Yarı İletken Elektrokimyası ve Fotoelektrokimyası
Yarı iletken elektrokimyası, arayüzey potansiyel düşüşü ve reaktivitesi katı içindeki bir uzay yükü bölgesi tarafından yönetilen elektrotları inceler ve fotoelektrokimyasal hücrelerde ışıkla tahrik edilen reaksiyonları mümkün kılar.
Tanım
Katı içindeki bir uzay yükü bölgesinin yük transferini kontrol ettiği ve aydınlatmanın elektrot reaksiyonlarını sağlayan yük taşıyıcılarını üretebildiği yarı iletken elektrotların elektrokimyası.
Kapsam
Bu konu, yarı iletken elektrotların ayırt edici davranışını: uzay yükü tabakası ve bant bükülmesi, düz bant potansiyeli ve bunun Mott–Schottky analizi ile belirlenmesi, elektron transferinde iletim ve valans bantlarının rolü ile soğurulan ışığın oksidasyon veya redüksiyonu sağlayan taşıyıcılar ürettiği fotoelektrokimyayı kapsamaktadır. Güneş enerjisiyle su ayrıştırma ve boya duyarlılaştırılmış hücrelere yönelik uygulamaları da içermektedir.
Temel sorular
- Bir yarı iletken elektrot, arayüzey potansiyel dağılımı açısından bir metalden nasıl farklılık gösterir?
- Düz bant potansiyeli ve bant bükülmesi nedir ve bunlar nasıl ölçülür?
- Soğurulan ışık, elektrokimyasal reaksiyonları sağlayan taşıyıcıları nasıl üretir?
- Fotoelektrokimyasal hücreler ışığı kimyasal veya elektriksel enerjiye nasıl dönüştürür?
Temel kuramlar
- Uzay yükü tabakası ve bant bükülmesi
- Bir yarı iletkenin az sayıda hareketli taşıyıcıya sahip olması nedeniyle, arayüzey potansiyel düşüşünün çoğu katı içinde bir uzay yükü bölgesi olarak meydana gelir; ortaya çıkan bant bükülmesi, yük transferinin enerjisini ve yönünü kontrol eder ve Mott–Schottky grafikleri aracılığıyla analiz edilir.
- Fotoelektrokimyasal taşıyıcı üretimi
- Bant aralığının üzerindeki enerjiye sahip ışık, elektron-delik çiftleri oluşturur; uzay yükü alanı onları ayırarak azınlık taşıyıcılarının arayüzey redoks reaksiyonlarını sağlamasına olanak tanır ki bu da fotoelektrokimyasal su ayrıştırma ve güneş pillerinin temelini oluşturmaktadır.
Klinik önem
Yarı iletken elektrokimyası, hidrojen için su ayrıştırma, boya duyarlılaştırılmış ve diğer güneş pilleri, fotokatalitik çevresel iyileştirme ile elektronik üretiminde yarı iletkenlerin aşındırılması ve işlenmesi dahil olmak üzere fotoelektrokimyasal güneş yakıtı üretiminin temelini oluşturmaktadır.
Tarihçe
Gerischer, 1960'larda yarı iletken elektrotlarda yük transferi teorisini geliştirmiştir; Fujishima ve Honda'nın 1972'de titanyum dioksit üzerinde fotoelektrokimyasal su ayrıştırma gösterimi, güneş yakıtları ve fotoelektrokimya üzerine yoğun araştırmaları başlatmıştır.
Öne çıkan isimler
- Akira Fujishima
- Kenichi Honda
- Heinz Gerischer
- Rüdiger Memming
İlgili konular
Temel eserler
- fujishima1972
- memming2015
- bard2001
Sıkça sorulan sorular
- Yarı iletken elektrotlar ışığa tepki verebilirken, metal elektrotlar genellikle neden tepki vermez?
- Bir yarı iletkenin bant aralığı, ışığı soğurarak elektron-delik çiftleri oluşturmasına olanak tanır ve iç uzay yükü alanı, arayüzey reaksiyonlarını sağlamak için onları ayırır; oysa bir metalin bol miktardaki serbest elektronları, soğurulan enerjiyi sürekli yük ayrımı olmaksızın ısı olarak dağıtır.
- Düz bant potansiyeli nedir?
- Yarı iletkende bant bükülmesinin ve uzay yükü alanının bulunmadığı elektrot potansiyelidir; anahtar bir referans niceliği olup, genellikle bir Mott–Schottky grafiğinin kesişim noktasından elde edilmektedir.