在光电化学电池中测定C＿（70）球烯在gAAS电极上所形成异质结的光伏效应，并研究不同介质电对和C＿（70）薄膜厚度对光伏效应的影响。结果表明，1）I＿2/是较佳的介质电对；2）C＿（70）薄膜厚度约为1μM时光伏效应较大；3）C＿（70）在gAAS电极上的光电性能是优良的。The photovoltaic eFFect(PVE ) Forheterojunction Formed by C_(70)on GaAs electrode inthe photoelectrochemical cell was investigated.In Fluences of various redox couples and of thicknessof C_(70)on the photovoltaic eFFect were observed.Theresults showed that:1)I_2/was the best redoxcouple in the photoelectrochemical cell.2)Thephotovoltaic property of C_(70)-GaAs electrode at 1μmFor thickness of C_(70) was best.3 ) The photoelectricproperty of C_(70) on GaAs electrode was excellent.国家自然科学基

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C 7 。在 Ga A s 电极上的光电性能研究’P h o t o e l e e t r i c P r o P e r t y f o r C7 o o n G a A s E l e e t r o d e詹梦熊 吴振奕 杨 士姚 陈再鸿 余荣清 郑 兰荪(厦门大学化学系,厦门,3 6 1 0 0 5 )Z h a n M e n g x io n g W u Z h e n y i Y a n g S h i y a o C h e n Z a i h o n g Y u一R o n g q i n g Z h e n g L a n s u n( r 犯P t.of C hem. ,X i a me nUn iv e r s i t y.X ia m e n,3 6 1 0 0 5,C h ina )摘 要 在光 电化学电池中测定 C7。球烯 在 GaAs 电机上所 形成异质结的尤伏效应,并研 究不 同介质电对和 C7。薄膜厚度对光伏效应的影响。结果衣明,1 ) I:/I了是较佳 的介质 电对;2) C7。薄膜厚度 约为 l产m 时光伏 效 应较 大;3) C了。在 Ga A s 电极上 的 尤 电性 能是优良的。关键词 C7。光电性能A B S T R A C T T he p ho t o v o l ta ie e f fe c t ( P V E ) fo rhe t e r o iu n e t i o n fo r m e d b y C7 。 o n G a sAe lo e t r o d e inthe p ho t o e le e t r o e hem ie a l e e ll wa s in v e s t ig a t e d.In flu e n e e s ofv a r io u s r e d o x e o u p le s a n d o f r h i e kn e s so f C7。 o n t h e p h o t o v o l t a ie e f fe e t w e r e o bs e r v e d.T her e s ul ts showe d tha t : 1 ) I:/ I于 w a s t h e b e s t r e d o xe o u P le i n t h e p h o t o e le e t r o e he m ie a l e e l l.2 ) T h 亡p ho t o v o lta i e p r o p e r t y o f C7。 一GaAs e le e t r o de a t l拜mfo r t h ie kn e s s of C7。