अर्धचालक वैद्युतरसायन और प्रकाश-वैद्युतरसायन

अर्धचालक वैद्युतरसायन उन इलेक्ट्रोडों का अध्ययन करता है जिनकी अंतरापृष्ठीय विभव पात और अभिक्रियाशीलता ठोस के भीतर एक स्पेस-चार्ज क्षेत्र द्वारा नियंत्रित होती है, जिससे प्रकाश-वैद्युतरसायनिक सेल में प्रकाश-प्रेरित अभिक्रियाएँ संभव होती हैं।

Definition

अर्धचालक इलेक्ट्रोडों का वैद्युतरसायन, जिसमें ठोस के अंदर एक स्पेस-चार्ज क्षेत्र आवेश स्थानांतरण को नियंत्रित करता है, और जहाँ प्रदीपन आवेश वाहक उत्पन्न कर सकता है जो इलेक्ट्रोड अभिक्रियाओं को प्रेरित करते हैं।

Scope

यह विषय अर्धचालक इलेक्ट्रोडों के विशिष्ट व्यवहार को शामिल करता है: स्पेस-चार्ज परत और बैंड बेंडिंग, फ्लैट-बैंड विभव और मॉट-शॉट्की विश्लेषण द्वारा इसका निर्धारण, इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण में चालन और संयोजकता बैंड की भूमिका, और प्रकाश-वैद्युतरसायन जिसमें अवशोषित प्रकाश वाहक उत्पन्न करता है जो ऑक्सीकरण या अपचयन को प्रेरित करते हैं। इसमें सौर जल विभाजन और डाई-संवेदनशील सेल के अनुप्रयोग शामिल हैं।

Core questions

• एक अर्धचालक इलेक्ट्रोड अपने अंतरापृष्ठीय विभव वितरण में धातु से किस प्रकार भिन्न होता है?
• फ्लैट-बैंड विभव और बैंड बेंडिंग क्या हैं, और उन्हें कैसे मापा जाता है?
• अवशोषित प्रकाश वाहक कैसे उत्पन्न करता है जो वैद्युतरसायनिक अभिक्रियाओं को प्रेरित करते हैं?
• प्रकाश-वैद्युतरसायनिक सेल प्रकाश को रासायनिक या विद्युत ऊर्जा में कैसे परिवर्तित करते हैं?

Key theories

स्पेस-चार्ज परत और बैंड बेंडिंग

क्योंकि एक अर्धचालक में कुछ ही गतिशील वाहक होते हैं, अधिकांश अंतरापृष्ठीय विभव पात ठोस के अंदर एक स्पेस-चार्ज क्षेत्र के रूप में होता है; परिणामी बैंड बेंडिंग आवेश स्थानांतरण की ऊर्जा और दिशा को नियंत्रित करता है, जिसका विश्लेषण मॉट-शॉट्की प्लॉट के माध्यम से किया जाता है।

प्रकाश-वैद्युतरसायनिक वाहक उत्पादन

बैंड गैप से अधिक ऊर्जा वाला प्रकाश इलेक्ट्रॉन-होल युग्म बनाता है; स्पेस-चार्ज क्षेत्र उन्हें अलग करता है ताकि अल्पसंख्यक वाहक अंतरापृष्ठीय रेडॉक्स अभिक्रियाओं को प्रेरित करें, जो प्रकाश-वैद्युतरसायनिक जल विभाजन और सौर सेल का आधार है।

Clinical relevance

अर्धचालक वैद्युतरसायन प्रकाश-वैद्युतरसायनिक सौर ईंधन उत्पादन का आधार है, जिसमें हाइड्रोजन के लिए जल विभाजन, डाई-संवेदनशील और अन्य सौर सेल, प्रकाश-उत्प्रेरक पर्यावरणीय उपचार, और इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण में अर्धचालकों का नक्काशी और प्रसंस्करण शामिल है।

History

गेरिशर ने 1960 के दशक में अर्धचालक इलेक्ट्रोडों पर आवेश स्थानांतरण के सिद्धांत को विकसित किया; फुजिशिमा और होंडा के 1972 के टाइटेनियम डाइऑक्साइड पर प्रकाश-वैद्युतरसायनिक जल विभाजन के प्रदर्शन ने सौर ईंधन और प्रकाश-वैद्युतरसायन में गहन शोध को प्रेरित किया।

Key figures

• Akira Fujishima
• Kenichi Honda
• Heinz Gerischer
• Rüdiger Memming

Seminal works

• fujishima1972
• memming2015
• bard2001

Frequently asked questions

अर्धचालक इलेक्ट्रोड प्रकाश के प्रति प्रतिक्रिया क्यों कर सकते हैं जबकि धातु इलेक्ट्रोड सामान्यतः नहीं करते हैं?

एक अर्धचालक का बैंड गैप इसे प्रकाश को अवशोषित करके इलेक्ट्रॉन-होल युग्म बनाने देता है, और इसका आंतरिक स्पेस-चार्ज क्षेत्र उन्हें अंतरापृष्ठीय अभिक्रियाओं को प्रेरित करने के लिए अलग करता है, जबकि एक धातु के प्रचुर मुक्त इलेक्ट्रॉन अवशोषित ऊर्जा को गर्मी के रूप में बिना स्थायी आवेश पृथक्करण के शिथिल करते हैं।

फ्लैट-बैंड विभव क्या है?

यह वह इलेक्ट्रोड विभव है जिस पर अर्धचालक में कोई बैंड बेंडिंग और कोई स्पेस-चार्ज क्षेत्र नहीं होता है; यह एक प्रमुख संदर्भ मात्रा है, जिसे सामान्यतः मॉट-शॉट्की प्लॉट के अंतःखंड से प्राप्त किया जाता है।