ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Академик АН Республики Таджикистан Х.М.Ахмедов, Х.С.Каримов, К.Кабутов , А.А.Акобиров

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2013, том 56, №4
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 631
Академик АН Республики Таджикистан Х.М.Ахмедов, Х.С.Каримов, К.Кабутов*,
А.А.Акобиров*, И.Хомидов*, З.Рахматова*, Ф.Ахмедов**
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО
ЭЛЕМЕНТА НА ОСНОВЕ n-InP
Центр инновационного развития науки и новых технологий АН Республики Таджикистан,
Физико-технический институт им. С.У.Умарова АН Республики Таджикистан,
*
Государственное научно-исследовательское и производственное учреждение АН Республики
**
Таджикистан
В работе исследованы свойства фотоэлектрохимического элемента n-InP/OAK/ПС. Установлено, что напряжение холостого хода, ток короткого замыкания и мощность на выходе элемента возрастают с ростом интенсивности света.
Ключевые слова: мощность – напряжение – ток – фотоэлектрические свойства – элемент.
Исследование свойств электрохимических элементов имеет большое практическое значение
[1]. В [2] была исследована электрическая проводимость водного раствора оранжевого азокрасителя
(ОАК), С17Н17N5O2. Было установлено, что электропроводность водного раствора ОАК зависит от
концентрации раствора, температуры, частоты измеряемого тока и величины его напряжения. В [3]
был описан электрохимический элемент Zn/OAK/C. В частности, были исследованы его зарядные и
разрядные характеристики и установлена эффективность электрохимического элемента.
Электрические свойства фотоэлектрохимического элемента n-Si/OAK/ПС, где ПС – проводящее стекло, исследованы в [4]. Было установлено, что данный элемент является чувствительным в
зелѐном, красном и инфракрасном спектрах и работает как фотоэлектрический дифференциатор. В
данной работе представлены результаты исследования фотоэлектрических свойств электрохимического элемента n -InP/OAK/ПС.
На рис.1 приведена схематическая конструкция установки для исследования фотоэлектрических свойств электрохимического элемента n-InP/OAK/ПС.
Измерительная установка (рис.1) состоит из прозрачной ѐмкости (1) с раствором азокрасителя
C17H17N5O2 (2). В ѐмкость погружены два электрода (3) из проводящего стекла и монокристаллического n-InP с концентрацией примесей Те 1018 см-3. Плоскость пластины n-InP соответствовала плоскости (111). Размеры электродов из проводящего стекла и пластины n-InP были равны 20×10×2 мм3
соответственно 20×10×1 мм3. Элемент был помещен в камере (4), где имеется отверстие (5) размером
20×10 мм2 для освещения электродов лампой накаливания (6) и отражателем (7), установленных на
подставке (8). Мощность лампы накаливания равна 100 Вт. Устройство расположено на основании
(9). Внутри камеры имеется электронагреватель (10) с регулируемой температурой нагрева ѐмкости
Адрес для корреспонденции: Ахмедов Хаким Мунавварович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе,
ул. Айни, 299/1, Физико-технический институт АН РТ. E-mail: khakim48@mail.ru
325
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2013, том 56, №4
(1). Температура окружающей среды измерялась жидкостным термометром (11), а температура раствора азокрасителя контролировалась термопарой медь-константан (12). Интенсивность освещения
на поверхности электрохимического элемента измерялась люксметром.
Рис. 1. Схематическая конструкция установки для измерения фотоэлектрических параметров
электрохимического элемента.
В результате исследований были проведены измерения зависимости величины тока короткого
замыкания и напряжения холостого хода электрохимического элемента от освещѐнности при различных концентрациях (3.0, 1.5 и 0.78 вес.%) водного раствора азокрасителя C17H17N5O2. Эти измерения
проводились стандартными цифровыми измерительными приборами при комнатной температуре
параметров электрохимического элемента на основе n-InP.
Рабочий объѐм ѐмкости с азокрасителем равен 30.5 см3. Длина основания (9) была равна 1.5 м.
Расстояние от лампы до поверхности элемента могло меняться от 10 см до 120 см. Измерения при
каждой концентрации азокрасителя проводились пять раз и результаты усреднялись. Графики зависимостей напряжения холостого хода (U) от интенсивности освещения (E) при различных концентрациях приведены на рис.2, график зависимости тока короткого замыкания (I) от интенсивности освещения (Е) приведѐн на рис.3.
326
Физическая химия
Х.М.Ахмедов, Х.С.Каримов и др.
Рис.2. Зависимость напряжения холостого хода электрохимического элемента (U) от интенсивности (Е) для
концентраций электролита 3.0, 1.5 и 0.78 вес.%.
