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光電催化光電流基礎知識

時間:2022-08-12 點擊:

1. 光電流密度Jp 

在光電化學實驗中經(jīng)常用到光電流密度等作為性能評價參數(shù)。 

光電流密度是指在一個太陽光輻照下,光電極產(chǎn)生的光電流與光輻照面積之比。 

通常由光吸收率、體相電子-空穴對分離效率以及表明電荷注入效率決定,隨外加偏壓變化而變化。 

光電流密度可通過公式(1)表示[1]

光電流密度公式.jpg

實際測得的光電流密度.jpg:實際測得的光電流密度;

半導體光電極具有的最大理論光電流密度.jpg:半導體光電極具有理論光電流密度; 

半導體光電極的光吸收效率.jpg:半導體光電極的光吸收效率; 

半導體光電極的電荷分離效率.jpg:半導體光電極的電荷分離效率; 

半導體光電極表面電荷注入效率.jpg:半導體光電極表面電荷注入效率。

同時,光電轉(zhuǎn)換效率公式(2)

光電極表面的入射光強度.jpg

P0:光電極表面的入射光強度

由公式(2)可知,光電轉(zhuǎn)換效率η與光電流密度Jp成正比,而Jp不僅和光電極對光的吸收和利用率有關,還與光生載流子的內(nèi)部和界面的分離效率有關,內(nèi)部的分離效率和界面的分離效率都是決定光電化學性能的重要因素。

2. 光電流密度測試 

在光電化學實驗中經(jīng)常使用電化學工作站以線性伏安掃描技術(shù)(LSV)記錄光電極產(chǎn)生的光電流隨電壓的變化曲線(j-V曲線)。 為了確認光電流是否來自于光電響應,通常會在開燈/關燈間隔條件下記錄斬波LSV曲線,但因為氙燈光源受發(fā)光原理限制,無法實現(xiàn)頻繁開/關燈,為了實現(xiàn)開/關燈的效果,會在氙燈光源和光電極之間增設快門裝置。

氙燈+快門.jpg

圖1. PLS-FX300HU 高均勻性一體式氙燈光源、PFS40A 快門

光電流參數(shù).jpg

圖2. Transient photocurrent density curves [2-5]

如圖2所示,當沒有光照時,光電極的電流密度幾乎為零,當加入光照時,電流瞬間升高,這就表明增加的電流是由于光照的引入而產(chǎn)生的,但是在電流升高時會有一個尖銳的峰,這可能是由于的導電性不好,光照產(chǎn)生的光生載流子迅速復合造成的。 

瞬態(tài)光電流可用于評估光電極中光生電子-空穴分離的情況,光電流越大,分離效率越高。




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