CC BY
40
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2006, том 49, №5
ФИЗИКА
УДК 631
Х.С.Каримов, член-корреспондент АН Республики Таджикистан Х.М.Ахмедов, К.Кабутов, М.М.Ахмед , И.Кази , С.А.Моиз , Т.А.Хан , И.Хомидов, Дж.Валиев,
З.М.Кариева**, М.А.Тураева ДИАГРАММА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ НА ОСНОВЕ ОРАНЖЕВОГО АЗОКРАСИТЕЛЯ
Интерес к органическим полупроводникам и приборам на их основе связан прежде всего с разработкой солнечных элементов, светодиодов, полевых транзисторов, а также различного рода датчиков [1,2]. В последние годы на основе тонких пленок органических полупроводников был создан ряд фотоэлектрических датчиков [3,4], имеющих такие преимущества, как низкая стоимость и простота технологии их изготовления. Позже было обнаружено, что фотоэлектрические датчики на основе гетероструктур органических и неорганических полупроводников обладают лучшей чувствительностью в широком спектральном диапазоне. В частности, в [5,6] были исследованы датчики на основе фталоцианина меди и арсенида галлия. Исследование спектров фототока и фото-эдс показало, что датчик обладает высокой чувствительностью в широком спектре длин волн от 200 до 1000 нм, т.е. в ИК, видимом и УФ спектрах.
Стремление упростить технологию изготовления датчиков и повысить их чувствительность привел исследователей к созданию фотоэлектрохимических датчиков, в которых органические полупроводники использовались в качестве электродов, наряду с неорганическими полупроводниками, или в электролите, т.е. в растворе [7]. При этом органический полупроводник также играл роль активной светопоглощающей среды.
В [8] было показано, что органический полупроводник оранжевый азокраситель (ОАК) может быть использован в диодах, а в [9] были описаны свойства электрохимических датчиков влажности, изготовленных на его основе. В [10] были исследованы вольт-амперные характеристики гетероструктуры, состоящей из кремния и-типа и ОАК. Пленки ОАК осаждались из раствора на кремниевую подложку методом центрифугирования из водного раствора органического полупроводника. Были исследованы вольт-амперные характеристики и обнаружен эффект выпрямления (коэффициент выпрямления был равен 37 при комнатной температуре). В [11] были исследованы электрические свойства фотоэлектрохимического датчика на основе кремния и-типа и оранжевого азокрасителя (и-81/ОЛКШС), где ПС-проводящее стекло. Показано, что данный элемент является чувствительным в красном и инфракрасном спектрах и работает как фотоэлектрический дифференциатор. При этом исследованный фо-тоэлектрохимический датчик и-81/ОЛК/ПС генерирует 0,4 В как электрохимический и,
примерно, 0,1 В как фотоэлектрохимический элемент. Выходное напряжение было равно сумме данных напряжений. В данной работе представлены результаты исследования круговых диаграмм чувствительности фотоэлектрохимических датчиков на основе кремния и-типа, арсенида галлия и-типа и оранжевого азокрасителя ( и^/ОЛК/ПС и n-GaЛs/OЛK/ПС ).
При приготовлении электролита для датчиков использовались оранжевый азокраситель С17Н17К5О2 и винил-этинил-триметил пиперидол С12Н19КО (ВЭТМП) с молекулярной
*-* 2 2 массой 323 г/моль и 218 г/моль и плотностью 0,9 г /см и 0,6 г/см соответственно. Молекулярная формула ОАК приведена в [6,8]. Раствор 1,0 вес.% ОАК и 0,5 вес. % (ВЭТМП) в дистиллированной воде (80%) и этиловом спирте использовался в качестве электролита в фотоэлектрохимических датчиках (и^/ОЛК/ПС и n-GaЛs/OЛK/ПС). Как известно, ВЭТМП обладает гель- и комплексообразующими свойствами, что повышает вязкость электролита и снижает его утечку в процессе работы.
Пластинки монокристаллического кремния и-типа с концентрацией примеси в
18 3 18 3
4-10 см- или арсенида галлия и-типа с концентрацией примеси в 2-10 см- и проводящего стекла 1п2О3 (ПС) с размерами 4,0х2,0х0,5 (см ) использовались в качестве электродов датчиков. Плоскость полупроводниковых пластинок совпадала с кристаллографической плоскостью (100). Цилиндрический корпус фотоэлектрохимических датчиков был изготовлен из стекла. На рис.1 приведена проекция датчика на горизонтальной плоскости. Расстояние между электродами было равно 30 мм. В качестве источника света использовался полупроводниковый светодиод красного света, учитывая, что чувствительность датчиков была максимальна к красному спектру. Интенсивность света была равна 2 мВт/см . Свет модулировался П-образной формы импульсами напряжения частотой 1 кГц. Для определения круговой диаграммы чувствительности датчиков напряжение холостого хода и ток короткого замыкания измерялись в угловом интервале 0±180° в горизонтальной плоскости цифровыми приборами в стандартной измерительной установке при комнатной температуре.
0°<13<180°
Рис. 1. Схематическая диаграмма фотоэлектрохимических датчиков и^/ОЛК/ПС и n-GaЛs/OЛK/ПС: ПС - проводящее стекло, ИС - источник света.