wa s b e s t.3 ) T he p h o t oe le e t r iep r o p e r t y o f C, 。 o n G a As ele e t r o de w a s e x e e l le n t.K E Y W O R D S C7o , Ph o t oe le e t r ie P r o P e r t yC7。球烯 由于拥 有众多二电子的共扼体系,光照条件下这些二电子容易流动,且具有比 C`。高得多的量子效率 f’1,为此它有可能作为优 良的光电转换材料。本文首次在 G aAs单晶片沉积 公。 ,研究 C7。在GaAs半导体电极上 光伏效应,探索其光电转换性能及较佳条件。2 实 验2.1 介质溶液的配制以二次蒸馏水与 A.R 级的有关试剂分别配制 。l mol / L K C I溶液、0.l m o l / L 的 I:/ l至溶液、0.l m o l / LFe( C N ) ;一/ Fe( C N 珑一溶液 和 0.o l mol / L 的 BQ (苯醒 ) / H: Q (氢醒 )溶液。2.2 光伏效应的测试1 引 言C7。球烯是具有高对称性的全碳 原子簇.它既是电子受体.又是 电子给体.表现 了特有的光物理和光化学性能。近 10 多年来 众多的研究者对具有电子给体和 电子 受体的共扼二电子体 系化合物在光照下的行为进 行了广泛的探索” .认 为它作为光 电子功能材料具有十分广泛 的应用前景。随 着人们对球烯 研究的不断深入.尤其是宏观量球烯的合成和分 离已 口趋完善’ 2 3 : . 以球烯为基础的光 电材料 必将越 来越受到重视。国家 自然科学 基金资助课题初稿收至l旧 期: 1 9 9 5一( ) 4一3 ( )终稿收至l」日期: 1 9 9 5一( ) 8一( ) l《功能材料 公19 9只.2 6 ( 6 ).2 .2 1 研究 电极的制备Ga A s 单晶片背面 以金属 锢作欧姆接触,正面用“3 1 1”表面处理 液 (体积 比 浓 H:5 0; :H: O: :H:O一 3,1:1) 处理,得到光洁明亮的表面。沉积在 GaAs表 面上 C了。的纯度为 9 9写.沉积的方法是:以预先配制的 含 C7。甲苯溶 液.采 用溶剂挥发法在 Ga A s 表面沉积 一层均 匀的 C了。薄膜,将此种 C70 一GaAs电极置于干燥 器中备用。2.2.2 光电化学电池 ( P E C )研究 电吸为 C了。 一G a A s (电极面积 k mZ ).辅助电极 为 tP 片 ( 4c m二 ).参比电极为饱和甘汞电极。研究 电4 9 1极与辅助 电极均浸没在介质溶液中。2·2.3 测定装置与光源光伏效应的测定装置 见文献「s j。测定 电压 用大华台式 自动平衡记录仪和 P Z S 型直流数字电压表.测定电流用 C; : 拜A 型微安计。用 F L 一 35 型氮灯作为光源,经透镜聚焦 到 C了。 一G a As电极表面.表面所感受的光强为 ( ).o s w /emZ 。2.2.4 光伏效应的测 定在 暗态和光 照下分别测 定研究 电极和参 比电极之 间的开路 暗龟 位 V。和开 路光 电位 v二 ,求出光 生电压 △ V 一 v , 一 vd ;同样也分别测 定研究电极和辅助 电极之间的 短路暗 电流 Id和短路光电流 l、 ,求出光生电流 △ I一 cL 一 Id。3 结果与讨论3.1 C 70一c a 声̀ 异质结复合电极的光电转换性能2.3 研究电极表面的扫描电镜 (s E M )观察将表面覆盖着不同 e? 。厚度 ( 0.5、l、1.5、2、3、4 与4.5拜m 等 ) 的研究电极分别置于 JX A 一 8 40 型扫猫电镜下观察.以探索电极表面的 C7。薄层结构。用饰 As单晶表面沉积一个 C7。薄膜 以形成复合型异质结光电极,此电极可更充分利用太阳光的光谱带,具有比单纯 Ga A s 电极大的光伏效应,如表 l 和图 l、2 所示。在光照条件下,表面的 C7。由于禁带宽度比较大 ( 3e V 左右 )l` }则首先吸收太阳光谱带中波长较短部分的光,导致电子的跃迁,产生光生载流子,其h u化学过程为 C,。一 [C 7。’〕一e + [C7。 +〕 ; 同时本体的 GaAs因禁带宽度较小 (l.4e V )则吸收波长较长的光,也形成光电流。显然复合光电极产生的光电流是上述两部分光电流叠加而成,这将提高光电极的光电转换性能,增大其光伏效应。