Spektrometr fotoelektryczny został skonstruowany w Instytucie Fotonowym w oparciu o pomysł prof. Konrada Szaciłowskiego (AGH, UJ). Służy on do badań własności elektrycznych (fotonapięcie i fotoprąd) półprzewodników szerokopasmowych pod wpływem światła. Źródłem światła jest lampa ksenonowa emitująca promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu UV, VIS i NIR. Próbka może być oświetlona światłem białym lub monochromatycznym (patrz: oswietlacz ksenonowy).
Światło białe może być dostosowane do standardowego światła słonecznego przy pomocy filtrów Air Mass.
Światło monochromatyczne jest automatycznie przestrajalne w pełnym zakresie spektralnym.
Pomiar własności elektrycznych próbki odbywa się opcjonalnie przy pomocy potencjostatu (fotoprąd) lub sondy Kelvina (fotonapięcia).
Obsługa urządzenia jest zautomatyzowana.
Zastosowanie specjalnego oświetlacza pozwala na:
- zwiększenie wydajności lampy do 70% (w układach tradycyjnych to niecałe 20%)
- stabilizację natężenia światła (bez pojawiającego się dryftu)
- bardzo szybką gotowość do pracy (już po 3 min od włączenia)
Moduł sterujący urządzenia zapewnia kontrolę ustawiania długości emitowanej fali światła, czasu otwarcia i zamknięcia migawki, wstawiania filtrów krawędziowych oraz synchronizację z potencjostatem lub z innymi zintegrowanymi urządzeniami bądź detektorami.
Oprogramowanie spektrometru pozwala w prosty sposób uzyskać charakterystykę widma akcji fotonapięcia i fotoprądu, a także umożliwia wykonanie pomiarów potencjodynamicznych i galwanochemicznych przy ustalonej długości fali (patrz też: kuweta elektrochemiczna). Pomiary te możliwe są zarówno w trybie ciągłym jak i impulsowym.
Automatycznie wykonywany jest również pomiar wydajności kwantowej, rozumiany jako stosunek liczby padających fotonów do wyprodukowanych fotoelektronów (IPCE) w funkcji długości fali i potencjału polaryzującego.
Podwójna siatka dyfrakcyjna monochromatora pomaga w utrzymaniu stałego poziomu natężenia światła (> 10 mW/cm²) w szerokim zakresie spektralnym.
Służymy fachową pomocą w wyborze odpowiedniego potencjostatu współpracującego z urządzeniem.
Oprócz potencjostatu kontroler może współpracować z sondą Kelvina, przerywaczem wiązki w układzie detekcji fazoczułej, mieszadłem magnetycznym, systemem pipet automatycznych, kontrolerem temperatury i wieloma innymi.
Wszystkie te urządzenia można zamówić w Instytucie Fotonowym.
kliknij obrazek, aby powiększyć
Przedstawione poniżej parametry są dobrane do typowych wymagań laboratoriów. Na Państwa życzenie mogą być dowolnie zmieniane.
- Źródło światła: lampa Xe 150 W chłodzona wodą
- Tryby pracy źródła światła: stabilizacja prądowa, stabilizacja poboru mocy elektrycznej, stabilizacja natężenia światła
- Jedna lub dwie siatki dyfrakcyjne: 1200 rys/mm z maksimum wydajności dla 300 nm i/lub 500 nm
- Maksymalna gęstość mocy światła: 35 mW/cm²
- Filtry krawędziowe: 400 nm oraz 510 nm
- Liczba możliwych filtrów: 6
- Liczba programowalnych wejść/wyjść cyfrowych (TTL) kontrolera
do synchronizacji z innymi urządzeniami: 16 - Komunikacja z komputerem: USB 2.0
Typowe gęstości mocy światła za szczeliną wyjściową monochromatora:
Spektrometr pozwala na zautomatyzowanie pomiarów i obróbki wyników. Na obrazku przedstawiono uzyskane trójwymiarowe widmo akcji fotoprądu dla TiO2.
Automatyczna obróbka wyników jest możliwa dzięki synchronicznemu zapisowi stanu urządzenia, który jest sygnalizowany przez port I/O.
kliknij obrazek, aby powiększyć
W publikacji Przemysława Kwolka i Konrada Szaciłowskiego „Photoelectrochemistry of n-type BiOI” spektrometr fotoelektryczny został użyty do demonstracji efektu PEPS (Photoelectrochemical Photocurrent Switching effect) w BiOI opisany w następujący sposób:
Figure bellow „… shows the photocurrent intensity as a function of the electrode potential under pulsed illumination at 450 nm. BiOI clearly exhibits the Photoelectrochemical Photocurrent Switching Effect (so called the PEPS effect). It was described for the first time by Szaciłowski et al. in 2006 [22-25]. This phenomenon is observed on semiconducting electrodes and is defined as a change in a photocurrent direction (i.e. anodic-to-cathodic transition or vice versa) due to changes of the electrode potential or wavelength of incident light. Such a behavior is very interesting from the point of view of nano- and molecular electronics. When an incident photon is treated as a bit of information and potential of the electrode controls the work of the device, such a system may process information as a logic gate or 1:2 demultiplexer [26-28]. Thus, BiOI may be a promising compound for information processing at the nanoscale. Photocurrent switching potential is equal to 0.5 V vs. NHE in air. For more positive potential values the anodic photocurrent is observed, the more positive potential, the higher intensity of the generated current. For more negative potentials than the switching point, cathodic photocurrent is observed only in the presence of oxygen. Analysis of the shape of a photocurrent pulse (the inset in Fig. 4) may provide some information about recombination processes. The regular, rectangular shape of the photocurrent profile indicates, that a steady state on the photoelectrode under illumination occurs i.e. photogenerated charge carriers are efficiently collected by the conductive support and the recombination processes are insignificant as well as other side processes (e.g. surface charging due to high impedance of the semiconductor/conductor interface). In order to explain the PEPS phenomenon observed on the BiOI electrode, pulsed photocurrent spectroscopy was employed. This technique enable to determine how the photocurrent depends on the wavelength of incident light and the electrode potential. „
Liniowy przebieg woltametryczny
Liniowy przebieg woltametryczny elektrody BiOI pod wpływem pulsującego oświetlenia o długości fali 450 nm, szybkości skanu
5 mV/s, 0.1 M KNO3 10 mM KI, w atmosferze powietrznej i azotowej. Mały wykres przedstawia kinetykę ewolucji fotoprądu przy stałym potencjale i przerywanym oświetleniu 450 nm. Różowa linia odpowiada fotoprądowi anodowemu dla 0.9 V względem NHE, niebieska to fotoprąd katodowy przy 0.2 V względem NHE.
Pełna mapa akcji BiOI
Amplituda fotoprądu w funkcji długości fali padającego światła
i potencjału fotoelektrody w natlenionym elektrolicie zawierającym 10 mM KI.
P. Kwolek and K. Szaciłowski, „Photoelectrochemistry of n-type bismuth oxyiodide”, Electrochimica Acta 104 (2013), 448-453
kliknij obrazek, aby powiększyć
- pln
- usd
- eur
- pln
- usd
- eur