Пленки фталоцианина и электролит

Автор: admin · Дата: 24 мая 2015 · Прокомментировать

Пленки фталоцианина и электролит

В целом вопрос о сенсибилизирующем действии красителей-сенсибилизаторов широко обсуждался и продолжает оставаться предметом дискуссии среди исследователей фотографического и электрофотографического процессов. Обсуждаются два механизма сенсибилизации: перенос энергии и перенос электрона. В первом случае энергия переходит от синглетно возбужденного красителя на ионы галогена безизлучательным путем.

Выяснение механизма спектральной сенсибилизации с помощью электрохимических систем дает ряд преимуществ по сравнению с фотографическими. Как отмечали, К. Хонда и Т. Ватанабе, использование полупроводниковых монокристаллических электродов позволяет четко определить состояние поверхности. Кроме того, измерение фототоков дает количественную основу для обсуждения возможных механизмов. Внесение же в электролит различных добавок позволяет варьировать среду сенсибилизации. В работе А. Фуишимы с сотрудниками была изучена электрохимическая сенсибилизация монокристаллических электродов из ZnO и TiO2 различными красителями. Основываясь на связи между сенсибилизирующей способностью и рассчитанными энергетическими уровнями красителей, авторы предлагают механизм прямого электронного переноса.

Процессы, протекающие в фотовольтаических системах, весьма сложны и во многом остаются пока малоизученными. В настоящее время наиболее полно, пожалуй, исследовано поведение пленки фталоцианина на поверхности платинового электрода.

Изучение кинетики фототока при модулированном освещении пористых пленок фталоцианина, нанесенных на поляризуемый электрод, позволило установить, что кривые нарастания и спада состоят по крайней мере из двух компонент — быстрой и медленной. Использование более высокочастотной модуляции света позволило зарегистрировать три составляющих фототока с постоянными времени. Для качественного объяснения кинетических закономерностей была предложена эквивалентная схема электрода, в которой учитывалась пористость пигментной пленки.

Фталоцианин

Сравнение экспериментальных и теоретических данных показывает, что предложенная эквивалентная схема хорошо описывает изменение формы сигнала в зависимости от потенциала электрода.

Помимо основного назначения — способствовать выяснению механизма фотовольтаического эффекта — изучение кинетики фототока имеет еще один косвенный аспект. На относительно простой (с биологической точки зрения) системе, каковой является электрод пленкой фталоцианина, можно получить набор самых разнообразных кривых, в семействе которых могут быть и те, что получают при изучении различных световых параметров в природных фотосинтетических системах. Интерпретация последних часто сводится к нагромождению предположений о том, что их форма обусловлена большим набором ферментов (иногда гипотетических) либо других явлений компонентов. По-видимому, любое толкование закономерностей, наблюдаемых в фотосинтетических организмах, следует рассматривать при минимальном числе предположений и стараться свести их к относительно простым феноменам, которые наблюдаются в физико-химических системах.

Как показали исследования В.А.Илатовского, существенное влияние на параметры фотовольтаического элемента оказывает природа вспомогательного электрода.

При исследовании свойств органических полупроводников, в частности фталоцианинов, большой интерес-представляет такой параметр, как квантовый выход фототока, показывающий, насколько эффективно идет генерация свободных носителей тока под действием света. Для пленки, толщина которой сравнима с длиной диффузионного смещения фотогенерированного экситона, величину квантового выхода можно считать равной коэффициенту усиления по току, который, в свою очередь, определяется отношением числа носителей тока, прошедших по внешней цепи, к количеству поглощенных пленкой фотонов.

Проведенные измерения показали, что при увеличении отношения поверхности фталоцианиновой пленки к ее объему ток сначала возрастает, а затем в интервале толщины от 400 до 20 А начинает быстро убывать. Такая зависимость указывает, что генерация носителей тока идет в тонком поверхностном слое. Максимальное значение квантового вы хода фототока в полосе основного поглощения достигало 15 % и наблюдалось в пленках, толщина которых была равна одному-двум монослоям фталоцианина. Этот результат не безынтересно сопоставить с тем, что в хлоропласте толщина слоя хлорофилла в среднем равна одному-двум монослоям. Кроме того, отметим, что по сравнению с первоначальной методикой, которую мы применяли при нанесении фталоцианина на поверхность электрода в первой фотовольтаической батарее, был достигнут значительный прогресс, позволивший увеличить значение квантового выхода фототока на три порядка.

Заключить этот раздел хотелось бы следующим. Совокупность экспериментальных данных, полученных нами, свидетельствует о том, что структура пленки пигмента может существенно меняться в зависимости от способа ее приготовления. В общем случае можно выделить три типа пленки.

  • 1. Толстая пористая пленка получается при напылении фталоцианина на неподогреваемый электрод. Для такой пленки характерно наличие контакта электролита с металлом и невозможность (или чрезвычайная затрудненность) прямого переноса носителей заряда из полупроводника в металл. При таком способе получения пленок структура зерен весьма дефектна, а число контактов зерен с токосъемными электродами незначительно.

Предельным случаем толстых, пористых пленок являются пигментные слои, толщина которых больше глубины проникновения света, при этом зерна пигмента на контакте с подложкой не подвергаются освещению. Кинетика наблюдаемого фотоотклика в таком пигментированном электроде будет обусловлена диффузионными процессами и будет характеризоваться временами порядка минут. Величина токов в них может быть порядка 10“7—10-в А/см2.

  • 2. Тонкая не пористая пленка получается напылением фталоцианина на подогреваемый электрод в условиях, близких к равновесным. В этом случае отсутствует контакт электролита с металлом и возникновение фотоотклика обусловлено полупроводниковыми процессами, т. е. происходит диффузия электронов и дырок в противоположных направлениях. Электроны захватываются акцепторами, находящимися в электролите, а дырки вызывают смещение потенциала электрода в положительную сторону. При этом, на наш взгляд, следует учитывать эффект Дембера, который, как известно, вносит основной вклад в возникновение фото — э.д.с., наблюдаемой в сухих пленках фталоцианина.
  • 3. Тонкая пористая пленка образуется при напылении фталоцианина на подогреваемый электрод в случае, если режим напыления не обеспечивает образование не пористой пленки. Этот тип пленок является промежуточным между двумя предыдущими, так как в них есть контакт электролит — металл, и в то же время нельзя пренебрегать прямым переносом носителей заряда из полупроводника в металл.

Таким образом, при сравнении различных работ по фотовольтаическому эффекту следует прежде всего обратить внимание, с каким типом пленки работал автор. Подобного разграничения ранее не делалось, что приводило (и приводит сейчас) к различным толкованиям механизма эффекта Беккереля. Поскольку в настоящее время число работ с использованием фотовольтаических систем для моделирования первичных стадий фотосинтеза все увеличивается, нам кажется необходимым подчеркнуть это обстоятельство.

Каждому серьезному семейному человеку хочется иметь собственное хозяйство. Построить своими руками дом, облагородить участок возле него. В наше время эту мечту исполнить нетрудно, нужно лишь закупить стройматериалы, доски, гвозди для вагонки и кровлю, поставить фундамент. За один сезон при должном старании можно поставить вполне надежный дом. И проводить в нем незабываемые выходные всей своей семьей, или даже жить в нем.

Рубрика: Микробиология ·  

загрузка...


Оставить комментарий или два