MATERIAŁY ELEKTRONICZNE

Wielkość: px
Rozpocząć pokaz od strony:

Download "MATERIAŁY ELEKTRONICZNE"

Transkrypt

1 B. Surma, A. Wnuk INSTYTUT TECHNOLOGII MATERIAŁÓW ELEKTRONICZNYCH MATERIAŁY ELEKTRONICZNE KWARTALNIK T nr 3/4 Wydanie publikacji dofinansowane przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego WARSZAWA ITME

2 B. Surma, A. Wnuk KOLEGIUM REDAKCYJNE: prof. dr hab. inż. Andrzej JELEŃSKI (redaktor naczelny), doc. dr hab. inż. Paweł KAMIŃSKI (z-ca redaktora naczelnego) prof. dr hab. inż. Zdzisław JANKIEWICZ doc. dr hab. inż. Jan KOWALCZYK doc. dr Zdzisław LIBRANT dr Zygmunt ŁUCZYŃSKI prof. dr hab. inż. Tadeusz ŁUKASIEWICZ prof. dr hab. inż. Wiesław MARCINIAK prof. dr inż. Anna PAJĄCZKOWSKA prof.dr hab. inż. Władysław K. WŁOSIŃSKI mgr Anna WAGA (sekretarz redakcji) Adres Redakcji: INSTYTUT TECHNOLOGII MATERIAŁÓW ELEKTRONICZNYCH ul. Wólczyńska 133, Warszawa, tel. (22) lub w redaktor naczelny (22) w z-ca redaktora naczelnego (22) w sekretarz redakcji PL ISSN Kwartalnik notowany na liście czasopism naukowych Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego (6 pkt.) SPIS TREŚCI WŁASNOŚCI LINII W w MCz-Si I FZ-Si NAŚWIETALNYM NEUTRONAMI Barbara Surma, Artur Wnuk...3 KRÓTKIE WPROWADZENIE DO TEMATYKI OGNIW FOTOELEKTROCHEMICZNYCH Krzysztof Bieńkowski, Marta Gdula...9 DWÓJŁOMNE WŁÓKNA MIKROSTRUKTURALNE Ireneusz Kujawa, Ryszard Buczyński, Dariusz Pysz, Ryszard Stępień...17 DEEP-LEVEL DEFECTS IN EPITAXIAL 4H-SIC IRRADIATED WITH LOW-ENERGY ELECTRONS Paweł Kamiński, Michał Kozubal, Joshua D. Caldwell, K.K. Kew, Brenda L. VanMil, Rachael L. Myers-Ward, Charles R. Eddy Jr, D. Kurt Gaskill...26 MULTIFUNCTIONALITY OF MULTIFERROIC-BASED EUTECTIC COMPOSITES Krzysztof Orliński

3 B. Surma, A. Wnuk WŁASNOŚCI LINII W W MCz-Si I FZ-Si NAŚWIETLANYMI NEUTRONAMI Barbara Surma, Artur Wnuk Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, ul. Wólczyńska 133, Warszawa Abstrakt: W pracy zbadano własności luminescencyjne linii W w MCz-Si i FZ-Si naświetlanych neutronami dawką n/cm 2. Średnia energia termicznej dysocjacji defektu odpowiedzialnego za emisję linii W została określona jako E = 52±5 mev. Emisja przy energii ev została zinterpretowana jako rekombinacja elektronu i dziury na defekcie, wówczas gdy jedna z cząstek jest związana z defektem energią około 100meV, a druga z energią około 52meV. Ten model zgadza się z proponowanym teoretycznym modelem defektu utworzonego przez trzy międzywęzłowe atomy Si, I 3, zakładajacym, że defekt I 3 jest defektem donorowo-podobnym o poziomie (0/+) leżącym w odległości 0.1eV od pasma walencyjnego. Określona z wykresu Arrhenius a energia procesu gaszenia linii W wynosiła 0.3 ev. Po raz pierwszy obserwowaliśmy w MCz-Si po wygrzaniu w 550 K emisję przy ev związaną z obecnością defektu V 6. Emisja ta znika po wygrzaniu w temperaturze, w której atomy tlenu stają się mobilne. Sugerujemy, że brak linii przy1.108 ev w Cz-Si jest wynikiem oddziaływania/pasywacji kompleksu V 6 atomami tlenu. Słowa kluczowe: defekty radiacyjne, linia W, fotoluminescencja Optical properties of W line for neutron irradiated MCz-Si and FZ-Si Photoluminescence (PL) technique has been applied to study W line (1.018 ev) features for MCz-Si and FZ-Si samples irradiated with neutron dose from to n/cm 2. The average thermal energy of dissociation of the defect state responsible for the emission of W line was found to be E = (52+/-5) mev. So we interpret the emission at ev as the recombination of an electron and hole at the defect site when one of the particles is strongly bound to the defect with the energy close to 100 mev. This value coincides with the possible donor-like level (0/+) close to valence band edge at E v +0.1 ev, theoretically predicted for I 3 complex. The energy of quenching process for W line estimated from Arrhenius plot was found to be 0.3 ev. For the first time the line at ev related to V 6 complex was observed in MCz after annealing at 550 K. It disappears after annealing at higher temperature when oxygen atoms became mobile. We suggest the lack of this line in Cz-Si is related to the interaction/passivation of V 6 complex with oxygen atoms. Keywords: :radiation defects, W line, photoluminescence 1. WSTĘP Defekty radiacyjne w krzemie są w ostatnich latach przedmiotem intensywnych badań ze względu na poszukiwania krzemu o zwiększonej odporności radiacyjnej stosowanego do wytwarzania detektorów cząstek w synchrotronach LHC i SLHC. Większość defektów radiacyjnych powstaje w wyniku migracji wakansów oraz międzywęzłowych atomów Si, które bądź tworzą małe skupiska, bądź dyfundują do domieszek i tworzą kompleksy defektowe. Lokalne pole wytworzone wokół tych kompleksów defektowych stanowi w niskich temperaturach pułapkę dla swobodnych ekscytonów. Znaczna część ekscytonów związanych z kompleksami defektowymi rekombinuje promieniście. Energetyczne położenie linii emisyjnej pochodzącej od rekombinacji ekscytonu związanego z danym centrum defektowym jest bezpośrednim dowodem jego obecności. Jedną z najczęściej obserwowanych linii emisyjnych w Si po naświetlaniu wysokoenergetycznymi cząstkami takimi jak neutrony, protony lub jony [1-2]. jest tzw. linia W leżąca przy 1.018eV. Z opublikowanych dotychczas danych wynika, że linia ta nie jest związana z obecnością domieszki [3-4], ale jej położenie energetyczne ulega niewielkim przesunięciom w obecności atomów gazu szlachetnego [3-4]. Generalnie akceptowana jest również sugestia, że linia W jest związana z aglomeratami międzywęzłowych atomów krzemu [3, 5]. Teoretyczne wyliczenia sugerują, że większość własności linii W może być wyjaśnione w oparciu o założenie, że jest ona związana z obecnością trzyatomowego aglomeratu międzywęzłowych atomów Si o symetrii trygonalnej [1, 3, 6]. Międzywęzłowe atomy Si umieszczone są w środku trzech sąsiednich wiązań równoległych do kierunku <111> [6] i oznaczony jest jako I 3 (w luminescencji linia W). Taki defekt charakteryzuje się obecnością poziomu donorowego (0/+) leżącego w odległości 0.1 ev od wierzchołka pasma walencyjnego. Defekt składający się z trzech + międzywęzłowych atomów Si w stanie I 3 jest paramagnetyczny i może być monitorowany w pomiarach 3

4 Własności linii W w MCz-Si i FZ-Si naświetlanym neutronami elektronowego rezonansu spinowego, ESR. Badania ESR sugerują powiązanie tego defektu z paramagnetycznym centrem B5 [7]. W procesie wygrzewania w zakresie temperatur 300 K 525 K intensywność linii W rośnie z energią aktywacji około 0.85 ev [2], a następnie maleje i znika w T ~ 700 K. Energia termicznej jonizacji stanu defektu odpowiedzialnego za obecność linii W określona z pomiarów fotoluminescencji została określona w pracy [9] jako 14.7 mev. Jest to wartość bliska energii wiązania ekscytonu swobodnego, 14.3 mev, i w związku z tym sugerowano, że gaszenie emisji ev jest wynikiem rozpadu ekscytonów swobodnych. W pracy badano fotoluminescencję w krzemie naświetlanym neutronami i związaną z defektami radiacyjnymi. Z naszych wcześniejszych badań wynika, że proces termicznej anihilacji stanu defektowego odpowiedzialnego za emisję linii W zachodzi w znacznie wyższej temperaturze niż poprzednio sugerowano [9]. Zbadanie tego problemu było głównym celem tej pracy. 2. DANE TECHNICZNE W pracy badano próbki wysoko-oporowego krzemu otrzymywanego metodą FZ (metoda beztyglowa) i MCz (metoda Czochralskiego z zastosowaniem pola magnetycznego). Wypolerowane płytki krzemowe naświetlane zostały neutronami strumieniem od n/cm 2 do n/cm 2. Próbki zostały poddane izochronalnemu wygrzewaniu w zakresie temperatur 350 K do 620 K przez 1h. Po każdym procesie wygrzewania wykonane zostały pomiary fotoluminescencji (PL). Widmo PL wzbudzane było linią 488nm lasera Ar + o mocy 120 mw i średnicy wiązki 0.5mm i analizowane przy pomocy dwu-siatkowego monochromatora, techniki lock-in i fotopowielacza Hamamatsu R z katodą InGaAsP. Zdolność rozdzielcza aparatury przy 1000 nm wynosiła 0.5 mev. Próbki mocowane były na zimnym palcu układu chłodzącego pracującego w cyklu zamkniętym w zakresie 3.7 K 300 K. Taka konfiguracja chłodzenia próbki nie pozwala na dokładne określenie jej temperatury w trakcie wzbudzania laserem. W tym celu została wykonana została dodatkowo kalibracja temperatury próbki w trakcie oświetlania wiązką lasera oparta na pomiarze szerokości połówkowej (FWHM) linii pochodzącej od rekombinacji swobodnych ekscytonów (FE) w Si [9]. Szerokość połówkowa linii FE w badanym zakresie temperatur zmienia się z temperaturą T zgodnie z zależnością FWHM FE = kt [9]. gdzie k- stała Boltzmana. 4 Uzyskana w ten sposób krzywa kalibracyjna przedstawiona jest na Rys. 1. Rys. 1. Krzywa kalibracyjna rzeczywistej temperatury próbki w warunkach wzbudzania laserem w funkcji wskazań miernika temperatury. Fig.1. Temperature of the sample as a function of measured one during laser irradiation. 3. PROCES SYMULACJI W symulacji temperaturowego przebiegu intensywności linii W uwzględniono następujące procesy: termiczna dysocjacja ekscytonu związanego z centum odpowiedzialnym za linię W z energią E termiczna dysocjacja ekscytonów związanych z konkurencyjnymi centrami, których obecność scharakteryzowana jest poprzez średnią energię wiązania ekscytonu E t (E t < E) twentualna aktywacja ekscytonu do stanu wzbudzonego o energii E exc W oparciu o te założenia temperaturową zależność gaszenia intensywności linii W z temperaturą próbki można opisać równaniem (1) ( T ) I( O) / 3 I / 1 F 1 F C T exp E kt 3 gdzie: F C 1 C T 2 E kt 2 3 / 1 exp t / (2) F3 C4 exp Eexc / kt (1) E t energia jonizacji pułapki, z której następuje termiczna dysocjacja ekscytonów, a które następnie są ponownie wychwytywane przez inne centra defektowe w tym centrum defektowe wiążące ekscyton z energią E (E > E t ) odpowiedzialne za linię emisyjną W; F 2 /C 3 - ułamek konkurencyjnych centrów będących w stanie niezjonizowanym czyli mogących (3)

5 B. Surma, A. Wnuk wychwycić ekscyton; C 3 stała uwzględniająca temperaturową zależność stosunku przekroju czynnego na wychwyt ekscytonu przez pułapkę o energii E do przekroju czynnego wychwytu ekscytonów przez pozostałe pułapki scharakteryzowane poprzez średnią energią wiązania ekscytonu E t.; C 1 T 3/2 - efektywna gęstość stanów pasma, do którego następuje jonizacja swobodnych ekscytonów; C 4 stała; k stała Boltzmana; F 3 /C 4 ułamek ekscytonów związanych z centrum W znajdujących się w temperaturze T w stanie wzbudzonym. Podobne założenia dla symulacji krzywej Arrhenius a stosowane były w pracy [9]. W naszym podejściu uwzględniliśmy dodatkowo aktywację ekscytonu związanego z defektem W do stanu wzbudzonego. To założenie pozwoliło na wyjaśnienie obserwowanego minimum w krzywej Arrhenius a. 4. DYSKUSJA WYNIKÓW EKSPE- RYMENTALNYCH Na Rys. 2 i 3 przedstawione są widma fotoluminescencji (PL) dla próbek FZ i MCz naświetlonych strumieniem neutronów n/cm 2 i poddanych procesowi wygrzewania izochronalnego. Rys. 3. Widmo PL w T = 15K dla próbki naświetlonej dawką neutronów n/cm 2 i poddanej kolejno jednogodzinnemu wygrzewaniu izochronalnemu w zakresie temperatur 335 K 613 K. Fig. 3. Isochronal annealing of defect-related PL spectra at T = 15K for FZ-Si irradiated with a neutron fluence of n/cm 2 linia J jest w rzeczywistości superpozycja 5 linii [10] i została zidentyfikowana jako rekombinacja ekscytonów związanych kompleksem sześciu wakansów, V 6, i atomów wodoru. Z dotychczasowych badań wynika, że linia ta była obserwowana jedynie w krzemie FZ czyli o niskiej zawartości tlenu. Potwierdzają to nasze wyniki uzyskane dla próbek FZ (Rys. 2), linia ta jest wyraźnie widoczna. W naszych badaniach udało się nam również zaobserwować ta linię w próbce MCz wygrzanej w 550 K (Rys. 3). Pojawieniu się linii J w próbce MCz towarzyszy znaczne obniżenie intensywności linii W (Rys. 4) co świadczy o tym, że proces wychwytu ekscytonów swobodnych przez te defekty jest procesem konkurencyjnym. Rys.2. Widmo PL w T = 15K dla próbki FZ3e15 naświetlonej dawką neutronów n/cm 2 i poddanej kolejno jednogodzinnemu wygrzewaniu izochronalnemu w zakresie temperatur 335 K 613 K. Fig. 2. Isochronal annealing of defect-related PL spectra at T=15K for FZ-Si irradiated with a neutron fluence of n/cm 2. Ze wzrostem temperatury wygrzewania wzrasta ilość linii emisyjnych pochodzących od defektów radiacyjnych. Większość z tych linii jest obecnie znana [2], a ich oznaczenia są zgodnie z ogólnie przyjętą notyfikacją [2]. Emisja przy ev oznaczona jako Rys. 4. Widmo PL w T = 15K dla próbki MCz FZ3e15 naświetlonej dawką neutronów n/cm 2 i poddanej kolejno jednogodzinnemu wygrzewaniu izochronalnemu w zakresie temperatur 335 K 613 K. Fig. 4. PL at T-15Kspectra for MCz-Si irradiated with fluence n/cm 2 after annealing at 550K and 580K for 1 h. 5