表 1 在不同氧化还原电对与不同 C, 。厚度下 C ”一aG As 的光伏效应T a b 1 P b o t o v o l t a ic E f f e e t D a 恤 o f C ,一 G a A s i n V a r i o us R e dox Co u P le s an d i n V a r io此 n ic kn e s s o f C, .电 对 P V E C, 。厚度 (拌m )0 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 4.5O:/ H: O △ V ( m V ) 2 9 4.0 3 5 8.4 4 3 7.3 4 0 4.6 3 7 0.2 3 6 9.1 3 7 2.1 3 6 3.4△ I (拌A ) 8 0.9 8 4.7 1 2 3 9 2.4 7 4.4 3 3.4 3 2.4 3 0。9I:1/ 孚 △ V (m V ) 4 1 4.4 4 2 2.9 4 4 9.6 4 4 0.7 4 2 7.5 4 1 9.8 4 2 0.2 4 1 5.2△ I (拌A ) 3 5 8.6 3 88 3 9 2.4 3 9 0.6 3 6 1.0 3 5 6.0 3 3 7.0 3 2 6.0F e ( C N )之一/ △ V ( m V ) 2 1 5.3 2 2 0.7 3 3 3.6 3 2 8.5 2 3 0.1 2 1 3.4 2 2 0.9 2 2 1.6Fe ( C N )忿- △ I (产A ) 5 6.7 6 0.6 6 2.0 6 2.3 3 5.3 2 5.8 1 1.1 1 0.8BQ / H : Q △ V ( m V ) 2 6 0.8 3 1 9.2 3 3 7.5 3 1 7.9 2 5 6.7 2 6 2.8 2 7 0.1 1 2 6 6.7△ I (拜A ) 1 0.7 1 3.4 1 4.7 1 8.0 3.5 2.2 1.4 1.4,O032416代盆、工心,J叻月任405.3826 |lz>已/A刁0 1 2 3 4 5占 /声`m图 1 在不同的电对中 C 70 厚度升 △v 约影响F i g 1 I n f l、 一e n e e ()于 (、t h i c k 了:t · 、 、 。 z : △V i n v a r io u se o u P ]e s1.卜/ I牙 ; 2.( ): ,H 式):3.B Q / H:Q; 4.Fe( C N ) ;一 厂F e ( C N )忌4 9 2。匕一井二忿沐=0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5占 /尸m图 2 在不同的电对中 C 70 厚度升 △ l 的影响F ig 2 I n f lu e n e e of C7 。 t h iekl l e s s o n △ 1 inv a r io u s e o u P le s1.1:注不 ; 2.0: / H:O ; 3.F e ( C N )考一 ’Fe( C N ) ;一 ; 4.BQ / H:Q.此外.C 在 G。`入s 单晶片面上形成的薄膜是致密的.如图 3 所示。加 上其化学性质较为稳定.使它沉积《功能材料公互a 9 5.艺巧( 6 )极与辅助 电极均浸没在介质溶液中。2·2.3 测定装置与光源光伏效应的测定装置 见文献「s j。测定 电压 用大华台式 自动平衡记录仪和 PZ S 型直流数字电压表.测定电流用 C; :拜A 型微安计。用 F L一 35 型氮灯作为光源,经透镜聚焦 到 C了。 一G a As电极表面.表面所感受的光强为 ( ).o s w /emZ 。2.2.4 光伏效应的测 定在 暗态和光 照下分别测 定研究 电极和参 比电极之 间的开路 暗龟 位 V。和开 路光 电位 v二 ,求出光 生电压 △ V 一 v , 一 vd ;同样也分别测 定研究电极和辅助 电极之间的 短路暗 电流 Id和短路光电流 l、 ,求出光生电流 △ I一 cL 一 Id。3 结果与讨论3.1 C 70一c a 声̀ 异质结复合电极的光电转换性能2.3 研究电极表面的扫描电镜 (s E M )观察将表面覆盖着不同 e? 。厚度 ( 0.5、l、1.5、2、3、4 与4.5拜m 等 ) 的研究电极分别置于 JX A 一 8 40 型扫猫电镜下观察.