ФОТОЭЛЕКТРОХИ́МИЯ

ФОТОЭЛЕКТРОХИ́МИЯ (от фо­то…, элек­тро… и хи­мия), раз­дел нау­ки, в ко­то­ром изу­ча­ют­ся про­цес­сы, яв­ляю­щие­ся ре­зуль­та­том взаи­мо­дей­ст­вия ближ­не­го УФ-, ви­ди­мо­го или ближ­не­го ИК-све­та с элек­тро­хи­мич. сис­те­ма­ми. Элек­тро­хи­мич. сис­те­мы мо­гут быть как од­но­фаз­ны­ми ион­ны­ми, так и двух- или много­фаз­ны­ми с пе­ре­но­сом за­ря­жен­ных час­тиц (ио­нов и элек­тро­нов). В бо­лее уз­ком по­ни­ма­нии Ф. изу­ча­ет про­цес­сы вза­им­но­го пре­об­ра­зо­ва­ния све­то­вой и элек­трич. энер­гии в сис­те­ме элек­трод – элек­тро­лит.

Воз­ник­но­ве­ние элек­тро­хи­мич. по­тен­циа­ла при ос­ве­ще­нии элек­тро­хи­мич. сис­те­мы мо­жет быть обу­слов­ле­но: фо­то­хи­мич. ре­ак­ция­ми в элек­тро­ли­те или на элек­тро­дах; ге­не­ра­ци­ей не­рав­но­вес­ных элек­тро­нов и ды­рок в по­лу­про­вод­ни­ко­вых элек­тро­дах; фо­то­эмис­си­ей элек­тро­нов из элек­тро­дов в рас­твор элек­тро­ли­та; фо­то­де­сорб­ци­ей ад­сор­би­ро­ван­ных на элек­тро­де час­тиц (ио­нов, мо­ле­кул) с пе­ре­но­сом за­ря­да ме­ж­ду ад­сор­ба­том и элек­тро­дом. Об­рат­ное яв­ле­ние – ис­пус­ка­ние све­та при про­пус­ка­нии элек­трич. то­ка че­рез ячей­ку – мо­жет иметь при­роду элек­тро­хе­ми­лю­ми­нес­цен­ции, га­зо­во­го раз­ря­да в за­зо­ре ме­ж­ду элек­тро­дом и элек­тро­ли­том и т. д. Наи­бо­лее ин­тенсив­но раз­ви­ва­ет­ся Ф. по­лу­про­вод­ни­ков. В её ос­но­ве ле­жат пред­став­ле­ния, идеи и экс­пе­рим. ме­то­ды фи­зич. хи­мии, хи­мич. фи­зи­ки, фи­зи­ки твёр­до­го те­ла и по­лу­про­вод­ни­ков, фи­зи­ки по­верх­но­сти и ма­те­риа­ло­ве­де­ния.

Пер­вые ис­сле­до­ва­ния фо­то­эф­фек­тов в элек­тро­хи­мич. сис­те­мах осу­ще­ст­в­ле­ны в 1839 А. Э. Бек­ке­ре­лем. В те­че­ние про­дол­жит. вре­ме­ни осн. объ­ек­та­ми изу­че­ния Ф. бы­ли ре­ак­ции фо­то­воз­бу­ж­дён­ных час­тиц из рас­тво­ра на ме­тал­лич. элек­тро­дах. Ин­тен­сив­ное раз­ви­тие во 2-й пол. 20 в. тео­рии Ф. по­лу­про­вод­ни­ков по­зво­ли­ло пред­ста­вить мо­дель про­цес­сов, про­ис­хо­дя­щих при ос­ве­ще­нии на гра­ни­це по­лу­про­вод­ни­ко­вый элек­трод – элек­тро­лит, и ме­ха­низ­мы со­от­вет­ст­вую­щих элек­трод­ных хи­мич. ре­ак­ций.

Од­но из гл. на­прав­ле­ний раз­ви­тия Ф. по­лу­про­вод­ни­ков – раз­ра­бот­ка фо­то­элек­тро­хи­мич. яче­ек (ФЭХЯ), по­зво­ляю­щих пре­об­ра­зо­вы­вать сол­неч­ную энер­гию в хи­ми­че­скую или элек­три­че­скую. По край­ней ме­ре, один из двух элек­тро­дов та­кой ячей­ки – све­то­чув­ст­ви­тель­ный по­лу­про­вод­ни­ко­вый. При ос­ве­ще­нии на нём воз­ни­ка­ет элек­трич. по­тен­ци­ал за счёт внутр. фо­то­эф­фек­та в по­лу­про­вод­ни­ке или за счёт пе­ре­да­чи энер­гии фо­то­воз­бу­ж­дён­но­го кра­си­те­ля (сен­си­би­ли­за­то­ра) по­лу­про­вод­ни­ку пу­тём ин­жек­ции элек­тро­нов. По­след­ний ва­ри­ант реа­ли­зу­ет­ся в ФЭХЯ, на­зы­вае­мой ячей­кой Грет­це­ля, вы­ра­ба­ты­ваю­щей элек­трич. ток в цик­лич. про­цес­се. Пер­спек­ти­вы Ф. по­лу­про­вод­ни­ков свя­зы­ва­ют с ФЭХЯ та­ко­го ти­па: при от­но­сит. де­ше­виз­не про­из-ва кпд пре­об­ра­зо­ва­ния све­то­вой энер­гии в элек­три­че­скую в ячей­ке Грет­це­ля св. 11% и со­пос­та­вим с кпд твер­до­тель­ных сол­неч­ных эле­мен­тов.

Спектр ис­сле­до­ва­ний Ф. очень ши­рок: оп­ти­ми­за­ция ор­га­ни­за­ции уст­ройств для пре­об­ра­зо­ва­ния све­то­вой энер­гии в элек­три­че­скую и раз­ра­бот­ка прин­ци­пи­аль­но но­вых со­от­вет­ст­вую­щих ве­ществ и ма­те­риа­лов (ор­га­нич. и гиб­рид­ные по­лу­про­вод­ни­ки, взаи­мо­про­ни­каю­щие ге­те­ро­ст­рук­ту­ры, эф­фек­тив­ные по­гло­ти­те­ли из­лу­че­ния, све­то­стой­кие кра­си­те­ли и ме­диа­то­ры, низ­ко­тем­пе­ра­тур­ные твёр­дые элек­тро­ли­ты). На­уч. ре­зуль­та­ты Ф. мо­гут при­ме­нять­ся при раз­ра­бот­ке тех­но­ло­гий вы­де­ле­ния во­до­ро­да из вод­ных рас­тво­ров, очи­ст­ки во­ды от за­гряз­ни­те­лей, для соз­да­ния то­п­лив­ных эле­мен­тов и т. д.