредственно для проведения элементарного акта химических реакций. Необходимая для преодолевания потенциального барьера реакции энергия сообщается либо отдельным реагирующим частицам (молекулам, ионам), либо фазе (например, полупроводнику), являющейся частью реакционной системы, в форме электронного возбуждения. Фотохимические реакции обычно. являются квантовыми и пороговыми это означает, что поглощение энергии света идет отдельными квантами. [c.10] Частным случаем фотохимических реакщ1Й являются фотоэлектрохимические реакции. Они протекают на границе раздела двух проводящих фаз с разным характером проводимости (электронная и ионная) и, как и электрохимические реакции вообще [8], сопровождаются протеканием электрического тока в системе. [c.11] Развитие фотоэлектрохимии в течение последнего десятилетия в значительной мере стимулировалось именно потребностью в разработке фотоэлектрохимического способа преобразования солнечной энергии как нового источника энергии, экологически чистого и практически неисчерпаемого. В наиболее перспективном варианте метода для преобразования энергии света в электрическую и химическую энергию используют фотоэлектрохимические элементы с полупроводниковыми электродами. Для того чтобы яснее представить себе место полупроводников среди объектов фотоэлектрохимии, рассмотрим вкратце различные типы фотоэлектрохимических реакций. [c.11] Фотоэлектрохимия изучает процессы, основанные на взаимном превращении световой и химической энергии в электрохимических системах. Наиболее распространены процессы превращения энергии света в химическую (или электрическую), сопровождающиеся появлением фототока в цепи освещаемой электрохимической ячейки, т.е. собственно фотоэлектрохимические реакции. Реже встречается обратный переход-химической (или электрической) энергии в световую возникновение свечения при пропускании тока через границу электрод/электролит (электрохемилюминесценция). [c.11] В зависимости от локализации и природы первичного возбуждения, все фотоэлектрохимические процессы удобно разбить на следующие группы 1) процессы, обусловленные фотовозбуждением электрода [1а) металлические электроды 16) полупроводниковые электроды] 2) процессы, обусловленные фотовозбуждением раствора [2а) реакции возбужденных ионов и молекул 26) реакции продуктов фотолиза раствора]. [c.11] Важнейшее отличие полупроводника как объекта воздействия света от металла заключается в том, что в его электронном спектре существует запрещенная зона, разделяющая заполненную электронами (валентную) зону от выше расположенной следующей незаполненной (зоны проводимости). При освещении полупроводника электроны валентной зоны переходят в зону проводимости, оставляя в валентной зоне незаполненные уровни-положительные дырки. Из-за наличия запрещенной зоны взаимодействие между электронными состояниями в валентной зоне и в зоне проводимости ослаблено. Поэтому неравновесные электроны в зоне проводимости и дырки в валентной зоне имеют сравнительно большое время жизни (до их рекомбинации), достаточное для их переноса к границе раздела электрод/электролит и участия в электрохимической реакции на этой границе. Фотоэлектрохимические реакции на полупроводниковых электродах, стимулированные генерированными светом электронами и дырками, и составляют предмет этой книги. [c.12] Быстрое развитие фотоэлектрохимии полупроводников в последнее десятилетие обусловлено именно потребностью в разработке дешевого и эффективного преобразователя солнечной энергии. Основы этой области электрохимии изложены в монографии [1] там же содержатся подробности теоретического описания фотоэлектрохимических процессов, детали техники фотоэлектрохимического эксперимента и многочисленные примеры исследованных экспериментально систем. Здесь будут изложены лишь основы фотоэлектрохимии полупроводников, необходимые для понимания действия фотоэлектрохимических солнечных батарей. [c.12] Рассматривая фотоэлектрохимические процессы, обусловленные возбуждением раствора электролита, обычно приписывают возбужденным ионам и молекулам свойства индивидуальных реагентов-например, обратимый потенциал, отличный от потенциала той же окислительновосстановительной системы, находящейся в основном (невозбужденном) состоянии,-и применяют к ним законы электрохимической кинетики, развитые для обычных (темповых) электродных реакций [10]. Следует иметь в виду, что время жизни возбужденных ионов и молекул в растворе относительно невелико, так что в электродных процессах рассмотренного типа принимает участие лишь вещество, содержащееся в тонком приэлектродном слое раствора, а скорее всего, находящееся в адсорбированном состоянии на поверхности фотоэлектрода. Фотоэлектрохимические процессы этого типа будут кратко рассмотрены в разд. 3.5.3 в связи с проблемой сенсибилизации полупроводниковых электродов. [c.12] Нужно отметить, что перечисленные разделы фотоэлектрохимии развивались в значительной степени изолированно и в настоящее время все еще весьма слабо связаны между собой. [c.13] Вернуться к основной статье