以探索电极表面的 C7。薄层结构。用饰 As单晶表面沉积一个 C7。薄膜 以形成复合型异质结光电极,此电极可更充分利用太阳光的光谱带,具有比单纯 Ga A s 电极大的光伏效应,如表 l 和图 l、2 所示。在光照条件下,表面的 C7。由于禁带宽度比较大 ( 3e V 左右 )l` }则首先吸收太阳光谱带中波长较短部分的光,导致电子的跃迁,产生光生载流子,其h u化学过程为 C,。一 [C 7。’〕一e + [C7。 +〕 ; 同时本体的 GaAs因禁带宽度较小 (l.4e V )则吸收波长较长的光,也形成光电流。显然复合光电极产生的光电流是上述两部分光电流叠加而成,这将提高光电极的光电转换性能,增大其光伏效应。表 1 在不同氧化还原电对与不同 C, 。厚度下 C ”一aG As 的光伏效应T a b 1 P b o t o v o l t a ic E f f e e t D a 恤 o f C ,一 G a A s i n V a r i o us R e dox Co u P le s an d i n V a r io此 n ic kn e s s o f C, .电 对 P V E C, 。厚度 (拌m )0 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 4.5O:/ H: O △ V ( m V ) 2 9 4.0 3 5 8.4 4 3 7.3 4 0 4.6 3 7 0.2 3 6 9.1 3 7 2.1 3 6 3.4△ I (拌A ) 8 0.9 8 4.7 1 2 3 9 2.4 7 4.4 3 3.4 3 2.4 3 0。9I:1/ 孚 △ V (m V ) 4 1 4.4 4 2 2.9 4 4 9.6 4 4 0.7 4 2 7.5 4 1 9.8 4 2 0.2 4 1 5.2△ I (拌A ) 3 5 8.6 3 88 3 9 2.4 3 9 0.6 3 6 1.0 3 5 6.0 3 3 7.0 3 2 6.0F e ( C N )之一/ △ V ( m V ) 2 1 5.3 2 2 0.7 3 3 3.6 3 2 8.5 2 3 0.1 2 1 3.4 2 2 0.9 2 2 1.6Fe ( C N )忿- △ I (产A ) 5 6.7 6 0.6 6 2.0 6 2.3 3 5.3 2 5.8 1 1.1 1 0.8BQ / H : Q △ V ( m V ) 2 6 0.8 3 1 9.2 3 3 7.5 3 1 7.9 2 5 6.7 2 6 2.8 2 7 0.1 1 2 6 6.7△ I (拜A ) 1 0.7 1 3.4 1 4.7 1 8.0 3.5 2.2 1.4 1.4,O032416代盆、工心,J叻月任405.3826 |lz>已/A刁0 1 2 3 4 5占 /声`m图 1 在不同的电对中 C 70 厚度升 △v 约影响F i g 1 I n f l、 一e n e e ()于 (、t h i c k 了:t · 、 、 。 z : △V i n v a r io u se o u P ]e s1.卜/ I牙 ; 2.( ): ,H 式):3.B Q / H:Q; 4.Fe( C N ) ;一 厂F e ( C N )忌4 9 2。匕一井二忿沐=0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5占 /尸m图 2 在不同的电对中 C 70 厚度升 △ l 的影响F ig 2 I n f lu e n e e of C7 。 t h iekl l e s s o n △ 1 inv a r io u s e o u P le s1.1:注不 ; 2.0: / H:O ; 3.F e ( C N )考一 ’Fe( C N ) ;一 ; 4.BQ / H:Q.此外.C 在 G。`入s 单晶片面上形成的薄膜是致密的.如图 3 所示。加 上其化学性质较为稳定.使它沉积《功能材料公互a 9 5.艺巧( 6 )

Photoelectric Property For C_(70) on GaAs Electrode

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