6 Własności linii W w MCz-Si i FZ-Si naświetlanym neutronami Linia ev znika dla próbki MCz po dalszym wygrzaniu w wyższej temperaturze gdy ruchliwe stają się atomy tlenu. To sugeruje, że atomy tlenu reagują z sześcio-wakansowym kompleksem. To wyjaśniałoby w pewien sposób brak tej emisji w próbkach krzemowych otrzymywanych metoda Czochralskiego, w których koncentracja tlenu zwykle znacznie przekracza at/cm 3 czyli jest znacznie wyższa niż w naszych próbkach MCz. Nasze sugestie dotyczące oddziaływania kompleksu V 6, czyli tzw. defektów voids, z atomami tlenu zgodne są z ogólnie przyjęta interpretacją, że ściany tych defektów chętnie obsadzane są przez atomy tlenu i w ten sposób stanowią zarodki dla wytrącania się atomów tlenu w krzemie [11]. Znikaniu linii ev w wyższych temperaturach towarzyszy równocześnie pojawienie się linii ev. Jest to zgodne z wcześniejszymi sugestiami, że linia ta występuje jedynie w przypadku krzemu bogatego w tlen [2]. Bardzo słaba emisję przy ev obserwujemy również w naszych próbkach FZ po wygrzaniu w T 510 K,, w których koncentracja tlenu była rzędu at/cm 3. Linia PL przy ev widoczna jest zarówno w próbkach FZ jak MCz po wygrzaniu w T 510 K. Ostatnie badania interpretuję obecność tej emisji jako związanej z rekombinacją ekscytonów związanych z defektem składającym się z czterech międzywęzłowych atomów Si, I 4, [7.12]. Jej intensywność rośnie wraz ze wzrostem temperatury wygrzewania. W badanym zakresie temperatur w widmie PL zarówno w próbce FZ jak i MCz dominuje linia leżąca przy ev (Rys. 2-3) znana jako linia W. Temperaturowa zależność intensywności linii W w zakresie od 12 K do 90K dla próbki FZ i MCz przedstawiona jest odpowiednio na Rys Ze wzrostem temperatury intensywność początkowo lekko spada do 35K, a następnie rośnie do ~ 50 K. Gwałtowne gaszenie intensywności linii ev obserwuje się dla T > 50 K wskutek dysocjacji stanu ładunkowego defektu odpowiedzialnego za tą emisję. Obserwowany wzrost intensywności emisji ev w zakresie do 50 K jest wynikiem dysocjacji ekscytonów związanych z płytszymi centrami defektowymi, o energii termicznej aktywacji E t < E, co zwiększa prawdopodobieństwo ich wiązania przez centra odpowiedzialne za emisję ev. Wyniki symulacji komputerowej (linia przerywana na Rys. 5 lub ciągła na Rys. 6) dla temperaturowej zależności intensywności linii W próbki FZ i MCz przedstawione są odpowiednio na Rys Średnia wartość termicznej energii dysocjacji stanu defektu odpowiedzialnego za linię W wyliczona w procesie symulacji wynosiła E = 52 mev +/-5 mev przy założeniu, że energia E t = 14.3 mev i E exc = 4meV. Wartość E t = 14.3 mev jest bliska wartości energii 6 Rys. 5. Temperaturowa zależność scałkowanej intensywności linii ev dla próbki FZ naświetlonej dawką neutronów n/cm 2 i wygrzanej w T = 553K przez okres 1h. Kółka reprezentują dane eksperymentalne, a linia przerywana symulacje komputerowa zgodnie ze wzorem (1) Fig. 5. Temperature-dependent properties of the integrated intensity of W line for FZ-Si irradiated with a fluence of n/cm 2 and annealed at 553 K for 1h. Full circles represent experimental data and dashed line is a fitted curve. The values of the energies used for fitting are also presented in the figure. Rys. 6. Temperaturowa zależność scałkowanej intensywności linii ev dla próbki MCz naświetlonej dawką neutronów 1e16 n/cm 2 i wygrzanej w T = 513 K przez okres 1h. Gwiazdki reprezentują dane eksperymentalne, a linia ciągła symulacje komputerowa zgodnie ze wzorem (1). Fig. 6. Temperature-dependent properties of the integrated intensity of W line for Cz-Si irradiated with a fluence of n/cm 2 and annealed at 513 K for 1h. Full stars represent experimental data and dashed line is a fitted curve. The values of the energies used for fitting are also presented in the figure. wiązania dla swobodnego ekscytonu [9], co oznacza, że obserwowany wzrost intensywności linii W związany jest dysocjacją centrów o energii jonizacji

7 B. Surma, A. Wnuk E t, która w naszym przypadku jest równa energii wiązania ekscytonów swobodnych. Wyliczona z położenia energetycznego zerofononowej (ZFL) linii W energia wiązania ekscytonu z defektem I 3 wnosi mev. Jest to sytuacja analogiczne do innych przypadków wiązania ekscytonów z głębokimi defektami [14]. Defekty tego typu zachowują się jak centrum o charakterze przejściowym posiadającym zarówno cechy defektu płytkiego jak i głębokiego. W tym przypadku jeden ze składników ekscytonu związany jest słabo, a drugi silniej. Biorąc pod uwagę, że energia rekombinacji promienistej dla linii W jest o 151 mev mniejsza od energii przerwy energetycznej oraz, że energia termicznej jonizacji słabo związanej cząstki wchodzącej w skład ekscytonu wynosi ~ 52 mev można oszacować, że energia silnie związanej cząstki wynosi około 100 mev. Ta wartość jest w zgodności z teoretycznymi wyliczeniami [6], sugerującymi, że defekt składający się z trzech atomów międzywęzłowych powinien zachowywać się jak pseudo- -donor (0/+) z poziomem około 100 mev leżącym w pobliżu pasma walencyjnego (E v ev). Takie centrum defektowe działa jako pułapka dziurowa. Dziura wiązana jest poprzez krótko-zasięgowy potencjał, a następnie w polu Kulombowskim dziury wychwytywany jest elektron. Wzrost koncentracji dziur wynikający z rozpadu wolnych ekscytonów zwiększa koncentrację zapułapkowanych dziur a w konsekwencji i elektronów na defekcie odpowiedzialnym za linię W i obserwujemy wzrost intensywności linii W. Schematycznie ten proces jest przedstawiony na Rys. 7. Prezentowany model jest podobny do publikowanego wcześniej modelu dla procesu rekombinacji promienistej dla centrum defektowego o charakterze akceptorowym [14]. Dobre dopasowanie dla wzrostu intensywności linii W w zakresie 30 K 50 K uzyskano poprzez uwzględnienie dysocjacji swobodnych ekscytonów z energią wiązania 14.3 mev. Dysocjacja swobodnych ekscytonów prowadzi do zwiększenia koncentracji swobodnych dziur i elektronów w paśmie walencyjnym i przewodnictwa, które mogą być następnie wychwycone przez głębsze defekty i prowadzić do zwiększonej emisji związanej z tymi defektami. Powolny spadek intensywności linii W pomiędzy 15 K i 35 K może być wyjaśniony poprzez fakt, że wraz ze wzrostem temperatury prawdopodobieństwo obsadzenia stanu podstawowego przez ekscyton maleje. Można się spodziewać, że część ekscytonów obsadza stany wzbudzone. W takim przypadku powinna się pojawić dodatkowa emisja w pobliżu linii W, która jak do tej pory nie została jednak zaobserwowana. Możliwe jest, że zero-fononowe przejścia ze stanu wzbudzonego są zabronione. Ponadto zerofononowej linii W w widmie PL towarzyszy intensywne widmo pochodzące od rekombinacji ekscytonów związanych z udziałem fononów świadczące o silnym sprzężeniu elektron-fonon. Wraz ze wzrostem temperatury udział fononów w procesie rekombinacji rośnie. Z tego powodu wartość energii E exc = 4 mev nie należy dosłownie traktować jako energię stanu wzbudzonego ekscytonu względem jego stanu podstawowego, ale jako efektywny parametr odzwierciedlający obserwowane eksperymentalne zmiany intensywności linii W zachodzące w wyniku różnych złożonych procesów. Rys. 7. Schematyczny diagram procesu rekombinacji promienistej dla centrum defektowego związanego z emisją linii W. Fig. 7. Schematic energy level diagram for the radiative recombination at the donor-like centre responsible for W emission. Rys. 8. Wpływ jednogodzinnego izochronalnego wygrzewania na intensywność linii W dla kilku wybranych próbek naświetlanych różnymi dawkami neutronów. Fig. 8. One-hour isochronal annealing of the W line intensity for neutron-irradiated FZ-Si and Cz-Si samples. The values of the neutron fluence are presented in the figure. 7

8 Własności linii W w MCz-Si i FZ-Si naświetlanym neutronami Na Rys. 8 przedstawiona jest zmiana intensywności linii W w procesie jednogodzinnego izochronalnego wygrzewania w zakresie 300 K- 630 K. Przedstawiony na rys. 9 wykres Arhenius a dla procesu gaszenia linii W wraz ze wzrostem temperatury wskazuje, że proces ten zachodzi z energią 0.31 ev. Ta wartość jest bliska energii aktywacji dla dyfuzji wakansów. Ten wynik sugeruje, że anihilacja emisji przy ev zachodzi w procesie oddziaływania wakansów z międzywęzłowymi atomami krzemu, które tworzą defekt I 3. Podobną interpretację sugerowano w pracy [2] z badań pozytronowych. Rys. 9. Wykres Arrhenius a dla intensywności linii W w procesie isochronalnego wygrzewania dla próbki FZ naświetlonej dawką n/cm 2 Fig.9. Arrhenius plot of the intensity of W line for FZ sample irradiated with dose n/cm 2 and subjected to the isochronal annealing. Energia termicznej gaszenia intensywności linii W w procesie isochronalnego wygrzewania określona z krzywej Arrhenius a wynosiła 0.3eV (Rys. 9) i jest zbliżona do energii aktywacji dla dyfuzji wakansów. Wynik ten sugeruje, że za wygaszanie emisji przy ev może być odpowiedzialne oddziaływanie kompleksu składającego się z trzech miedzywęzłowych atomów krzemu z wakansami. Podobne wyjaśnienie dla tego procesu proponowane było przez autorów pracy [2] w oparciu o badania pozytronowe. 5. PODSUMOWANIE Technika fotoluminescencji została zastosowana do badania własności linii W oraz linii I 4 w próbkach naświetlanych neutronami dawką n/cm n/cm 2. Określona z wykresu Arhenius a energia procesu odpowiedzialnego za gaszenie linii 8 W związanej z obecnością defektu I 3 (utworzonego przez trzy międzywęzłowe atomy krzemu) wynosiła 0.31 ev. Wartość ta jest bliska energii aktywacji dla dyfuzji wakansów. Ten wynik sugeruje, że za rozpad defektów I 3 odpowiedzialny jest proces dyfuzji wakansów do tego defektu. Z przeprowadzonych badań temperaturowej zależności intensywności linii W określono termiczną energię jonizacji stanu defektowego odpowiedzialnego za emisję ev jako równą 52 mev +/- 5 mev. Emisja 1018 ev została zinterpretowana jako rekombinacja elektronu i dziury w przypadku gdy jedna z cząstek tworzących ekscyton związana jest energią 52 mev, a dziura z energią około 100 mev. Te wartości są w zgodności z teoretycznym modelem sugerującym, że defekt I 3 jest defektem donorowo- -podobnym (0/+), którego poziom donorowy położony jest w odległości około0.1 ev od wierzchołka pasma walencyjnego. Po raz pierwszy udało się nam zaobserwować linię ev również w materiale MCz po wygrzaniu w 550 K. Pojawienie się tej linii prowadzi do zmalenia intensywności linii W (Rys. 4) co świadczy o tym, że są to wzajemnie silnie konkurencyjne procesy pochodzące od rekombinacji ekscytonów związanych z tymi defektami. Nasze wyniki prowadzą do wniosku, że dekoracja defektu V 6 atomami tlenu jest odpowiedzialne za brak linii ev w materiale Cz. LITERATURA [1] Minaev N. S., Mudryi A. V., Tkachev V. D.: Phys. Status. Solidi B, 108, 2, (1981), K89-K94 [2] Davies G., Hayama S., Murin L., Krauze-Rehberg R., Bondarenko V., Sengupta A., Davia C., Karpenko A.: Phys. Rev. B,, 73, 16, (2006), [3] Davies G., Lightowlers E. C., Ciechanowska Z.: J. Phys. C: Solid State Phys., 20, 2, (1987), [4] Bürger N., Thonke L., Sauer R.: Phys. Rev. Lett., 52, 18, (1984), [5] Nakamura M., Nagai S., Aoki Y., Naramoto H.: Appl. Phys. Lett., 72, 11, (1998), [6] Coomer B. J., Goss J. P., Jones R., Ösberg S., Briddon P. R.: Physica B, , (1999), [7] Pierreux D., Stesmans A.: Phys. Rev. B, 71, 5, (2005), [8] Schultz P. J., Thompson T. D., Elliman R. G.: Appl. Phys. Lett., 60, 1, (1992), [9] Davies G.: Phys. Rep., 176, 3, (1989),

