Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи о непрерывным истощени-эм запасов ископаемого топлива и проблемой загрязнения окружающей ореды, все более актуальное значение приобретает задача использования оолнечного излучения, важнейшим достоїнством которого является экологическая чистота. Для практического использования солнечной энергии необходимо разработать эффективные, экономические приемлемые способы ее іреобразования в электрическую и химическую энергии.
Одним из перспективных методов прямого преобразования золнечной радиации является способ, основанный на проведении фотоэлектрохимических реакций в элементах, включающих юлупроводниковые электроды. Интерес к этому методу был шзван пионерской работой Фудзишиш и Хонды, которые на іримере электрохимической ячейки с фотоанодом из двуокиси гитана и платиновым катодом показали, что ровденные светом злектроны и дырки можно использовать для разложения воды т водород и кислород /I/.
Фотовольтаические ячейки, содержащие полупроводнико-зые электроды, выполняют две различные функции: во-первых, юлучение электроэнергии (элементы регенеративного типа); ю-вторых, осуществляют реакции, в результате которых образуются энергоемкие химические продукты.
Фотоэлектрохимические элементы с полупроводниковыми электродами обладают рядом важных достоинств: возможность іспользования полупроводников с несовершенной кристалличе-:кой структурой, простота конструкции, высокая селектив-юсть протекающих реакций, что имеет существенное значение іри крупномасштабном преобразовании солнечной энергии.
Для создания преобразователей большой площади ращго-шльнее использовать тонкопленочнде фотоэлектрода вместо лассившх, приготовленных из монокристаллов или спеченных юрошков. Преимуществом тонкопленочной вакуумной технологии является возможность создания гетероструктурних электродов.
Существенным затруднением для практического использования юотоэлектрохимических преобразователей солнечной энергии на полупроводниках является фотокоррозия поверхности электродов. Оксидные полупроводники позволяют создать достаточно" стабіргьше фотоэлектроды, но эффективность их невисока из-за большой ширини запрещенной зоны. В то же время, такие полупроводники, как si , СаАа, CdS и др. о подходящей шириной запрещенной зоны, подвержени фотоэлек-трохимической коррозии в водных растворах электролитов. Вследствие этого, весьма актуальна защита узкозонных полупроводников проводящими оксидными пленками.
Одним из перспективных методов для этой цели является метод реактивного испарения, позволяющий получать оксидные пленки с параметрами, контролируемыми в процессе синтеза, и обладающими очень высокой сплошностью.
Цель работы: развитие метода реактивного испарения для получения полупроводниковых фотоэлектродов на основе оксидов металлов, изучение их состава, строения, электронной структуры и фотоэлектрохимических характеристик.
Научная новизна работы. Разработан метод получения оксидных полупроводниковых электродов для фотоэлектрохимической конверсии солнечного света путем реактивного испарения металла в атмосфере кислорода. Таким способом new лучены пленочные фотоаноды їіо^ті и гетероструктурные PeOx/n-s± . Проведено исследование состава, строения, электронной структуры и фотоэлектрохимических характеристик этих электродов, установлена связь меаду фотоэлектрохимическими параметрами электродов и их строением.
Практическая ценность работы заключается в том, что предлагается сравнительно простой и доступный способ получения тонкопленочних оксидных фотоэлектродов, основанный на методе реактивного испарения металла в атмосфере кислорода, позволяющий получать оксидные полупроводниковые пленки, варьировать концентрацию доноров и состояние окисления металла, кристаллическую структуру пленок. Высокая сплошность полученных пленок дает возможность соз-
давать очень тонкие покрытия из широкозонных, стабильных полупроводников на поверхности узкозонных, надежно защищающих их от фотоэлектрохимической коррозии.
Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались и обсуядались на І, П Всесоюзных конференциях по фотоэлектрохимическому преобразованию солнечной энергии (Новосибирск, 1983 г.; Ленинград, 1987 г.), на П Всесоюзной конференции по возобновляемым источникам энергии (Ереван, 1985 г.), на Всесоюзной конференции по диагностике поверхности (Каунас, I98G г.), на Всесоюзной конференции по физическим методаїл исследования и диагностике материалов и элементов вычислительной техники (Кишинев, 1986 г.), на конкурсах 'научных работ ИХФ АН СССР и молодых ученых ОИХФ АН СССР.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы ( 168 наименований). Содержит 161 стр. машинописного текста, '»1 рисунок и 3 таблицы.