На рис. 2 приведена круговая диаграмма чувствительности датчика и^/ОЛК/ПС: зависимости напряжения холостого хода и тока короткого замыкания от угла облучения датчика. Видно, что датчик чувствителен в широком интервале углов (±180°), что значительно шире, чем в случае некоторых фотодиодов (для фотодиода РШ03 этот угол равен ±900), выпускаемых промышленностью. Примечательно, что чувствительность максимальна и, примерно, одинакова при облучении датчика как со стороны электрода из проводящего стекла, так и и^.
Рис. 2. Круговая диаграмма чувствительности датчика и^/ОЛК/ПС (на диаграмме показаны постоянные составляющие напряжения и тока).
Рис.3. Круговая диаграмма чувствительности датчика n-GaЛs/OAK/ПС: 1 и 2, 3 и 4 - постоянные и переменные составляющие напряжений и токов соответственно.
На рис. 3 приведена круговая диаграмма чувствительности датчика и-GaAs/OAK/ПС. Видно, что датчик чувствителен также в широком интервале углов (±180°). Пространственная избирательность этого датчика значительно выше, чем у и^/ОЛК/ПС: чувствительность максимальна при облучении датчика со стороны электрода из проводящего стекла.
Таким образом, разработаны и исследованы фотоэлектрохимические датчики nSi/OAK/ПС и n-GaAs/OAK/ПС, обладающие высокой чувствительностью в широком интервале углов облучения. Данные датчики могут быть использованы для демонстрационных целей при обучении, на их основе может быть разработана оптическая система связи для передачи звуковых сигналов, а также устройства регистрации и обработки сигналов в измерительной технике.
Физико-технический институт им.С.У. Умарова Поступило 17.07.2006 г.
АН Республики Таджикистан,
Н«
Институт прикладных наук и технологии, Топи (Пакистан).
Н«Н«
Таджикский технический университет им. акад. М.С.Осими
ЛИТЕРАТУРА
Arnold E. An introduction to molecular electronics, ed. C. M. Petty, M.R.Bryce and D.Bloor, St Edmundsbury Press Limited, London, 1995, 356 р.
Mikayama T., Matsuoka H., Uehara K., Sugimoto A. et al. - Trans. IEE of Japan, 1998, v.118, pp.1435-1441.
Shaw J.M., Seidler PE - IBM J. Res.& Dev., 2001, v.45, № 1, pp.3-9.
Chartier P., Nguyen Cong H., Sene C. - Solar Energy Materials and Solar Cells, 1998, v.52, pp. 413-421.
Karimov Kh.S., Akhmedov Kh.M., Dzhuraev A.A., Khan M.N. et al. - Eurasian Chem.Tech.J.,2000, v.3-4 , № 2, pp.251-256.
Каримов Х.С., Ахмедов Х.М., Кабутов К., Федоров М.И., Ахмед М.М., Хан М.Н., Мо-из С. А., Рустамбеков Г.Ч. - ДАН РТ, 2003, т 46, № 10, с.60-64.
Gratzel M. - Nature, 2001, v.414, №11, pp. 338-344.
Karimov Kh.S., Ahmed M.M., Gul R.M., Mujahid M. et al. - Proc. of International Symposium on Advanced Materials, Sep., 21-25, 2001, Islamabad, Pakistan, pp. 329-334.
Каримов Х.С., Ахмедов Х.М., Марупов Р., Тураева М.А. и др. - ДАН РТ, 2004, т.47, №9-10, с. 5-10.
Каримов Х.С., Бабаджанов П., Кабутов К., Марупов Р и др. - ДАН РТ, 2003, т.46, №9, с.92-97.
Каримов Х.С., Ахмедов Х.М., Марупов Р., Сайад Х.и др. - ДАН РТ, 2005, т.48, № 5-6, с.80-86 .
Х,.С.Каримов, Х,.М.Ахмедов, ^.Кабутов, М.М.Ахмед, И.Кази, С.А.Моиз, Т.А.Хан, И.Хомидов, Ч,.Валиев, З.М.Кариева, М.А.Тураева ДИАГРАММАИ ^АССОСИЯТИ ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЯВИИ ДАТЧИК^О ДАР АСОСИ РАНГКУНАНДАИ НОРАН^Й
Дар мак;ола диаграммаи хассосияти фотоэлектрохимиявии датчикхо дар асоси рангкунандаи норанчй (РН) омухта шудааст. Нишон дода шудааст, ки датчики n-Si/РН/ШН ва n-GaAs/РН/ШН, ШН - шишаи нок;илй дар фосилаи васеъи кунчхои нур-бориш (±1800) хассос буда ва барои мак;садхои намоишдихй дар системахои алокди оптикй ва техникаи андозагирй истифода шуда метавонад.
Kh.S.Karimov, Kh.M.Akhmedov, K.Kabutov, M.M.Ahmed, I.Qazi, S.A.Moiz, T.A.Khan, I.Homidov, J.Valiev, Z.M.Karieva, M.A.Turaeva DIRECTIVITY OF PHOTO-ELECTROCHEMICAL SENSORS ON THE BASE OF ORANGE DYE
In this paper an investigation was made of directivity of photo-electrochemical sensors on the base of orange dye (OD). It was shown that n-Si/OD/CG и n-GaAs/OD/CG sensors, where CG is conductive glass are sensitive in the wide range of illumination angles (±180°) . The sensors may be used for demonstrative purposes in optical communication system and instrumentation.