9 K. Bieńkowski, M. Gdula [10] Hourahine B., Jones R., Őberg S., Briddon P. R., Estreicher S. K.: Phys. Rev. B, 61, 19, (2000), [11] Gao M., Duan X. F., Peng L. M., Li J.: Appl. Phys. Lett., 73, 73, (1998), [12] Coomer B. J., Goss J. P., Jones R., Ösberg S., Briddon P. R.: J. Phys. Condens. Matter., 13, 1, (2001), L1-L7 [13] E. Iron, N. N. Burger, K. Thonke and R. Sauer, J. Phys. C: Solid State Physics, vol.1, no. 26, pp , Sept [14] Safonov A. N., Lightowlers E. C.: Mat. Sci. Engineering B, 58, 1-2, (1999), [15] Rodriguez F., Davies G., Lightowlers E. C.: Radiat. Eff. Defect Solids, 149, (1999), 141 KRÓTKIE WPROWADZENIE DO TEMATYKI OGNIW FOTOELEKTROCHEMICZNYCH Krzysztof Bieńkowski, Marta Gdula Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, ul. Wólczyńska 133, Warszawa Jednym z wyzwań stojących obecnie przed ludzkością jest produkcja czystej energii ze źródeł odnawialnych. Jedną z alternatyw jest wodór produkowany z rozkładu wody za pomocą energii słonecznej w ogniwach fotoelektrochemicznych (PEC). W artykule pokrótce autorzy wprowadzają czytelnika w tematykę PEC. Przedstawiony zostaje obecny stan wiedzy i rozwiązania. Obecnie wymagania wobec PEC są łatwe do sformułowania, ale spełnienie ich wszystkich jest jednym z wyzwań które stoją przed badaczami. W artykule zostały przedstawione również dziedziny w których poszukiwania wydają się niezbędne aby osiągnąć sukces w rozkładzie wody. Słowa kluczowe: ogniwo fotoelektrochemiczne, fotoanoda, półprzewodnik, elektrochemia Short introduction to photo-electrolysis cells One of the challenges currently facing before humanity is the production of clean renewable energy. One alternative is the decomposition of hydrogen produced from water using solar energy in photo electrolysis cells (PEC). In this article the authors briefly introduce the reader to the theme of the PEC. Introduced a current state of the knowledge and solutions. Currently, the requirements for the PEC are easy to formulate, but the fulfillment of them all is one of the challenges facing researchers. The article presents the areas in which the search appears to be necessary to achieve success in the distribution of water. Keywords: photo electrolysis cells, photoanodes, semiconductor, electrochemistry 1. WSTĘP Do Ziemi dociera promieniowanie słoneczne (Rys. 1) [1] zbliżone widmowo do promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze ~ 5700K. Przed wejściem do atmosfery moc promieniowania jest równa 1367 W/m² mierzona na powierzchni prostopadłej do promieniowania słonecznego. Część tej energii jest odbijana i pochłaniana przez atmosferę, do powierzchni Ziemi w słoneczny dzień dociera około 1000 W/m². W 1875 Juliusz Verne w książce Tajemnicza Wyspa ustami inżyniera Cyrusa Smitha stwierdza Tak, moi przyjaciele, wierzę, że woda będzie kiedyś naszym paliwem, wodór i tlen, które ją tworzą, używane osobno lub razem, będą niewyczerpanym źródłem światła i ciepła [..]. Woda jest węglem przyszłości. [2] To wizjonerskie stwierdzenie jest obecnie potwierdzane. Wodór uważany jest za paliwo niemal 9

10 Krótkie wprowadzenie do tematyki ogniw fotoelektrochemicznych Rys. 1. Widmo promieniowania słonecznego (5% UV, 46% VIS, 49% IR). Rys. 1. The spectrum of solar radiation (5% UV, 46% VIS, 49% IR). idealne. W 1995 roku Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne poprosiło uznanych naukowców o określenie Holy Grails w chemii. Allan J. Bard, jeden z ojców nowoczesnej foto-elektrochemii, zdefiniował jeden Graal Potrzebujemy wydajnego, długo żyjącego systemu do rozkładu wody do wodoru i tlenu za pomocą światła słonecznego [ ]. Wydajność tego systemu musi wynosić co najmniej 10% [3]. 2. GOSPODARKA WODOROWA Wodór jest idealnym nośnikiem energii (w porównaniu z elektrycznością) ponieważ: może być produkowany z elektryczności i produkować elektryczność z relatywnie dużą wydajnością, głównym materiałem do produkcji wodoru jest woda, jest odnawialnym źródłem energii, może być przechowywany jako gazowy, wodny lub stały wodorek, może być transportowany na duże odległości przez gazociągi lub tankowce, może być konwertowany na inne formy energii na więcej sposobów i wydajniej niż inne paliwa, jest nieszkodliwy dla środowiska (nie produkuje zanieczyszczeń przy przechowywaniu, transportowaniu przeróbce). Obecnie wodór wytwarzany jest w procesach przetwarzania paliw kopalnych Rys. 2 [4]. Wodór otrzymany z paliw kopalnianych ma czystość ~ 98%, wodór otrzymany zaś w procesie elektrolizy ma czystość 99,99% [5]. 10 Rys. 2. Główne źródła wytwarzania wodoru. Fig. 2. Main sources of fabricating of hydrogen. Rozkład wody można przeprowadzić wieloma metodami: zwykłą elektrolizą np. [6], fotoelektrolizą (photo-electrolysis cell, PEC) np. [7], metodą termolizy np. [8-9], biofotolizy np. [10]. Wszystkie metody są rozwijane, ale autorzy skupią się na najbardziej ich zdaniem obiecującej fotolelektrolizie. W artykule przedstawione są systemy do fotolizy wody wykorzystujące promieniowanie słoneczne. Systemy te to ogniwa PEC. Jedną z głównych motywacji pracy nad PEC są przewidywania dotyczące przyszłości gospodarki wodorowej [11-14]. Wodór jest idealnym nośnikiem do gromadzenia i dystrybucji energii z takich źródeł odnawialnych energii jak energia słoneczna, wiatru, geotermiczna, wodna oraz inne. Używając ogniw paliwowych albo zwykłych silników wodór może być zamieniony na moc albo ciepło bez emisji tlenków węgla i głównym produktem będzie woda. 3. FOTOELEKTROLIZA WODY Idea ogniw fotoelektrochemicznych jest bardzo zbliżona do idei fotowoltaicznych ogniw słonecznych materiał półprzewodnikowy absorbuje światło słoneczne, tylko w PEC energia promieniowania przekształcana jest na energię chemiczną. Powstała para elektron-dziura reagują z elektrolitem i powodują powstanie wodoru i tlenu. Schemat ogniwa przedstawia Rys. 3a [4]. Foton zaabsorbowany w półprzewodniku typu n generuje elektron i dziurę. Dziura utlenia wodę i powstaje tlen - jest to proces przebiegający na fotoanodzie, zaś elektron na katodzie redukuje wodę i powstaje wodór. Minimalna energia potrzebna aby proces ten zaszedł wynosi 237 kj/mol, taką minimalną energię powinien posiadać zaabsorbowany foton. Minimalne napięcie elektrolizy wody to 1,23 V i jest to napięcie teoretyczne dla układu idealnego

11 K. Bieńkowski, M. Gdula Rys. 3. Schemat pasma przewodnictwa i pasma zabronionego dla fotoanod w PEC a) ogólny schemat b) schemat dla TiO 2. Skala potencjałów jest podana w odniesieniu do standardowej elektrody wodorowej (SEW). Fig. 3. Scheme of conducting band and valence band for photoanods in PEC a) general scheme; b) scheme for TiO 2. The scale of the potentials is given in relation to the standard hydrogen electrode (SHE). Scheme 1. Reakcje elektrodowe, oraz podstawowe dane termodynamiczne procesu fotolizy wody [17]. Schemat 1. Electrode reactions, and the basic thermodynamic data. (standardowy potencjał odwracalny). Aby proces zachodził musi nastąpić przepływ ładunku, czyli prądu elektrycznego. Napięcie jest sumą potencjału procesu odwracalnego i wszystkich nadnapięć w układzie (nadnapięcie w elektrochemii to różnica między wartościami potencjału danego półogniwa gdy płynie przez nie prąd elektryczny i gdy pozostaje ono w równowadze). 11

12 Krótkie wprowadzenie do tematyki ogniw fotoelektrochemicznych 4. RODZAJE OGNIW FOTOELEK- TROCHEMICZNYCH Ogniwa fotoelektrochemiczne dzielimy na kilka rodzajów [4]: fotoelektrolizery (photoelectrolysis cell) Obie elektrody są zanurzone w tym samym roztworze i nie ma zewnętrznego napięcia oddzielającego powstające nośniki fotoelektrolizery wspomagane (photo-assisted electrolysis cell) Najczęściej spotykanym wspomaganiem jest zewnętrzne napięcie odseparowywujące od siebie powstającą parę dziura-elektron, aby zwiększyć wydajność reakcji elektrolizy oraz zwiększyć jej prędkość. Inne rodzaje wspomaganych PEC to: Chemicznie wspomagane elektrolizery: Na przykład jedna elektroda TiO 2 jest zanurzona w KOH, druga elektroda Pt jest zanurzona w HCl. Zmniejsza to napięcie fotoelektrolizy i zwiększa jej szybkość [ 15 ]( trzeba jednak zaznaczyć, że odbywa się to kosztem ciepła neutralizacji). PEC z fotouczulaczami: Fotouczulacze absorbują światło i wpychają powstający ładunek do pasma przewodnictwa półprzewodnika, na którym są zaadsorbowane [16] Układy tandemowe: ogniwo słoneczne - elektrolizer. Fotowoltaiczne ogniwo słoneczne, w których powstający prąd jest przekazywany do standardowych elektrolizerów. Modyfikacją tego układu jest tandem ogniwo foto-elektrochemiczne i ogniwo słoneczne, którego napięcie odseparowywuje ładunki generowane w PEC. 5. BUDOWA OGNIWA PEC I POD- STAWOWE WYMAGANIA WO- BEC STOSOWANYCH MATE- RIAŁÓW Pierwszym półprzewodnikiem wykorzystanym jako fotoanoda był dwutlenek tytanu [44]. Położenie pasma przewodnictwa i pasma zabronionego przedstawia schemat na Rys. 3b [17]. Pasmo przewodnictwa (CB) jest położone powyżej potencjału tworzenia wodoru, zaś pasmo walencyjne (VB) poniżej potencjału tworzenia tlenu. Przerwa energetyczna dla TiO 2 w formie anatazu wynosi 3.2 ev (3.0 ev dla rutylu). Obok przerwy energetycznej dla dwutlenku tytanu umieszczona została skala teoretycznego ogniwa 12 w którym zachodzi fotoliza wody. Przerwa takiego idealnego układu to 1.23 ev. Umieszczone zostały również na rysunku potencjały przy których zachodzi redukcja i utlenianie wody. Materiał półprzewodnikowy, z którego wykonane mają być elektrody PEC powinien spełniać następujące warunki [17]: a) wydajnie absorbować światło słoneczne i generować wystarczająco wysokie fotonapięcie (więcej niż 1.9 V), aby rozkładać wodę, b) powierzchnia półprzewodnika musi umożliwiać wydzielanie gazów - produktów rozkładu wody, c) musi być stabilne w roztworze, musi również być tani w produkcji przemysłowej. Obecnie rekord wydajności dzierżą ogniwa wielozłączowe (multijunction) wytworzone w National Renewable Energy Laboratory (NREL) których zmierzona wydajność wynosi 16% [18], niestety ogniwo to nie jest stabilne i ulega degradacji podczas pracy oraz cena jego wytworzenia jest bardzo wysoka [19]. Ogniwa PEC bazujące na cienkich warstwach są znacznie tańsze, ale ich wydajność jest znacznie mniejsza i wynosi ok. 3-5% [20-21]. 6. PROCESY ELEKTRODOWE W PEC Procesy elektrodowe zachodzące na obu elektrodach PEC [17, 22] składają się z kilku etapów, które można podzielić na procesy dyfuzji substratu do elektody, reakcje fotolizy i usunięcia produktów reakcji. Standardowa entalpia swobodna Gibbsa reakcji rozkładu wody jest dodatnia ( kj/mol), co oznacza, że proces rozkładu wody wymaga dostarczenia energii. Napięcie rozkładu w rzeczywistości jest wyższe i zależy od nadnapięć. Nadnapięcie elektrodowe zależy od energii aktywacji, kinetyki oraz transportu substancji elektrodowych. Reakcje na anodzie są bardziej złożone i skomplikowane, dlatego nadnapięcie na anodzie jest większe. Nadnapięcia związane z przewodnictwem roztworu zależą od właściwości elektrolitu, geometrii elektrod oraz odległości między nimi. Elektroliza czystej wody jest trudna ze względu na znikome przewodnictwo, natomiast elektroliza kwaśnych lub zasadowych roztworów może się wiązać z procesami rozkładu elektrod, ponieważ są to roztwory powodujące korozję. Podsumowując rzeczywiste napięcie potrzebne do rozkładu wody musi być większe niż 1,6-1,9 V [23,24].

