Разработка новых фотокатодов на основе полупроводников группы I-III-VI для прямого разложения воды под действием света

В настоящее время идет активное развитие экологически чистой энергетики, в частности водородной и солнечной. При этом важным вопросом является дешевое и эффективное производство водорода. Промышленных методов получения водорода существует несколько: из природного газа, из угля и посредством электролиза воды. Наиболее чистый из них - последний. Однако цена водорода, получаемого электролизом, является достаточно высокой ввиду того, что в электролизерах используются устойчивые к коррозии, но дорогие металлы платиновой группы. Однако существует альтернатива электролизу - прямое разложение воды под действием света в фотоэлектрохимических ячейках. Для этого могут использоваться как фотоактивные аноды, так и катоды. При этом оптимально использование последних ввиду их существенно меньшей коррозии в фотоэлектрохимической ячейке. Для осуществления разложения воды под действием света в фотоэлектрохимической ячейке необходимо, чтобы ширина запрещенной зоны полупроводника фотокатода превышала E_{g}=1.23 эВ, но оптимальным значением является E_{g}~1.7 эВ. Эффективность данного процесса может превышать 20% при использовании эпитаксиальных слоев полупроводников группы III-V. Однако такие фотокатоды весьма дорогие, к тому же содержат такие токсичные элементы как As в своем составе. Альтернатива им - тонкие (1-2 мкм) пленки соединений группы I-III-VI, имеющие структуру типа халькопирита с шириной запрещенной зоны E_{g} в диапазоне от 1 до 2,4 эВ. Особый интерес представляет соединение типа CuGaSe_{2} со значением E_{g}=1.68 эВ, поскольку оно не содержит редкого и востребованного в промышленности индия в своем составе, а также AgGaSe_{2} со значением E_{g}=1.6-1.8 эВ. Предполагается, что твердые растворы на основе указанных соединений будут обладать оптимальным промежуточным значением ширины запрещенной зоны, улучшенными оптическими и электрофизическими свойствами и, соответственно, выступать в качестве потенциальных фотокатодов в процессе электролиза воды. Поэтому в данном проекте предполагается исследовать влияние стехиометрии, легирования и морфологии поверхности пленок твердых растворов типа Cu_{1-x}Ag_{x}GaSe_{2} (x от 0 до 1) на эффективность разложения воды в фотоэлектрохимической ячейке, а также стабильность таких устройств.