На рис.3 приведена зависимость мощности (Р) электрохимического элемента при концентрации 3 вес.% при оптимальной нагрузке от интенсивности освещения.
Рис. 3. Зависимость мощности электрохимического элемента от интенсивности при концентрации ОАК 3
вес.%.
Мощность (Р) элемента определялась по следующему выражению [5]:
Р=Uxx·Iкз·FF
(1)
где Uхх – напряжение холостого хода, Iкз – ток короткого замыкания, FF – фил-фактор. Из вольтамперных характеристик элемента было установлено, что FF=0.7.
Возрастание напряжения холостого хода элемента с ростом интенсивности света (рис.3), повидимому, связано с генерацией электронно-дырочных пар в n-InP под действием фотонов, с последующим разделением противоположных зарядов электронов и дырок электрическим полем на грани-
327
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2013, том 56, №4
це раздела n-InP-ОАК. Этот механизм широко используется для объяснения свойств полупроводниковых приборов [6].
Увеличение тока короткого замыкания с возрастанием интенсивности света (рис.3), очевидно,
происходит из-за роста напряжения холостого хода, во-первых, и, во-вторых, с увеличением проводимости как водного раствора ОАК, так и пластины n-InP.
Таким образом, исследованы зависимости напряжения холостого хода и тока короткого электрохимического элемента n-InP/ОАК/ПС замыкания от интенсивности света. Данный электрохимический элемент может быть использован в качестве датчика света, если будут оптимизированы концентрация ОАК, размеры электрохимического элемента и стабилизированы параметры путѐм, например,
искусственного старения.
Поступило 13.03.2013 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Hibbert D.B. Introduction to electrochemistry. – Mactillan Press Ltd., London, UK, 1993, 294 p.
2. Каримов Х.С., Ахмедов Х.М., Тураева М.А., Кази И., Кариева З.М., Хан Т.А., Хомидов И.,
Валиев Дж. – ДАН РТ, 2006, т. 49, №9, c. 819-822.
3. Каримов Х.С., Ахмедов Х.М., Тураева М.А., Сайад М.Х., Али М., Хомидов И., Валиев Дж., Кариева З. М. – ДАН РТ 2006, т. 49, №4, c. 340-343.
4. Каримов Х.С., Ахмедов Х.М., Марупов Р. и др. – ДАН РТ, 2005, т. XIVIII, №5-6, c. 80-86.
5. Markvart T., New York, Jonu Wiley 8 Sons 305P. Solar Electricity, 2000, 205 p.
6. Boylestad R.L., Nashelsky L. Electronic Devices and Circuits Theory, Sixth Edition, Prentice Hall, Inc.,
Englewood cllifts. NJ, USA, 1996, 506 p.
Њ.М.Ахмедов, Њ.С.Каримов, К.Кабутов*, А.А.Акобиров*, И.Њомидов*, З.Рањматова*,
Ф.Ахмедов**
ХОСИЯТЊОИ ФОТОЭЛЕКТРИКИИ ЭЛЕМЕНТИ ЭЛЕКТРИКИ ХИМИЯВЇ
ДАР АСОСИ n-InP
Маркази рушди инноватсионии илм ва технологияњои нави
Академияи илмњои Љумњурии Тољикистон,
*Институти
**Муассисаи
физика ва техникаи ба номи С.Умарови Академияи илмњои Љумњурии Тољикистон,
давлатии илмї-таљрибавї ва истењсолии Академияи илмњои Љумњурии Тољикистон
Дар маќолаи мазкур хосиятњои фотоэлектрикии элементи электрики химиявї дар асоси
n-InP омўхта шудааст. Нишон дода шудааст, ки шиддат, љараён ва тавоноии элемент зиёд
мешавад бо зиёдшавии интенсивнокии рўшної.
Калимањои калидї: тавоної – шиддат – љараён – хосиятњои фотоэлектрикї – элемент.
328
Физическая химия
Х.М.Ахмедов, Х.С.Каримов и др.
Kh.M.Ahmedov, Kh.S.Karimov, K.Kabutov*, A.A.Akobirov*, I.Homidov*, Z.Rahmatova*,
F.Akhmedov**
PHOTOELECTRIC PROPERTIES OF n-InP BASED ON ELECTROCHEMICAL
CELL
Center of Innovation Development of Science and New Technologies,
Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan,
*
S.U.Umarov Physical-Technical Institute, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan,
**
State Scientific Research and Production Institution, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan
Photo-electric properties of electrochemical were investigated (n-InP/OD/ITO) cell. It was found that
open-circuit voltage, short-circuit current and output power increased with increase of light intensity.
Key words: power – voltage – current – photo-electric properties – cell.
329