13 K. Bieńkowski, M. Gdula W poniższym podziale procesów elektrodowych zostaną podkreślone limitujące cały etap właściwości materiału [17]: 1) Absorbcja fotonu i wytworzenie ładunku (w półprzewodniku). Straty energetyczne związane z absorbcją fotonów zależne są od właściwości półprzewodnika. W PEC złożonych z pojedynczego absorbera (tylko jedno złącze) fotony o energii mniejszej niż przerwa zabroniona nie są pochłaniane, fotony o energii większej są pochłanianie z szybkością odpowiadającą przejściom w półprzewodniku. Półprzewodniki z przerwą prostą (ang. direct) pochłaniają fotony wydajniej niż półprzewodniki z przerwą skośną (ang. indirect). Półprzewodniki z szeroką przerwą generują mały fotoprąd ze względu na małe pochłanianie światła widzialnego, natomiast półprzewodniki z małą przerwą pochłaniają dużo fotonów ale proces rekombinacji może być w nich większy niż w półprzewodnikach szerokopasmowych. 2) Separacja ładunku i transport ładunku (w półprzewodniku, granicy półprzewodnik-elektrolit). Proces separacji zależy od dystrybucji ładunków w półprzewodniku oraz na granicy półprzewodnika. Proces transportu zależy od defektów w półprzewodniku oraz innych zjawisk wpływających na ruchliwość nośników. Czas życia wygenerowanej pary ładunków (dziura/elektron) zazwyczaj wynosi kilka mikrosekund (zanim zrekombinują). Przez ten czas muszą zostać odseparowane i przetransportowane do granicy półprzewodnika i tę granicę muszą przekroczyć. Proces ten jest wspomagany przez pole elektryczne w półprzewodniku i na granicy elektrolit/półprzewodnik. Defekty w półprzewodniku i na granicy faz wpływają na rozkład pola elektrycznego i małą ruchliwość ładunku. Jeśli droga, którą ma pokonać ładunek jest duża (albo absorbcja ładunku zachodzi głęboko w półprzewodniku jak w przypadku półprzewodników ze skośną przerwą) to straty związane z transportem ładunku są znaczne. 3) Przejście ładunku (ang. charge extraction) i reakcja elektrochemiczna (tworzenie H 2 oraz O 2 ). Główne czynniki limitujące: niedopasowanie energetyczne, nadpotencjały reakcji wydzielania oraz wolne reakcje elektrodowe. Proces przejścia ładunku przez granicę faz może być wolny albo całkowicie zahamowany w przypadku niedopasowania energetycznego pasm albo gdy kinetyka przeniesienia elektronu elektrolit elektroda (tu należy pamiętać o obu elektrodach: katodzie i anodzie) jest zbyt wolna. Również reakcje konkurencyjne oraz korozyjne powodują straty. 4) Transport substancji w elektrolicie. Obniżanie przewodnictwa, bąbelki gazu na elektrodzie i w elektrolicie (zaburzenia transportu i przysłanianie elektrody) są głównymi procesami limitującymi ten etap. Dokładna dyskusja wszystkich procesów jest bardzo dobrze przedstawiona w wielu pracach m.in. Bak [25], Bard [26], Nozik [27], Pleskov [28], Rajeshwar. [29]. W standardowych jednozłączowych PEC, (złożonych z jednego materiału półprzewodnikowego), maksymalna możliwa wydajność fotokonwersji jest ograniczona wielkością przerwy zabronionej półprzewodników. Zależność ta została przedstawiona na Rys. 4. [30]. Dla półprzewodnika o przerwie zabronionej 500 nm maksymalna teoretyczna wydajność wynosi ok. 8%, zaś dla materiału o przerwie 600 nm wydajność teoretyczna wynosi 18%. Rys. 4. Maksymalna wydajność dla jednozłączowego PEC. Fig. 4. Maximum efficience for single junction PEC. Wyniki podawane są dla AM 1,5 (Air Mass 1,5 jest to standard który opisuje warunki nasłonecznienia panujące w bezchmurny dzień, gdy promienie słoneczne padają na powierzchnię ziemi pod kątem 41,81, ogniwo nachylone jest do powierzchni ziemi pod kątem 37 ). Na ogół zakłada się, że minimalna wielkość przerwy zabronionej odpowiada długości fali 610 nm, jest to związane z nadnapięciami procesu. Zatem materiały z mniejszą przerwą zabronioną nie powinny być stosowane do rozkładu wody. Aby ominąć to ograniczenie trwają prace nad stworzeniem układów wielozłączowych. Jednym z rozwiązań mających umożliwić zwiększenie 13

14 Krótkie wprowadzenie do tematyki ogniw fotoelektrochemicznych wydajności PEC jest połączenie dwóch lub więcej półprzewodników. Przykład taki to np. TiO 2 (przerwa zabroniona 3 ev) z CdS (przerwa zabroniona 2.42 ev) [31]. Zgodnie ze schematem przedstawionym na Rys. 5 [17] maksymalna możliwa wydajność takiego układu może wynosić 5%. Półprzewodnik o większej przerwie zabronionej na schemacie to górne ogniwo, zaś półprzewodnik o mniejszej przerwie to dolne ogniwo. Rys. 5. Wykres maksymalnej teoretycznej wydajności PEC złożonego z dwóch materiałów półprzewodnikowych. Przerwy energetyczne są podane w elektronowoltach a wydajności w procentach. Fig. 5. Graph of the maximum theoretical efficiency of PEC consists of two semiconductor materials. Bandgaps are given in electron and efficiency in percentage. Aby uzyskać większą wydajność oba półprzewodniki muszą mieć przerwę zabronioną poniżej 2,2 ev. Niestety układy tego rodzaju do tej pory badane są nietrwałe i rozkładają się podczas procesu elektrolizy. 7. MATERIAŁY, KTÓRE OBECNIE SĄ BADANE JAKO FOTOANO- DY W PEC Tlenek Wolframu (WO 3 ): Obecnie najbardziej obiecujący, koń pociągowy w fotoelektrochemii np. [ 32, 33 ] Niestety przerwa energetyczna WO 3 (2,5 ev) jest stosunkowo duża i limituje maksymalną wydajność. Obecnie główne prace skoncentrowane są nad stworzeniem układów złożonych [34] oraz wykorzystaniem nanotechnologii i fotoniki [35]. Tlenek Żelaza (Fe 2 O 3 ): Jest stabilny w warunkach fotolizy, tani i ma prawie idealną przerwę energetyczną (2,1 ev), niestety słabo absorbuje światło, czas życia nośników jest krótki i nie docierają one do granicy półprzewodnik-elektrolit. Obecnie trwają prace, aby rozwiązać te problemy np. [36-37]. 14 Amorficzne struktury krzemowe (węgliki krzemu, azotki krzemu): Niedawno zaprezentowano wykorzystanie tych związków w PEC. Obecnie te materiały jeszcze nie są stabilne, ale cena i łatwość wytwarzania ukazują te materiały jako bardzo obiecujące np. [38-39] Miedziowe związki złożone (np. CuFeS 2 ): Są to najlepsze absorbery energii słonecznej, szeroko stosowane w ogniwach słonecznych [40]. W związku CuGaSe 2 zmierzono fotoprąd 13 ma/cm 2 [41]. Niestety te związki są niestabilne podczas procesu rozkładu wody. Nanostruktury z siarczków wolframu i molibdenu: Materiały te mają przerwę zabronioną ~ 1,2 ev. Gdy tworzone one są z nich nanostruktury przerwa ta ulega zwiększeniu i możemy zastosować je do rozkładu wody. Obecnie trwają prace nad stabilizacją ich w warunkach reakcji rozkładu wody [42]. Półprzewodniki III-V: Kryształy półprzewodnikowe złożone z galu, indu, fosforu oraz arsenu (GaInP 2 /GaAs) są od dawna badane i wykazują dobre właściwości przy rozkładzie wody. Niestety cena wytworzenia i niekorzystne warunki pracy (m. in. słaba odporność na korozję) powodują, że materiały te są ciągle badane [43]. Tytaniany: Materiały, od których się wszystko zaczęło [44]. Jedyne materiały, jak do tej pory, na których zaobserwowano równoczesne wydzielanie tlenu i wodoru [45-46]. Obecne badania zmierzające do tworzenia złożonych tlenków i domieszkowania tych szerokopasmowych półprzewodników wydają się najbardziej obiecujące [47-48]. Obecnie główne zadania, przed którymi stoją naukowcy to [17]: - stworzenie standardowych testów i schematu badań materiałów będących kandydatami na PEC [49], - opracowanie zaawansowanych metod charakteryzacji materiałów na PEC oraz granic międzyfazowych, - opracowanie nowych teoretycznych modeli opisujących PEC, w szczególności umożliwiających identyfikacje optymalnych materiałów i ich właściwości [50-51], - stworzenie i rozwój technik umożliwiających syntezę i badanie nowych materiałów półprzewodnikowych o odpowiedniej przerwie energetycznej i właściwościach [52,53], - stworzenie i przeanalizowanie możliwości wprowadzenia na rynek systemów PEC, stworzenie mechanizmów informacji zwrotnej oraz metod ewaluacji wprowadzanych systemów.

15 K. Bieńkowski, M. Gdula 9. BADANIA NAD PEC W INSTY- TUCIE TECHNOLOGII MATE- RIAŁÓW ELEKTRONICZNYCH (ITME) W ITME rozwijana jest technologia wytwarzania fotoanod z wykorzystaniem eutektyków. Eutektyki umożliwiają wytwarzanie złożonych struktur z dwóch faz, które są monokryształami [54]. Zespół dr Pawlak jako jeden z nielicznych w Europie, zajmuje się wytwarzaniem kryształów eutektycznych. Kryształy wytwarza się z zastosowaniem metody mikrowyciągania [54]. Jedna faza eutektyku tworzy mikro-struktury których wielkość zależy od prędkości wyciągania kryształu. Wszystkie te struktury są monokryształami rosnącymi w tym samym kierunku krystalograficznym. Druga faza stanowi matrycę dla struktur z pierwszej fazy i również jest monokryształem. Tytaniany niklu i strontu (NiTiO 3, SrTiO 3 ) tworzą eutektyki z tlenkiem tytanu. Kryształy z tych eutektyków zostały wytworzone z zastosowaniem specjalnego tygla o prostokątnej kształtce, który umożliwia wytwarzanie materiału półprzewodnikowego o dużej powierzchni. Jest to bardzo ważne, ponieważ możliwość wytwarzania taśm z tych półprzewodników gwarantuje niskie koszty wytwarzania. Jest to jedno z ważniejszych kryteriów przemysłowych. Wstępne badania fotoprądu w badanych ogniwach wskazują, że oba materiały są bardzo obiecujące i możliwe będzie ich zastosowanie w PEC. Kryształ SrTiO 3 TiO 2 wykazuje fotoprąd rzędu 8 ma/cm 2 zaś kryształ NiTiO 3 TiO 2 fotoprąd rzędu 3 ma/cm 2 (lampa Xe-Hg 150 W). Jednym z problemów nad którymi zespół się koncentruje jest wytworzenie cienkich elektrod, aby zmniejszyć rekombinację. Dużym wyzwaniem w wytwarzaniu elektrod z zastosowaniem tych kryształów jest wytworzenie kontaktu omowego oraz zapewnienie stabilności tego kontaktu podczas pracy elektrody. Badania przeprowadzone przez autorów pokazują szerokie możliwości zastosowania eutektyków w dziedzinie konwersji energii słonecznej. Dalsze prace przewidują wytworzenie kryształów z eutektyków o mniejszej przerwie zabronionej aby zwiększyć wydajność konwersji energii. PODSUMOWANIE Przyszłość naszej gospodarki zależy od energii. Czy będziemy w stanie wytworzyć odpowiednią ilośćenergii w sposób stabilny i nieszkodliwy dla naszego środowiska? Wodór jest rozwiązaniem dla nas i naszego przemysłu. Ogniwa fotoelektrochemiczne stają się alternatywą dla obecnych źródeł energii. Obecnie wszyscy liczący się producenci samochodów pracują nad samochodami napędzanymi paliwem wodorowym. Możliwość produkcji paliwa w trakcie jazdy staje się dzięki ogniwom fotoelektrochemicznym realną perspektywą, którą przybliży zastosowanie opracowywanych przez nas materiałów eutektycznych. Podziękowania Autorzy pragną podziękować Fundacji na rzecz Nauki Polskiej za dofinansowanie badań w ramach Działania 1.2 Wzmocnienie potencjału kadrowego nauki Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka. LITERATURA [1] [2] Verne J. Tajemnicza Wyspa (tłumaczenie własne) [3] Bard A. J., Fox M.A.: Artificial photosynthesis: solar splitting of water to hydrogen and oxygen. Acc. Chem. Res., 28, (1995), [4] Grimes C. A., Varghese O. K., Ranjan S.: Light, water, hydrogen: The solar generation of hydrogen by water photoelectrolysis. Springer, 546 s., (2008) [5] Yurum Y., Hydrogen energy system: Production and utilization of hydrogen and future aspects. Springer, (1995) [6] Wendt H.: Electrochemical hydrogen technologies: Electrochemical production and combustion of hydrogen. Elsevier, 1990 [7] Huynh W. U., Dittmer J. J., Alivisatos A. P.: Hybrid nanorod-polymer solar cells. Science, 295, (2002), [8] Schultz K., Herring S., Lewis M., Summers W..A.: The hydrogen reaction. Nucl Eng Int., 50, (2005),10-19 [9] Abanades S., Charvin P., Flamant G., Neveu P.: Screening of water-splitting thermochemical cycles potentially attractive for hydrogen production by concentrated solar energy. Energy. 31, (2006), [10] Volkov A.G., Volkova-Gugeshashvili M.I., Brown- McGauley C.L., Osei A.J.: Nanodevices in nature: electrochemical aspects. Electrochim. Acta, 52 (2007), [11] Ball M., Wietschel M.: The hydrogen economy: Opporunites and challenges. Cambridge press, 2009 [12] Rifkin J.: The hydrogen economy. Tarcher

