ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ ДИОКСИД ТИТАНА/КРЕМНИЙ

Представлены результаты теоретического моделирования электрических характеристик гетероструктуры диоксид титана/кремний в условиях солнечного облучения. Моделирование проведено с помощью математического описания процессов генерации и переноса носителей заряда для практически важных гетероструктур n-TiO2/p-Si. Установлено, что величина тока в области малых внешних смещений – до 0,6 В, нелинейным образом зависит от длины волны солнечного света и определяется переходом электронов из кремния в диоксид титана. Максимум тока соответствует длинам волн солнечного излучения в области 600 нм. Полученные результаты объясняются существенным различием коэффициентов поглощения и отражения солнечного излучения диоксида титана и кремния, обусловливающим закономерности генерации неравновесных носителей заряда в гетероструктуре n-TiO2/p-Si. Показано, что в отсутствии внешнего смещения в области длин волн солнечного излучения 500–600 нм электронные переходы из кремния в диоксид титана происходят свободно, а переходы дырок блокированы. Это позволяет при относительно тонком слое диоксида титана эффективно реализовывать процессы каталитической очистки воды и воздуха на его поверхности за счет окисления органических соединений путем захвата электронов на поверхностные состояния. Установленные закономерности перспективны для углубленного анализа электронных процессов на поверхности полупроводниковых широкозонных оксидов металлов и их практического использования в фотокаталитических процессах.

1. Алфёров Ж.И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур. Физика и техника полупроводников. 1998; 32 (1): 3-18. DOI:10.1134/1.1187350

2. Barrera М., Pla J., Bocchi C., Migliori A. Antireflecting–passivating dielectric films on crystalline silicon solar cells for space applications. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2008; 92 (9): 1115-1122. DOI: 10.1016/j.solmat.2008.03.021.

3. Brus V.V., Ilashchuk M.I., Kovalyuk Z.D., Maryanchuk P.D., Ulyanytsky K.S. Electrical and photoelectrical properties of photosensitive heterojunctions n-TiO2/p-CdTe. Semicond. Sci. Technol. 2011; 26 (12): 125006. DOI: 10.1088/0268-1242/26/12/125006.

4. Linsebigler A.L., Lu G., Yates J.T. Photocatalysis on TiO2 Surfaces: Principles, Mechanisms, and Selected Results. Chemical Reviews. 1995; 95 (3): 735-758. DOI: 10.1021/cr00035a013.

5. Zhang H., Chen G., Behnemann D.W. Photoelectrocatalytic materials for environmental applications. Journal of Materials Chemistry. 2009; 19 (29): 5089-5121. DOI: 10.1039/B821991E.

6. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х кн. Кн.1. Пер. с англ. М.: Мир; 1984.

7. Шарма Б.Л., Пухорит Р.К. Полупроводниковые гетеропереходы. М.: Сов. радио; 1979.

8. Sarkar S., Gupta V., Kumar M., Schubert J., Probst P.T., Joseph J., König T.A.F. Hybridized guided-mode resonances via colloidal plasmonic self-assembled grating. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019; 11 (14): 13752-13760. DOI: acsami.8b20535.

9. Green M.A. Self-consistent optical parameters of intrinsic silicon at 300K including temperature coefficients. Solar Energy Materials & Solar Cells. 2008; 92 (11):1305-1310. DOI: 10.1016/j.solmat.2008.06.009.

10. Dou M., Persson C. Comparative study of rutile and anatase SnO2 and TiO2: Band-edge structures, dielectric functions, and polaron effects. Journal of Applied Physics. 2013; 113 (8): 083703. DOI: 10.1063/1.4793273.

11. Мостовой А.И., Брус В.В., Марьянчук П.Д. Механизмы токопереноса в анизотипных гетероструктурах n-ТiО2/p-Si. Физика и техника полупроводников. 2013; 47 (6): 788-792.