16 Krótkie wprowadzenie do tematyki ogniw fotoelektrochemicznych [13] Ekins P.: Hydrogen energy: Economics and social challenges. Earthscan, 2010 [14] Turner J. A.: Science: A realizable renewable energy future. 285, (1999), [15] Bak T., Nowotny J., Rekas M., Sorrell C.C.: Photoelectrochemical properties of the {TiO 2 -Pt} system in aqueous solutions. Int. J. Hydrogen Energy, 27, 2002, [16] El Zayat M.Y., Saed M.O., El Dessouki M.S.: Photoelectrochemical properties of dye sensitized Zrdoped SrTiO 3 electrodes. Int. J. Hydrogen Energy, 23, (1998), [17] Vayssieres L.: On olar Hydrogen & Nanotechnology, Singapore, 2009 [18] Khaselev O., Bansal A., Turner J. A.: High-efficiency integrated multijunction photovoltaic/electrolysis systems for hydrogen production. J. of Hydrogen Energy, 26, (2001), [19] Andreev V. M.: Practical Handbook of Photovoltaics: Fundamentals and Applications, Elsevier, 2003 [20] Gratzel M.: Photoelectrochemical cells. Nature, 414, (2001), [21] Marsen B., Miller E. I. Paluselli D. Rocheleau R. E.: Progress in sputtered tungsten trioxide for photoelectrode applications. J. of Hydrogen Energy, 32, (2007), [22] Cardon F., Gomes W. P., Dekeyser W.: Photovoltaic and photoelectrochemica solar energy convesion, Pleum Press, 1981 [23] LeRoy R. L.: Industrial water electrolysis: present and future. Int. J. of Hydrogen Energy, 8, (1984), [24] Dutta S.: Technology assessment of advanced electrolytic hydrogen production. Int. J. of Hydrogen Energy, 15, (1990), [25] Nowotny J., Sorrell C.C., Bak T., Sheppard L.R.: Solar-hydrogen: unresolved problems in solid-state science. Solar Energy, 78, 2005, [26] Bard A. J.: Photoelectrochemistry. Science, 207, (1980), [27] Nozik A. J., Memming R.: Physical chemistry of semiconductor liquid interfaces. J. Phys. Chem., 100, (1996), [28] Pleskov Y. Y., Gurevich Y. V.: Semiconductor photochemistry, Consultants Bureau, 1986 [29] Rajeshwar K. I.: Hydrogen generation at irradiated oxide semiconductor solution interfaces. Appl. Electrochem., 37, (2007), [30] Murphy A. B., Barnes P. R. F., Randeniya L. K., Plumb I. C., Grey I. E., Horne M. D., Glasscock J. A.: Efficiency of solar water splitting using semiconductor electrodes. Int. J. of Hydrogen Energy, 31, (2006), [31] Wen-Tao Sun, Yuan Yu, Hua-Yong Pan, Xian-Feng Gao, Qing Chen, Lian-Mao Peng: CdS quantum dots 16 sensitized TiO 2 nanotube-array photoelectrodes, J. Am. Chem. Soc., 130, (2008), [32] Solarska R, Alexander B.D., Augustyński J.: Electrochromic and photoelectrochemical characteristics of nanostructured WO 3 films prepared by a sol-gel method.comptes Rendus Chimie. vol.9,2006, [33] Santato C., Ulmann M., Augustyński J.: Photoelectrochemical properties of nanostructured tungsten trioxide films. The J. of Phys. Chemistry B. 105, (2001), [34] Cole B., Marsen B., Miller E. L.: Evaluation of nitrogen doping of tungsten oxide for photoelectrochemical water splitting. The J. of Phys. Chemistry C., 112, (2008), [35] Solarska R., Królikowska A., Augustyński J.: Silver nanoparticles-induced photocurrent enhancement at WO 3 photoanodes. Angewandte Chemie Int. Edition., 49, (2010), [36] Miller E.L., Paluselli D., Marsen B., Rocheleau R.E.: Low-temperature sputtered iron oxide for thin film devices. Thin Solid Films, 466, 2004, [37] Duret A., Graetzel M.: Visible light-induced water oxidation on mesoscopic α-fe 2 O 3 films made by ultrasonic spray pyrolysis. The J. of Physical Chemistry B, 109, (2005), [38] Yae S., Kobayashi T., Abe M.: Solar to chemical conversion using metal nanoparticle modified microcrystalline silicon thin film photoelectrode. Solar Energy Materials and Solar Cells. vol.91,2007, [39] Sebastian P.J., Mathews N.R., Mathews X.: Photoelectrochemical characterization of SiC. International J. of Hydrogen Energy, 26, (2001), [40] Bar M., Weinhardt L., Pookpanratana S.: Depth-resolved band gap in Cu(In,Ga)(S,Se) 2 thin films Applied Physics Letters, 93, (2008), [41] Marsen B., Cole B., Miller E. I.: Photoelectrolysis of water using thin copper gallium diselenide electrodes. Solar Energy Materials & Solar Cells, 92, (2007), [42] Jaramillo T.F., Jorgensen K. P., Bonde J.: Science, 317, (2007), [43] Deutsch T.G., Koval C.A., Turner J. A.: Identification of active edge sites for electrochemical H 2 evolution from MoS 2 nanocatalysts. The J. of Physical Chemistry B, 110, (2006), [44] Fujishima A., Honda K.: Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature, 238, (1972), [45] Mavroides J.G., Kafalas J.A., Kolesar D.F.: Photoelectrolysis of water in cells with SrTiO 3 anodes. Applied Physics Letters, 28, (1976), [46] Ellis A.B., Kaiser S.W., Wrighton M.S.; Semiconducting potassium tantalate electrodes. The Journal of Physical Chemistry, 80, (1976),

17 I. Kujawa, R. Buczyński, D. Pysz, R. Stępień, [47] Somasundaram S., Chenthamarakshan C.R., Tacconi N.R., Basit N.A., Rajeshwar K.: Composite WO 3 -TiO 2 films: Pulsed electrodeposition from a mixed bath versus sequential deposition from twin baths, Electrochem. Comm. vol. 8,2006, [48] Tahir A.A., Mazhar M., Hamid M., Wijayantha K. G., Molloy K.C.: Photooxidation of water by NiTiO 3 deposited from single source precursor [Ni 2 Ti 2 (OEt) 2 (micro-oet) 6 (acac) 4 ] by AACVD. Dalton Trans., 21, (2009), [49] Murphy A. B., Barnes P. R. F., Randeniya L. K.: Efficiency of solar water splitting using semiconductor electrodes. Int. J. of Hydrogen Energy, 31, (2006), [50] Huda M.H., Yan Y., Moon C.Y., Wei S.H., Al-Jassim M.M.: Density-functional theory study of the effects of atomic doping on the band edges of monoclinicwo 3. Phys. Rev. B, 77, (2008), [51] Yan Y., Wei S. H.: Doping asymmetry in wide-bandgap semiconductors: Origins and solutions. Physica Status Solidi B Basic Research, 245, (2008), [52] Jaramilo T. F., Baeck S. H., Kleiman Sharsctein A. J.: Automated electrochemical synthesis and photoelectrochemical characterization of Zn 1-x Co x O thin films for solar hydrogen production. Journal of Combinatorial Chemistry, 7, (2005), [53] Woodhous M., Herman G., Parkinson B. A.: Combinatorial discovery and optimization of a complex oxide with water photoelectrolysis activity. Chemistry of Materials, 17, (2005), [54] Pawlak D. A., Turczynski S., Gajc M., Kolodziejak K., Diduszko R., Rozniatowski K., Smalc J.,Vendik I.,: Metamaterials: How far are we from making metamaterials by self-organization? The microstructure of highly anisotropic particles with an SRR-like geometry. Advanced Functional Materials, 20, (2010), Dwójłomne włókna mikrostrukturalne Ireneusz Kujawa, Ryszard Buczyński, Dariusz Pysz, Ryszard Stępień Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, ul. Wólczyńska 133, Warszawa W artykule zaprezentowano wykonane przez nas włókno mikrostrukturalne o symetrii dwuosiowej. Przedyskutowano również sposoby uzyskiwania anizotropii optycznej we włóknach tego typu oraz wpływ parametrów geometrycznych na dwójłomność włókien, ponadto przedstawiono wyniki sy-mulacji struktur o eliptycznych elementach sieci, eliptycznym rdzeniu i prostokątnym przekroju. Wytworzone włókno scharakteryzowano metodą interferometrii spektralnej ze skrzyżowanymi po-laryzatorami. Struktura światłowodu umożliwiła uzyskanie fazowej dwójłomność rzędu 10-4 tj. war-tość zbliżoną do światłowodów PANDA. Słowa kluczowe: światłowód fotoniczny, dwójłomność, własności polaryzacyjne The birefringent microstructured optical fibers We report on the fabrication of birefringent photonic crystal fiber with a photonic cladding composed of elliptical holes ordered in a rectangular lattice. Choice of such configuration allows obtaining birefringence in photonic crystal fibers. In this case two-fold rotational symmetry is achieved and the polarized orthogonal modes (HE 11 and x HE11 ) are not degenerated. We discuss the influence of structural parameters y including the ellipticity of the air holes and the aspect ratio of the rectangular lattice on the birefringence and on the modal properties of the fiber. Keywords: 1. WSTĘP Dwójłomność w światłowodzie fotonicznym powstaje w wyniku anizotropii rozkładu współczynnika załamania światła i jest możliwa do uzyskania w światłowodach o symetrii rzędu m = 2 [1-5]. Dla różnicy efektywnych współczynników załamania dwóch podstawowych i ortogonalnie spolaryzowanych modów (HE 11 y i HE 11x ) dwójłomność można zdefiniować następująco: x y B neff n (1) X effy 2 L gdzie λ jest długością fali światła, zaś β x są β y stałymi propagacji odpowiednich modów polaryzacyjnych; wartość L b nosi nazwę fazowej drogi zdudnień wzdłuż osi z światłowodu. Odzwierciedla ona modulację stanów polaryzacji podczas propagacji światła w strukturze światłowodu na odcinku, po którym fazy ortogonalnie spolaryzowanych modów b 17

18 Dwójłomne włókna mikrostrukturalne różnią się o π/2. Różnica efektywnych współczynników załamania Δn eff dla osi szybkiej i wolnej dla dwuosiowego kryształu fotonicznego silnie zależy od długości światła λ i jest nazywana dwójłomnością fazową. Dwójłomność grupowa G jest definiowana natomiast jako [5]: db G B d 2L 2 (2) gdzie: L reprezentuje długość światłowodu, a Δλ to odległość między maksimami zmian polaryzacji o przesunięciu fazowym 2π dwóch spolaryzowanych modów. Światłowody o dużej dwójłomności mogą zachowywać polaryzację światła. W skrócie nazywa się je światłowodami PMF (Polarisation Maintaining Fiber) [6] lub HB (High Birefringence). Zjawisko utrzymywania stanu polaryzacji wynika z faktu dużej różnicy efektywnych współczynników załamania dla modów polaryzacyjnych HE 11 y i HE 11x, co w efekcie utrudnia ich sprzęganie. 2. RODZAJE WŁÓKIEN MIKRO- STRUKTURALNYCH O SYME- TRII DWUOSIOWEJ Zasadniczo należy wyróżnić trzy główne podejścia, które pozwalają na uzyskanie dwójłomności w dwuwymiarowych kryształach fotonicznych: a) wprowadzenie do struktury dwóch elementów z innego szkła niż reszta włókna, które generują naprężenia (ang. SAPs - Stress Applying Parts). Elementy te zwykle umieszcza się na skrajnych stronach płaszcza fotonicznego lub też jako naprzeciwległe inkluzje zastępujące dwa otwory w pierwszym pierścieniu otaczającym rdzeń włókna (Rys. 1a) analogia do światłowodów PANDA [6-8]. b) wprowadzenie lokalnej modyfikacji rozkładu współczynnika załamania w okolicach rdzenia realizowane poprzez zastosowanie niejednorodnej wielkości otworów lub też ich anizotropowego rozmieszczenia (Rys.1b) [2,9 12]. c) wprowadzenie globalnej anizotropii struktury fotonicznej, którą można uzyskać poprzez zastosowanie eliptycznych otworów, prostokątnej geometrii sieci lub też obu z wymienionych rozwiązań (Rys. 2) [5, 11-17]. Metodą pozwalającą wzmocnić własności polaryzacyjne przedstawionych struktur, jest wprowadzenie powietrznego defektu w fotonicznym rdzeniu włókna 18 Rys. 1. Przykłady dwójłomnych struktur fotonicznych o anizotropii lokalnej możliwych do uzyskania we włóknach: a - anizotropia generowana elementami SAP s; b anizotropia generowana wielkością i rozmieszczeniem elementów sieci Fig. 1. Examples of structure schemes of highly birefringent PCF with locally induced birefringence: a anisotropy generated with stress applying pars; b anisotropy generated by locally modified size or distribution of air holes in the lattice. Rys. 2. Schematy dwójłomnych struktur fotonicznych o anizotropii globalnej Fig. 2. Structure schemes of highly birefringent PCF with globally induced birefringence as a result of shape of holes and lattice structure. In this case regular lattice is assumed with identical atoms multiplied in the lattice [17]. Rozwiązanie takie nie tylko pozwala istotnie wzmocnić dwójłomność światłowodu, co dla przypadku sieci heksagonalnej bardzo dobrze ilustruje Rys.3, ale wpływa także, na jego własności dyspersyjne oraz stwarza szanse na prowadzenie jednego modu polaryzacyjnego.

19 I. Kujawa, R. Buczyński, D. Pysz, R. Stępień, Rys. 4. Włókno typu Air Core Solid Clad zbliżenie (a); subpreforma włókna dwójłomnego z zaimplementowanym otworkiem eliptycznym w części rdzeniowej (b). Fig. 4. Fiber type Air Core Solid Clad (a) core of all- -solid PCF with air hole; (b) photo of rectangular subpreform with elliptical like holes of cladding and little hole in central region 3. ZALETY WŁÓKIEN POSIADA- JĄCYCH ANIZOTROPIĘ GLO- BALNĄ Rys. 3. Zależność wartości dwójłomności fazowej (Δn) od stosunku wielkości środkowego defektu d c do stałej sieci D dla różnych długości fal. Parametry struktury PCF wynoszą D =2,3 μm, d c = 0,8 D, η = 2 [15]. Fig. 3. Relationship of phase birefringent value (Δn) in function of ratio between size of central hole (d c ) in the core and linear fill factor D of photonic lattice for various length of wave [15].. Włókna i preformy z mikrootworkami w części rdzeniowej były już wykonywane w naszej pracowni przykłady takich struktur zaprezentowano na Rys. 4. (a) Dla wysoce anizotropowych światłowodów PCF możliwe jest uzyskanie dwójłomności rzędu 10-3 a nawet 10-2 [16-20]. Maksymalne wartości można uzyskać dla struktury prostokątnej o dwuosiowych elementach sieci. L. Wang wraz z D. Yang zaproponowali rodzinę struktur o dwójłomności między 3, a dla długości światła 1,55 μm. Były to struktury o eliptycznych otworach, eliptycznym rdzeniu i prostokątnej siatce [20]. Jest to bardzo korzystne rozwiązanie, gdyż prostokątna siatka w połączeniu z prostokątnym przekrojem całego światłowodu fotonicznego ułatwia przestrzenną identyfikację osi głównych włókna oraz jego orientację względem mierzonych parametrów zewnętrznych (np. siły nacisku osiowego lub/i siły zginającej) [16-23]. Takie włókna są potencjalnie dobrym materiałem czujnikowym, który można wykorzystać do budowy czujników polarymetrycznych skręceń, naprężeń i ciśnienia [24]. Innym działem zastosowań mogą być badania własności dynamicznych ściśliwości klejów i spoiw, ze szczególnym uwzględnieniem klejów dentystycznych oraz klejów stosowanych w przemyśle elektronicznym, dla których istotne jest ograniczenie kurczliwości i nie wprowadzanie naprężeń w łączonych materiałach. Jednocześnie jednorodność materiałowa zaproponowanego rozwiązania eliminuje w znacznym stopniu czułość włókna na zmiany temperatury występującą w klasycznych światłowodach dwójłomnych PANDA i Bow-Tie [25-26]. 4. CHARAKTERYSTYKA STRUK- TURY PROSTOKĄTNEJ O ZBLI- ŻONYCH DO ELIPSY OTWO- RACH (b) Geometria struktury fotonicznej na siatce prostokątnej z otworami eliptycznymi (lub zbliżonymi do 19

20 Dwójłomne włókna mikrostrukturalne elipsy) jest w pełni scharakteryzowana następującymi parametrami: stałą sieci Λ x, proporcją boków sieci wyrażoną współczynnikiem ρ = Λ y /Λ x, eliptycznością otworów η = b/a, gdzie a i b reprezentują odpowiednio oś wielką i małą elipsy (lub otworu zbliżonego do elipsy) oraz współczynnikiem wypełnienia ƒ zdefiniowanym jako stosunek powierzchni otworu do powierzchni komórki podstawowej struktury - równanie (3) [17]. ' A ab a f (3) A x y gdzie A i A oznaczają odpowiednio pole powierzchni eliptycznego otworu oraz pole powierzchni komórki podstawowej struktury. 5. OPTYMALIZACJA STRUKTU- RY WŁÓKNA FOTONICZNEGO WYNIKI SYMULACJI W celu prześledzenia możliwych do uzyskania własności, w oparciu o wcześniejsze szacunkowe obliczenia, przeanalizowano szereg struktur o eliptyczności otworków ηє (0,33; 0,6). W wyniku czego do dalszych prac wybrano strukturę prostokątną o stałej sieci Λ y = 1,02 μm i Λ x = 0,72 μm oraz otworach o eliptyczności η = 300 nm/600 nm. Jak pokazano na Rys. 6-7 struktura o tych parametrach pozwala uzyskać włókno jednomodowe wysoko dwójłomne w 2 2 x zakresie długości fali λ = 0,70 1,50 μm. Dwójłomność dochodzi do 1, dla λ = 1,50 μm. Powyżej λ = 1,50 μm włókno staje się strukturą polaryzacyjną, gdzie może się propagować tylko jedna składowa polaryzacyjna modu podstawowego. Rys. 6. Dwójłomność fazowa B światłowodu fotonicznego o parametrach jak na Rys.7 Fig. 6. Birefringence in the considered PCF - birefringence achieves maximally 1.1 x 10-2 for the wavelength λ=1.50μm. Jednocześnie wybrane parametry geometryczne struktury fotonicznej projektowanego włókna zostały dobrane pod katem ograniczeń technologicznych związanych z możliwościami kształtowania otworów o określonej eliptyczności. 7. ZASTOSOWANE SZKŁO Realizacja zoptymalizowanego włókna przy założonej niskiej tłumienności (do 6 db/m) wymagała zastosowania materiału wyjściowego o wysokiej transmisji spektralnej. Wytypowano szkło borowo- -krzemianowe NC-21 (n D = 1,533) o składzie tlenkowym zaprezentowanym w Tabeli 1 i własnościach reologicznych przedstawionych na Rys. 7. Rys. 5. Efektywny współczynnik załamania dla modów w światłowodzie fotonicznym o parametrach: Λ x = 0,72 μm, Λ y /Λ x 1,417 = oraz η = 0,5. Fig. 5. Effective indexes for modes in the considered PCF (Λ x = 0,72 μm, Λ y /Λ x 1,417 = and η = 0,5). The PCF is a single mode highly birefringent fiber for wavelength range of wavelengths λ = μm. Beyond wavelength λ = 1.56 μm the PCF becomes to be polarizing fiber. Rys. 7. Lepkoć szkła NC-21A. Fig. 7. Viscosity of NC-21A. 20

Przejścia promieniste

Przejścia promieniste Przejście promieniste proces rekombinacji elektronu i dziury (przejście ze stanu o większej energii do stanu o energii mniejszej), w wyniku którego następuje emisja promieniowania. E Długość wyemitowanej

Bardziej szczegółowo

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali Wymagane wiadomości Podstawy korozji elektrochemicznej, wykresy E-pH. Wprowadzenie Główną przyczyną zniszczeń materiałów metalicznych

Bardziej szczegółowo

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka Teoria pasmowa Anna Pietnoczka Opis struktury pasmowej we współrzędnych r, E Zmiana stanu elektronów przy zbliżeniu się atomów: (a) schemat energetyczny dla atomów sodu znajdujących się w odległościach

Bardziej szczegółowo

Wpływ defektów punktowych i liniowych na własności węglika krzemu SiC

Wpływ defektów punktowych i liniowych na własności węglika krzemu SiC Wpływ defektów punktowych i liniowych na własności węglika krzemu SiC J. Łażewski, M. Sternik, P.T. Jochym, P. Piekarz politypy węglika krzemu SiC >250 politypów, najbardziej stabilne: 3C, 2H, 4H i 6H

Bardziej szczegółowo

Laboratorium z Konwersji Energii. Ogniwo Paliwowe PEM

Laboratorium z Konwersji Energii. Ogniwo Paliwowe PEM Laboratorium z Konwersji Energii Ogniwo Paliwowe PEM 1.0 WSTĘP Ogniwo paliwowe typu PEM (ang. PEM FC) Ogniwa paliwowe są urządzeniami elektro chemicznymi, stanowiącymi przełom w dziedzinie źródeł energii,

Bardziej szczegółowo

Rozszczepienie poziomów atomowych

Rozszczepienie poziomów atomowych Rozszczepienie poziomów atomowych Poziomy energetyczne w pojedynczym atomie Gdy zbliżamy atomy chmury elektronowe nachodzą na siebie (inaczej: funkcje falowe elektronów zaczynają się przekrywać) Na skutek

Bardziej szczegółowo

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki prądowo- napięciowej elektrolizera typu PEM,

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki prądowo- napięciowej elektrolizera typu PEM, Ćw.2 Elektroliza wody za pomocą ogniwa paliwowego typu PEM Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki prądowo- napięciowej elektrolizera typu PEM, A także określenie wydajności tego urządzenia, jeśli

Bardziej szczegółowo

Część 1. Wprowadzenie. Przegląd funkcji, układów i zagadnień

Część 1. Wprowadzenie. Przegląd funkcji, układów i zagadnień Część 1 Wprowadzenie Przegląd funkcji, układów i zagadnień Źródło energii w systemie fotowoltaicznym Ogniwo fotowoltaiczne / słoneczne photovoltaic / solar cell pojedynczy przyrząd półprzewodnikowy U 0,5

Bardziej szczegółowo

2. Półprzewodniki. Istnieje duża jakościowa różnica między właściwościami elektrofizycznymi półprzewodników, przewodników i dielektryków.

2. Półprzewodniki. Istnieje duża jakościowa różnica między właściwościami elektrofizycznymi półprzewodników, przewodników i dielektryków. 2. Półprzewodniki 1 Półprzewodniki to materiały, których rezystywność jest większa niż rezystywność przewodników (metali) oraz mniejsza niż rezystywność izolatorów (dielektryków). Przykłady: miedź - doskonały

Bardziej szczegółowo

Spektroskopia modulacyjna

Spektroskopia modulacyjna Spektroskopia modulacyjna pozwala na otrzymanie energii przejść optycznych w strukturze z bardzo dużą dokładnością. Charakteryzuje się również wysoką czułością, co pozwala na obserwację słabych przejść,

Bardziej szczegółowo

Ryszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Ryszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego Półprzewodniki i elementy z półprzewodników homogenicznych Ryszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego Publikacja

Bardziej szczegółowo

BADANIA MODELOWE OGNIW SŁONECZNYCH

BADANIA MODELOWE OGNIW SŁONECZNYCH POZNAN UNIVE RSITY OF TE CHNOLOGY ACADE MIC JOURNALS No 70 Electrical Engineering 2012 Bartosz CERAN* BADANIA MODELOWE OGNIW SŁONECZNYCH W artykule przedstawiono model matematyczny modułu fotowoltaicznego.

Bardziej szczegółowo

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki Półprzewodniki Definicja i własności Półprzewodnik materiał, którego przewodnictwo rośnie z temperaturą (opór maleje) i w temperaturze pokojowej wykazuje wartości pośrednie między przewodnictwem metali,

Bardziej szczegółowo

Badanie charakterystyki diody

Badanie charakterystyki diody Badanie charakterystyki diody Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie charakterystyk prądowo napięciowych różnych diod półprzewodnikowych. Wstęp Dioda jest jednym z podstawowych elementów elektronicznych,

Bardziej szczegółowo

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5)

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5) Wojciech Niwiński 30.03.2004 Bartosz Lassak Wojciech Zatorski gr.7lab Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5) Zadanie laboratoryjne miało na celu zaobserwowanie różnic

Bardziej szczegółowo

Organiczne ogniwa słonecznes. Ogniwa półprzewodnikowe. p przewodnikowe zasada ania. Charakterystyki fotoogniwa

Organiczne ogniwa słonecznes. Ogniwa półprzewodnikowe. p przewodnikowe zasada ania. Charakterystyki fotoogniwa j Elektronika plastikowa i organiczna Organiczne ogniwa słonecznes Ogniwa półprzewodnikowe p przewodnikowe zasada działania ania Charakterystyki fotoogniwa współczynnik wypełnienia, wydajność Moc w obwodzie

Bardziej szczegółowo

Repeta z wykładu nr 4. Detekcja światła. Dygresja. Plan na dzisiaj

Repeta z wykładu nr 4. Detekcja światła. Dygresja. Plan na dzisiaj Repeta z wykładu nr 4 Detekcja światła Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-3250 Konsultacje:

Bardziej szczegółowo

Cel ćwiczenia: Wyznaczenie szerokości przerwy energetycznej przez pomiar zależności oporności elektrycznej monokryształu germanu od temperatury.

Cel ćwiczenia: Wyznaczenie szerokości przerwy energetycznej przez pomiar zależności oporności elektrycznej monokryształu germanu od temperatury. WFiIS PRACOWNIA FIZYCZNA I i II Imię i nazwisko: 1. 2. TEMAT: ROK GRUPA ZESPÓŁ NR ĆWICZENIA Data wykonania: Data oddania: Zwrot do poprawy: Data oddania: Data zliczenia: OCENA Cel ćwiczenia: Wyznaczenie

Bardziej szczegółowo

Półprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna

Półprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna Półprzewodniki samoistne Struktura krystaliczna Si a5.43 A GaAs a5.63 A ajczęściej: struktura diamentu i blendy cynkowej (ZnS) 1 Wiązania chemiczne Wiązania kowalencyjne i kowalencyjno-jonowe 0K wszystkie

Bardziej szczegółowo

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne 1 Generacja optyczna swobodnych nośników Fotoprzewodnictwo σ=e(µ e n+µ h p) Fotodioda optyczna generacja par elektron-dziura pole elektryczne złącza rozdziela parę

Bardziej szczegółowo

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE - lata '90 XIX wieku WSTĘP Widmo promieniowania elektromagnetycznego zakres "pokrycia" różnymi rodzajami fal elektromagnetycznych promieniowania zawartego w danej wiązce. rys.i.1.

Bardziej szczegółowo

Akademickie Centrum Czystej Energii. Ogniwo paliwowe

Akademickie Centrum Czystej Energii. Ogniwo paliwowe Ogniwo paliwowe 1. Zagadnienia elektroliza, prawo Faraday a, pierwiastki galwaniczne, ogniwo paliwowe 2. Opis Główną częścią ogniwa paliwowego PEM (Proton Exchange Membrane) jest membrana złożona z katody

Bardziej szczegółowo

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego 1 I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego Cel ćwiczenia: Wyznaczenie charakterystyki spektralnej nietermicznego źródła promieniowania (dioda LD

Bardziej szczegółowo

Przejścia optyczne w strukturach niskowymiarowych

Przejścia optyczne w strukturach niskowymiarowych Współczynnik absorpcji w układzie dwuwymiarowym można opisać wyrażeniem: E E gdzie i oraz f są energiami stanu początkowego i końcowego elektronu, zapełnienie tych stanów opisane jest funkcją rozkładu

Bardziej szczegółowo

IA. Fotodioda. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody.

IA. Fotodioda. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody. 1 A. Fotodioda Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody. Zagadnienia: Efekt fotowoltaiczny, złącze p-n Wprowadzenie Fotodioda jest urządzeniem półprzewodnikowym w którym zachodzi

Bardziej szczegółowo

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ Właściwości optyczne Oddziaływanie światła z materiałem hν MATERIAŁ Transmisja Odbicie Adsorpcja Załamanie Efekt fotoelektryczny Tradycyjnie właściwości optyczne wiążą się z zachowaniem się materiałów

Bardziej szczegółowo

UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI INSTYTUT FIZYKI ZAKŁAD FIZYKI CIAŁA STAŁEGO. Ćwiczenie laboratoryjne Nr.2. Elektroluminescencja

UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI INSTYTUT FIZYKI ZAKŁAD FIZYKI CIAŁA STAŁEGO. Ćwiczenie laboratoryjne Nr.2. Elektroluminescencja UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI INSTYTUT FIZYKI ZAKŁAD FIZYKI CIAŁA STAŁEGO Ćwiczenie laboratoryjne Nr.2 Elektroluminescencja SZCZECIN 2002 WSTĘP Mianem elektroluminescencji określamy zjawisko emisji spontanicznej

Bardziej szczegółowo

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek Lasery półprzewodnikowe przewodnikowe Bernard Ziętek Plan 1. Rodzaje półprzewodników 2. Parametry półprzewodników 3. Złącze p-n 4. Rekombinacja dziura-elektron 5. Wzmocnienie 6. Rezonatory 7. Lasery niskowymiarowe

Bardziej szczegółowo

Oddziaływanie cząstek z materią

Oddziaływanie cząstek z materią Oddziaływanie cząstek z materią Trzy główne typy mechanizmów reprezentowane przez Ciężkie cząstki naładowane (cięższe od elektronów) Elektrony Kwanty gamma Ciężkie cząstki naładowane (miony, p, cząstki

Bardziej szczegółowo

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE. Ćwiczenie nr 2 Temat: Wyznaczenie współczynnika elektrochemicznego i stałej Faradaya.

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE. Ćwiczenie nr 2 Temat: Wyznaczenie współczynnika elektrochemicznego i stałej Faradaya. LABOATOIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE Ćwiczenie nr Temat: Wyznaczenie współczynnika elektrochemicznego i stałej Faradaya.. Wprowadzenie Proces rozpadu drobin związków chemicznych

Bardziej szczegółowo

WPŁYW RÓŻNOWARTOŚCIOWYCH DOMIESZEK NA SZYBKOŚĆ WZROSTU ZGORZELIN NA METALACH (TEORIA HAUFFEGO-WAGNERA)

WPŁYW RÓŻNOWARTOŚCIOWYCH DOMIESZEK NA SZYBKOŚĆ WZROSTU ZGORZELIN NA METALACH (TEORIA HAUFFEGO-WAGNERA) WPŁYW RÓŻNOWARTOŚCIOWYCH DOMIEZEK NA ZYBKOŚĆ WZROTU ZGORZELIN NA METALACH (TEORIA HAUFFEGO-WAGNERA) 1. K. Hauffe, Progress in Metal Physic, 4, 71 (1953).. P. Kofstad, Nonstoichiometry, diffusion and electrical

Bardziej szczegółowo

Promieniowanie rentgenowskie. Podstawowe pojęcia krystalograficzne

Promieniowanie rentgenowskie. Podstawowe pojęcia krystalograficzne Promieniowanie rentgenowskie Podstawowe pojęcia krystalograficzne Krystalografia - podstawowe pojęcia Komórka elementarna (zasadnicza): najmniejszy, charakterystyczny fragment sieci przestrzennej (lub

Bardziej szczegółowo

3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17)

3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17) 152 Elektryczność 3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17) Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyk tranzystora npn w układzie ze wspólnym emiterem W E. Zagadnienia do przygotowania: półprzewodniki,

Bardziej szczegółowo

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ FIZYKI TECHNICZNEJ I MATEMATYKI STOSOWANEJ EKSCYTONY. Seminarium z Molekularnego Ciała a Stałego Jędrzejowski Jaromir

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ FIZYKI TECHNICZNEJ I MATEMATYKI STOSOWANEJ EKSCYTONY. Seminarium z Molekularnego Ciała a Stałego Jędrzejowski Jaromir POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ FIZYKI TECHNICZNEJ I MATEMATYKI STOSOWANEJ EKSCYTONY W CIAŁACH ACH STAŁYCH Seminarium z Molekularnego Ciała a Stałego Jędrzejowski Jaromir Co to sąs ekscytony? ekscyton to

Bardziej szczegółowo

Skończona studnia potencjału

Skończona studnia potencjału Skończona studnia potencjału U = 450 ev, L = 100 pm Fala wnika w ściany skończonej studni długość fali jest większa (a energia mniejsza) Teoria pasmowa ciał stałych Poziomy elektronowe atomów w cząsteczkach

Bardziej szczegółowo

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych Wykład XIV: Właściwości optyczne JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych Treść wykładu: Treść wykładu: 1. Wiadomości wstępne: a) Załamanie

Bardziej szczegółowo

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd 25.04.2006r.

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd 25.04.2006r. Fizyka i technologia złącza P Adam Drózd 25.04.2006r. O czym będę mówił: Półprzewodnik definicja, model wiązań walencyjnych i model pasmowy, samoistny i niesamoistny, domieszki donorowe i akceptorowe,

Bardziej szczegółowo

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej? Tematy opisowe 1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej? 2. Omów pomiar potencjału na granicy faz elektroda/roztwór elektrolitu. Podaj przykład, omów skale potencjału i elektrody

Bardziej szczegółowo

Marek Lipiński WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH WARSTW I OBSZARÓW PRZYPOWIERZCHNIOWYCH NA PARAMETRY UŻYTKOWE KRZEMOWEGO OGNIWA SŁONECZNEGO

Marek Lipiński WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH WARSTW I OBSZARÓW PRZYPOWIERZCHNIOWYCH NA PARAMETRY UŻYTKOWE KRZEMOWEGO OGNIWA SŁONECZNEGO Marek Lipiński WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH WARSTW I OBSZARÓW PRZYPOWIERZCHNIOWYCH NA PARAMETRY UŻYTKOWE KRZEMOWEGO OGNIWA SŁONECZNEGO Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. Aleksandra Krupkowskiego

Bardziej szczegółowo

Czym jest prąd elektryczny

Czym jest prąd elektryczny Prąd elektryczny Ruch elektronów w przewodniku Wektor gęstości prądu Przewodność elektryczna Prawo Ohma Klasyczny model przewodnictwa w metalach Zależność przewodności/oporności od temperatury dla metali,

Bardziej szczegółowo

Przetwarzanie energii: kondensatory

Przetwarzanie energii: kondensatory Przetwarzanie energii: kondensatory Ładując kondensator wykonujemy pracę nad ładunkiem. Przetwarzanie energii: ogniwa paliwowe W ogniwach paliwowych następuje elektrochemiczne spalanie paliwa. Energia

Bardziej szczegółowo

Wytwarzanie niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych

Wytwarzanie niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych Większość struktur niskowymiarowych wytwarzanych jest za pomocą technik epitaksjalnych. Najczęściej wykorzystywane metody wzrostu: - epitaksja z wiązki molekularnej (MBE Molecular Beam Epitaxy) - epitaksja

Bardziej szczegółowo

Wybrane Działy Fizyki

Wybrane Działy Fizyki Wybrane Działy Fizyki energia elektryczna i jadrowa W. D ebski 25.11.2009 Rodzaje energii energia mechaniczna energia cieplna (chemiczna) energia elektryczna energia jadrowa debski@igf.edu.pl: W5-1 WNZ

Bardziej szczegółowo

Projekt FPP "O" Kosma Jędrzejewski 13-12-2013

Projekt FPP O Kosma Jędrzejewski 13-12-2013 Projekt FPP "O" Kosma Jędrzejewski --0 Projekt polega na wyznaczeniu charakterystyk gęstości stanów nośników ładunku elektrycznego w obszarze aktywnym lasera półprzewodnikowego GaAs. Wyprowadzenie wzoru

Bardziej szczegółowo

Inżynieria materiałowa: wykorzystywanie praw termodynamiki a czasem... walka z termodynamiką

Inżynieria materiałowa: wykorzystywanie praw termodynamiki a czasem... walka z termodynamiką Inżynieria materiałowa: wykorzystywanie praw termodynamiki a czasem... walka z termodynamiką Kilka definicji Faza Stan materii jednorodny wewnętrznie, nie tylko pod względem składu chemicznego, ale również

Bardziej szczegółowo

Metody wytwarzania elementów półprzewodnikowych

Metody wytwarzania elementów półprzewodnikowych Metody wytwarzania elementów półprzewodnikowych Ryszard J. Barczyński, 2010 2015 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego Wytwarzanie

Bardziej szczegółowo

Ćwiczenie 1 LABORATORIUM ELEKTRONIKI POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH

Ćwiczenie 1 LABORATORIUM ELEKTRONIKI POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH LABORAORUM ELEKRONK Ćwiczenie 1 Parametry statyczne diod półprzewodnikowych Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie statycznych charakterystyk podstawowych typów diod półprzewodnikowych oraz zapoznanie

Bardziej szczegółowo

Energia emitowana przez Słońce

Energia emitowana przez Słońce Energia słoneczna i ogniwa fotowoltaiczne Michał Kocyła Problem energetyczny na świecie Przewiduje się, że przy obecnym tempie rozwoju gospodarczego i zapotrzebowaniu na energię, paliw kopalnych starczy

Bardziej szczegółowo

NADPRZEWODNIKI WYSOKOTEMPERATUROWE (NWT) W roku 1986 Alex Muller i Georg Bednorz odkryli. miedziowo-lantanowym, w którym niektóre atomy lantanu były

NADPRZEWODNIKI WYSOKOTEMPERATUROWE (NWT) W roku 1986 Alex Muller i Georg Bednorz odkryli. miedziowo-lantanowym, w którym niektóre atomy lantanu były FIZYKA I TECHNIKA NISKICH TEMPERATUR NADPRZEWODNICTWO NADPRZEWODNIKI WYSOKOTEMPERATUROWE (NWT) W roku 1986 Alex Muller i Georg Bednorz odkryli nadprzewodnictwo w złożonym tlenku La 2 CuO 4 (tlenku miedziowo-lantanowym,

Bardziej szczegółowo

Teoria pasmowa ciał stałych

Teoria pasmowa ciał stałych Teoria pasmowa ciał stałych Poziomy elektronowe atomów w cząsteczkach ulegają rozszczepieniu. W kryształach zjawisko to prowadzi do wytworzenia się pasm. Klasyfikacja ciał stałych na podstawie struktury

Bardziej szczegółowo

Przetwarzanie energii: kondensatory

Przetwarzanie energii: kondensatory Przetwarzanie energii: kondensatory Ładując kondensator wykonujemy pracę nad ładunkiem. Przetwarzanie energii: ogniwa paliwowe W ogniwach paliwowych następuje elektrochemiczne spalanie paliwa. Energia

Bardziej szczegółowo

Złącza p-n, zastosowania. Własności złącza p-n Dioda LED Fotodioda Dioda laserowa Tranzystor MOSFET

Złącza p-n, zastosowania. Własności złącza p-n Dioda LED Fotodioda Dioda laserowa Tranzystor MOSFET Złącza p-n, zastosowania Własności złącza p-n Dioda LED Fotodioda Dioda laserowa Tranzystor MOSFET Złącze p-n, polaryzacja złącza, prąd dyfuzyjny (rekombinacyjny) Elektrony z obszaru n na złączu dyfundują

Bardziej szczegółowo

Metody optyczne w badaniach półprzewodników Przykładami różnymi zilustrowane. Piotr Perlin Instytut Wysokich Ciśnień PAN

Metody optyczne w badaniach półprzewodników Przykładami różnymi zilustrowane. Piotr Perlin Instytut Wysokich Ciśnień PAN Metody optyczne w badaniach półprzewodników Przykładami różnymi zilustrowane Piotr Perlin Instytut Wysokich Ciśnień PAN Jak i czym scharakteryzować kryształ półprzewodnika Struktura dyfrakcja rentgenowska

Bardziej szczegółowo

Elektrochemiczne osadzanie antykorozyjnych powłok stopowych na bazie cynku i cyny z kąpieli cytrynianowych

Elektrochemiczne osadzanie antykorozyjnych powłok stopowych na bazie cynku i cyny z kąpieli cytrynianowych Elektrochemiczne osadzanie antykorozyjnych powłok stopowych na bazie cynku i cyny z kąpieli cytrynianowych Honorata Kazimierczak Promotor: Dr hab. Piotr Ozga prof. PAN Warstwy ochronne z cynku najtańsze

Bardziej szczegółowo

Badanie utleniania kwasu mrówkowego na stopach trójskładnikowych Pt-Rh-Pd

Badanie utleniania kwasu mrówkowego na stopach trójskładnikowych Pt-Rh-Pd Badanie utleniania kwasu mrówkowego na stopach trójskładnikowych Pt-Rh-Pd Kamil Wróbel Pracownia Elektrochemicznych Źródeł Energii Kierownik pracy: prof. dr hab. A. Czerwiński Opiekun pracy: dr M. Chotkowski

Bardziej szczegółowo

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak Materiały dydaktyczne na zajęcia wyrównawcze z chemii dla studentów pierwszego roku kierunku zamawianego Inżynieria Środowiska w ramach projektu Era inżyniera pewna lokata na przyszłość Opracowała: mgr

Bardziej szczegółowo

Badanie emiterów promieniowania optycznego

Badanie emiterów promieniowania optycznego LABORATORIUM OPTOELEKTRONIKI Ćwiczenie 9 Badanie emiterów promieniowania optycznego Cel ćwiczenia: Zapoznanie studentów z podstawowymi charakterystykami emiterów promieniowania optycznego. Badane elementy:

Bardziej szczegółowo

Widmo promieniowania

Widmo promieniowania Widmo promieniowania Spektroskopia Każde ciało wysyła promieniowanie. Promieniowanie to jest składa się z wiązek o różnych długościach fal. Jeśli wiązka światła pada na pryzmat, ulega ono rozszczepieniu,

Bardziej szczegółowo

Fotodetektory. Fotodetektor to przyrząd, który mierzy strumień fotonów bądź moc optyczną przetwarzając energię fotonów na inny użyteczny sygnał

Fotodetektory. Fotodetektor to przyrząd, który mierzy strumień fotonów bądź moc optyczną przetwarzając energię fotonów na inny użyteczny sygnał FOTODETEKTORY Fotodetektory Fotodetektor to przyrząd, który mierzy strumień fotonów bądź moc optyczną przetwarzając energię fotonów na inny użyteczny sygnał - detektory termiczne, wykorzystują zmiany temperatury

Bardziej szczegółowo

Ćwiczenie IX KATALITYCZNY ROZKŁAD WODY UTLENIONEJ

Ćwiczenie IX KATALITYCZNY ROZKŁAD WODY UTLENIONEJ Wprowadzenie Ćwiczenie IX KATALITYCZNY ROZKŁAD WODY UTLENIONEJ opracowanie: Barbara Stypuła Celem ćwiczenia jest poznanie roli katalizatora w procesach chemicznych oraz prostego sposobu wyznaczenia wpływu

Bardziej szczegółowo

Czujniki. Czujniki służą do przetwarzania interesującej nas wielkości fizycznej na wielkość elektryczną łatwą do pomiaru. Najczęściej spotykane są

Czujniki. Czujniki służą do przetwarzania interesującej nas wielkości fizycznej na wielkość elektryczną łatwą do pomiaru. Najczęściej spotykane są Czujniki Ryszard J. Barczyński, 2010 2015 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego Czujniki Czujniki służą do przetwarzania interesującej

Bardziej szczegółowo

METALE. Cu 8.50 1.35 1.56 7.0 8.2 Ag 5.76 1.19 1.38 5.5 6.4 Au 5.90 1.2 1.39 5.5 6.4

METALE. Cu 8.50 1.35 1.56 7.0 8.2 Ag 5.76 1.19 1.38 5.5 6.4 Au 5.90 1.2 1.39 5.5 6.4 MAL Zestawienie właściwości gazu elektronowego dla niektórych metali: n cm -3 k cm -1 v cm/s ε e ε /k Li 4.6 10 1.1 10 8 1.3 10 8 4.7 5.5 10 4 a.5 0.9 1.1 3.1 3.7 K 1.34 0.73 0.85.1.4 Rb 1.08 0.68 0.79

Bardziej szczegółowo

Złącze p-n powstaje wtedy, gdy w krysztale półprzewodnika wytworzone zostaną dwa obszary o odmiennym typie przewodnictwa p i n. Nośniki większościowe

Złącze p-n powstaje wtedy, gdy w krysztale półprzewodnika wytworzone zostaną dwa obszary o odmiennym typie przewodnictwa p i n. Nośniki większościowe Diody Dioda jest to przyrząd elektroniczny z dwiema elektrodami mający niesymetryczna charakterystykę prądu płynącego na wyjściu w funkcji napięcia na wejściu. Symbole graficzne diody, półprzewodnikowej

Bardziej szczegółowo

Katedra Inżynierii Materiałowej

Katedra Inżynierii Materiałowej Katedra Inżynierii Materiałowej Instrukcja do ćwiczenia z Biomateriałów Polaryzacyjne badania korozyjne mgr inż. Magdalena Jażdżewska Gdańsk 2010 Korozyjne charakterystyki stałoprądowe (zależności potencjał

Bardziej szczegółowo

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach 1 f FD ( E) = E E F exp + 1 kbt Styczna do krzywej w punkcie f FD (E F )=0,5 przecina oś energii i prostą f FD (E)=1 w punktach odległych o k B

Bardziej szczegółowo

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE WIĄZANIA Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE Przyciąganie Wynika z elektrostatycznego oddziaływania między elektronami a dodatnimi jądrami atomowymi. Może to być

Bardziej szczegółowo

EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE

EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE ĆWICZENIE 104 EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE Cel ćwiczenia: Wyznaczenie charakterystyki prądowo napięciowej I(V) ogniwa słonecznego przed i po oświetleniu światłem widzialnym; prądu zwarcia, napięcia

Bardziej szczegółowo

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE LASERY I ICH ZASTOSOWANIE Laboratorium Instrukcja do ćwiczenia nr 13 Temat: Biostymulacja laserowa Istotą biostymulacji laserowej jest napromieniowanie punktów akupunkturowych ciągłym, monochromatycznym

Bardziej szczegółowo

Fotowoltaika i sensory w proekologicznym rozwoju Małopolski

Fotowoltaika i sensory w proekologicznym rozwoju Małopolski Fotowoltaika i sensory w proekologicznym rozwoju Małopolski Photovoltaic and Sensors in Environmental Development of Malopolska Region ZWIĘKSZANIE WYDAJNOŚCI SYSTEMÓW FOTOWOLTAICZNYCH Plan prezentacji

Bardziej szczegółowo

Złącze p-n: dioda. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda: element nieliniowy

Złącze p-n: dioda. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda: element nieliniowy Złącze p-n: dioda Półprzewodniki Przewodnictwo półprzewodników Dioda Dioda: element nieliniowy Przewodnictwo kryształów Atomy dyskretne poziomy energetyczne (stany energetyczne); określone energie elektronów

Bardziej szczegółowo

III. METODY OTRZYMYWANIA MATERIAŁÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH Janusz Adamowski

III. METODY OTRZYMYWANIA MATERIAŁÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH Janusz Adamowski III. METODY OTRZYMYWANIA MATERIAŁÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH Janusz Adamowski 1 1 Wstęp Materiały półprzewodnikowe, otrzymywane obecnie w warunkach laboratoryjnych, charakteryzują się niezwykle wysoką czystością.

Bardziej szczegółowo

Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne: przegląd materiałów, technologii i sytuacji rynkowej

Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne: przegląd materiałów, technologii i sytuacji rynkowej Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne: przegląd materiałów, technologii i sytuacji rynkowej Przez ostatnie lata, rynek fotowoltaiki rozwijał się, wraz ze sprzedażą niemal zupełnie zdominowaną przez produkty

Bardziej szczegółowo

Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony

Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony Jony dodatnie - kationy: atomy pozbawione elektronów walencyjnych, np. Li +, Na +, Ag +, Ca 2+,

Bardziej szczegółowo

Widmo promieniowania elektromagnetycznego Czułość oka człowieka

Widmo promieniowania elektromagnetycznego Czułość oka człowieka dealna charakterystyka prądowonapięciowa złącza p-n ev ( V ) = 0 exp 1 kbt Przebicie złącza przy polaryzacji zaporowej Przebicie Zenera tunelowanie elektronów przez wąską warstwę zaporową w złączu silnie

Bardziej szczegółowo

Ćwiczenie Nr 5. Badanie różnych konfiguracji modułów fotowoltaicznych

Ćwiczenie Nr 5. Badanie różnych konfiguracji modułów fotowoltaicznych Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych Laboratorium Fotowoltaiki Ćwiczenie Nr 5 Badanie różnych konfiguracji modułów fotowoltaicznych I. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie

Bardziej szczegółowo

PL B1. INSTYTUT TECHNOLOGII ELEKTRONOWEJ, Warszawa, PL INSTYTUT FIZYKI POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Warszawa, PL

PL B1. INSTYTUT TECHNOLOGII ELEKTRONOWEJ, Warszawa, PL INSTYTUT FIZYKI POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Warszawa, PL PL 221135 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 221135 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 399454 (22) Data zgłoszenia: 06.06.2012 (51) Int.Cl.

Bardziej szczegółowo

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA B V B C ZEWNĘTRZNE POLE ELEKTRYCZNE B C B V B D = 0 METAL IZOLATOR PRZENOSZENIE ŁADUNKÓW ELEKTRYCZNYCH B C B D B V B D PÓŁPRZEWODNIK PODSTAWOWE MECHANIZMY

Bardziej szczegółowo

Ćwiczenie E17 BADANIE CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH MODUŁU OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH I SPRAWNOŚCI KONWERSJI ENERGII PADAJĄCEGO PROMIENIOWANIA

Ćwiczenie E17 BADANIE CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH MODUŁU OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH I SPRAWNOŚCI KONWERSJI ENERGII PADAJĄCEGO PROMIENIOWANIA Ćwiczenie E17 BADANIE CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH MODUŁU OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH I SPRAWNOŚCI KONWERSJI ENERGII PADAJĄCEGO PROMIENIOWANIA Cel: Celem ćwiczenia jest zbadanie charakterystyk prądowo

Bardziej szczegółowo

Zjawisko Halla Referujący: Tomasz Winiarski

Zjawisko Halla Referujący: Tomasz Winiarski Plan referatu Zjawisko Halla Referujący: Tomasz Winiarski 1. Podstawowe definicje ffl wektory: E, B, ffl nośniki ładunku: elektrony i dziury, ffl podział ciał stałych ze względu na własności elektryczne:

Bardziej szczegółowo

Ekspansja plazmy i wpływ atmosfery reaktywnej na osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu. Marcin Jedyński

Ekspansja plazmy i wpływ atmosfery reaktywnej na osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu. Marcin Jedyński Ekspansja plazmy i wpływ atmosfery reaktywnej na osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu. Marcin Jedyński Metoda PLD (Pulsed Laser Deposition) PLD jest nowoczesną metodą inżynierii powierzchni, umożliwiającą

Bardziej szczegółowo

Zadanie 2. (1 pkt) Uzupełnij tabelę, wpisując wzory sumaryczne tlenków w odpowiednie kolumny. CrO CO 2 Fe 2 O 3 BaO SO 3 NO Cu 2 O

Zadanie 2. (1 pkt) Uzupełnij tabelę, wpisując wzory sumaryczne tlenków w odpowiednie kolumny. CrO CO 2 Fe 2 O 3 BaO SO 3 NO Cu 2 O Test maturalny Chemia ogólna i nieorganiczna Zadanie 1. (1 pkt) Uzupełnij zdania. Pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 16 znajduje się w.... grupie i. okresie układu okresowego pierwiastków chemicznych,

Bardziej szczegółowo

Wielomodowe, grubordzeniowe

Wielomodowe, grubordzeniowe Wielomodowe, grubordzeniowe i z plastykowym pokryciem włókna. Przewężki i mikroelementy Multimode, Large-Core, and Plastic Clad Fibers. Tapered Fibers and Specialty Fiber Microcomponents Wprowadzenie Włókna

Bardziej szczegółowo

Leon Murawski, Katedra Fizyki Ciała Stałego Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

Leon Murawski, Katedra Fizyki Ciała Stałego Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Nanomateriałów Leon Murawski, Katedra Fizyki Ciała Stałego Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej POLITECHNIKA GDAŃSKA Centrum Zawansowanych Technologii Pomorze ul. Al. Zwycięstwa 27 80-233

Bardziej szczegółowo

IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski

IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski 1 1 Dioda na złączu p n Zgodnie z wynikami, otrzymanymi na poprzednim wykładzie, natężenie prądu I przepływającego przez złącze p n opisane jest wzorem Shockleya

Bardziej szczegółowo

Materiały Reaktorowe. Fizyczne podstawy uszkodzeń radiacyjnych cz. 1.

Materiały Reaktorowe. Fizyczne podstawy uszkodzeń radiacyjnych cz. 1. Materiały Reaktorowe Fizyczne podstawy uszkodzeń radiacyjnych cz. 1. Uszkodzenie radiacyjne Uszkodzenie radiacyjne przekaz energii od cząstki inicjującej do materiału oraz rozkład jonów w ciele stałym

Bardziej szczegółowo

http://rcin.org.pl Maciej BUGAJSKI, Andrrej JAGODA, Leszek SZYMAŃSKI Insłyłuł Technologii Elektronowej 1. WST^P

http://rcin.org.pl Maciej BUGAJSKI, Andrrej JAGODA, Leszek SZYMAŃSKI Insłyłuł Technologii Elektronowej 1. WST^P Maciej BUGAJSKI, Andrrej JAGODA, Leszek SZYMAŃSKI Insłyłuł Technologii Elektronowej Wyznaczanie wewnętrznej sprawnotel kwantowej pekonnbinacll ppomfenistej w monokpystalicznym GaAs z pomiarów ffotoiuminescencii

Bardziej szczegółowo

Metody analizy pierwiastków z zastosowaniem wtórnego promieniowania rentgenowskiego. XRF, SRIXE, PIXE, SEM (EPMA)

Metody analizy pierwiastków z zastosowaniem wtórnego promieniowania rentgenowskiego. XRF, SRIXE, PIXE, SEM (EPMA) Metody analizy pierwiastków z zastosowaniem wtórnego promieniowania rentgenowskiego. XRF, SRIXE, PIXE, SEM (EPMA) Promieniowaniem X nazywa się promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od około

Bardziej szczegółowo

Promieniowanie cieplne ciał.

Promieniowanie cieplne ciał. Wypromieniowanie fal elektromagnetycznych przez ciała Promieniowanie cieplne (termiczne) Luminescencja Chemiluminescencja Elektroluminescencja Katodoluminescencja Fotoluminescencja Emitowanie fal elektromagnetycznych

Bardziej szczegółowo

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski Rodzaje rozpadów jądrowych Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski Rozpady jądrowe zachodzą zawsze (prędzej czy później) jeśli jądro o pewnej liczbie nukleonów znajdzie się w stanie energetycznym, nie

Bardziej szczegółowo

Materiały katodowe dla ogniw Li-ion wybrane zagadnienia

Materiały katodowe dla ogniw Li-ion wybrane zagadnienia Materiały katodowe dla ogniw Li-ion wybrane zagadnienia Szeroki zakres interkalacji y, a więc duża dopuszczalna zmiana zawartości litu w materiale, która powinna zachodzić przy minimalnych zaburzeniach

Bardziej szczegółowo

The role of band structure in electron transfer kinetics at low dimensional carbons

The role of band structure in electron transfer kinetics at low dimensional carbons The role of band structure in electron transfer kinetics at low dimensional carbons Paweł Szroeder Instytut Fizyki, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, ul. Grudziądzka 5/7, 87-100 Toruń, Poland Reakcja przeniesienia

Bardziej szczegółowo

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej Część I: Optyka, wykład 8 wykład: Piotr Fita pokazy: Andrzej Wysmołek ćwiczenia: Anna Grochola, Barbara Piętka Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski 2014/15

Bardziej szczegółowo

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS LABORATORIUM - MBS 1. ROZWIĄZYWANIE WIDM kolokwium NMR 25 kwietnia 2016 IR 30 maja 2016 złożone 13 czerwca 2016 wtorek 6.04 13.04 20.04 11.05 18.05 1.06 8.06 coll coll

Bardziej szczegółowo

Ogniwo paliwowe typu PEM (ang. PEM-FC)

Ogniwo paliwowe typu PEM (ang. PEM-FC) OPRACOWALI: MGR INŻ. JAKUB DŁUGOSZ MGR INŻ. MARCIN MICHALSKI OGNIWA PALIWOWE I PRODUKCJA WODORU LABORATORIUM I- ZASADA DZIAŁANIA SYSTEMU OGNIW PALIWOWYCH TYPU PEM NA PRZYKŁADZIE SYSTEMU NEXA 1,2 kw II-

Bardziej szczegółowo

Badanie schematu rozpadu jodu 128 J

Badanie schematu rozpadu jodu 128 J J8A Badanie schematu rozpadu jodu 128 J Celem doświadczenie jest wyznaczenie schematu rozpadu jodu 128 J Wiadomości ogólne 1. Oddziaływanie kwantów γ z materią (1,3) a/ efekt fotoelektryczny b/ efekt Comptona

Bardziej szczegółowo

Sprawozdanie z laboratorium proekologicznych źródeł energii

Sprawozdanie z laboratorium proekologicznych źródeł energii P O L I T E C H N I K A G D A Ń S K A Sprawozdanie z laboratorium proekologicznych źródeł energii Temat: Wyznaczanie charakterystyk prądowo-napięciowych modułu ogniw fotowoltaicznych i sprawności konwersji

Bardziej szczegółowo

Ćwiczenie 2: Elektrochemiczny pomiar szybkości korozji metali. Wpływ inhibitorów korozji

Ćwiczenie 2: Elektrochemiczny pomiar szybkości korozji metali. Wpływ inhibitorów korozji Ćwiczenie 2: Elektrochemiczny pomiar szybkości korozji metali. Wpływ inhibitorów korozji Wymagane wiadomości Podstawy korozji elektrochemicznej, podstawy kinetyki procesów elektrodowych, równanie Tafela,

Bardziej szczegółowo

Odwracalność przemiany chemicznej

Odwracalność przemiany chemicznej Odwracalność przemiany chemicznej Na ogół wszystkie reakcje chemiczne są odwracalne, tzn. z danych substratów tworzą się produkty, a jednocześnie produkty reakcji ulegają rozkładowi na substraty. Fakt

Bardziej szczegółowo