photoelectrochemical solar energy conversion based - ictp portal
TRANSCRIPT
1938-5
Workshop on Nanoscience for Solar Energy Conversion
Teketel Yohannes ANSHEBO
27 - 29 October 2008
CNR, ISM, Via Gobetti 10140129 Bologna
Italy
Addis Ababa Univ. Dept. of Chemsitry Ethiopia
Photoelectrochemical Solar Energy Conversion Based on Conducting Polymers
������������� ���� ������������������ ������������� ���
����������� !���� ������"�#�����
��������$���%�������$%�����&���&���
�
�����%��%���%���'����#���(������� ����� �����
%��&%���(�������
�
����%�(�&��� �#�� )�������
*�'���+'������#� ��� �����
� ���&%���(�������
� ���&%���(�������,-&�������
.�/�0&��+'������#� ��� �����
� ���&%���(�������
� ���&%���(�������,1��(���%�'���%��&%��
2���%�& ��
�&�����
�
����%�(�&��� �#�� )�������
*�'���+'������#� ��� �����
� ���&%���(�������
� ���&%���(�������,-&�������
.�/�0&��+'������#� ��� �����
� ���&%���(�������
� ���&%���(�������,1��(���%�'���%��&%��
2���%�& ��
�&�����
�
3��������#� 4
�#� �%����������(��5������ &�������%���%�������(������ �����������(��6%���%���5&��7
�� �%� ��&%�&���5�����#�
�
�������� �� ������5� ��(�������� ���%��&%������%�����%����� ����%���������������
� ��� ���%���+��� ���� � �������� ��� ��� ���%���%� 5�����%�������������8&�%���
� ������(��%������%�������� �������%��� ������9��� ����&����&��������6%&����7����%�����
� ��� �������� � � ��� ���%������� �&���� 9�%� ���9 � ���5�9�5����%��� �����%����%�������(����%��%&���
� #��%���������� �������%���%������%��� �
� /�(������(��� �%���������������%���%�������(��������%���5&���
�
�������
� :���9� ����+(��� ���%��&%�� � 9 �� ��+�� �� �����%� ���� ���� ��%��&���������(�������&� ���������%���%��9������%������ ��
� 3��� �� ��� ���%� � ��� �����5�%�� ��� �����������%����%%&��9������ ���%��&%����� ��5���� �� ������������5���%�� ���
� ����5�����������������%�����5�%��&%���(������� 9� ���%�� �������������
� 3��������+(��� ���%��&%�� ��������� �������&���� ����������� �����������5���� �������������
�
���%����� �������� ;� '���%��&%�� � 9��� ����������������(��������(��� ������%�55�%����
�1��(���%�'���%��&%��;��'�"�<�"���'"�<�� "�����"����*"��&1�'�*"���%�
���(���%�'���%��&%�� ;��'��������%&�� �
�����%������ "�������� "���%������&%���(�������
���������� "����������"�����������"����6�+��������7"���%�
�&��9���� ��� ������������%��&%���(������� �'���� � ;�����%��������%��%���%���
)�������
�
� � �
��� ������ ������� ����
�
�
����������
�
������ ���������
�
������ �����������������
�
�����������
����%��� ��&%�&�� �5� ���%�8&(�����������
#��%����%��������&%���(�������
�
:�������=��������� ����*>>>����������� ������������������������� ������������
�������������������
��������� �����������
����� � ������
����������� ���
������� ������
��������������!�
������� �������������
������������������
��
#��%������;���0&���������������%������
����������%������ ;�1��%��&%�� ���� �������5� ��� ������������������
�������������;
� ���6������������7
� ���6�������������7
� ���6�������������7
� ��� ������"����
1� ;
� /�"�:�"�?"����� ��� �9���%&����+�� ;�1+"����2+"��-.'�.
+"����
� :@2A� ���
1�+���&%���(�������
��
�
�
�
��
�
��
�
�
�
�
�
�
�������� ����
�
�
�
��
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�������� ����
� �����������%&�����9��� �(������������5��������%���
� ������ ���������������%����
1��%�)��������������#��%������
��
B����%&���� 1����,��������� #&.A,#&*A
� '&������ ���, &��&�
� -�6�:7!2+,-�6�:7!
.+
� ��%�
B����%&����C��&�����#��%����
�&��������%����;�#��%��%���%����� �������������� � &����;�1��"��&"��(" ��%�
��
�#� ����������%�������%�& ������ %��� ��� & ��� �� ���� ����(�� ��� ��� 5��� 5�%���%��� 5&�� � ��� �������� �� %�������(� ��(�� �����%���%���
������� ������ ���
��������+������(�%���%���� ��% �5���� ���%��&%���%��� ��� %����������� ������� ��� &������� %�%�� 5� �����%&������%�%���������5���������%&���
��� ���+ �����8&�%��� �&���������%� ��5��������%�����%� ���%�
�������(�
��
����%�(�&��� �#�� )�������
*�'���+'������#� ��� ������ ���&%���(�������� ���&%���(�������,-&�������
.�/�0&��+'������#� ��� ������ ���&%���(������� � ���&%���(�������,1��(���%�'���%��&%��
2���%�& ��
�&�����
��
�9�%�� � �5��������%��������� ;
����%����%�����%��&%���(�������
���+%��&%���(�������
�� �������� � 5�� �����%����� 5� ��� %�� � � 5� ��������� ���%���������9�����%������
#��������������� ���%&������������0&��D8&�%�����#� � &%�� ;
��%��(��(
/����(�
����������
������(
'���+'������#�
��
�������#��%������;�+6�@*�E�@*�@*�FG�7+B�����&���;�1.
+,1+
���9���'&������/����& ��(��)�%��������'�������������&�+�&����� &���(��� ��&����
����%��'��&%�&�������#������������'��+&��
��8&(����������� ;� ��.)�"��.@�"��.��"�����"������"���:1"�)#@+��H"��+������ ���
��
� ����%���'���� �
� #��%��%���%��� ���� �
'���%��&%����������
�
�����
��
�����
�
�����
��
���
� �
�����
�
�
�
�
�
�
�
��� ���� ����� ����
��� ����
1� �.)�11� �.@�111� �.��1H� �#���H� ����H1� �����
��
���� ���� ���� � ��� ���
����
����
����
���
���
���
���
� �
���
�!�����"μ#
$������%"&�
�&��������� ���+����(������%���� ��% �5�1��I����6.+)�+%+.��7I���)�#;1.+,1+I��#���I1������������������&��������&��������
�&�����+H���(������%���� ��%
1'��J�>�*��μ�,%�*
H���J��!K��H
�� 5������� /����� ���� �������� ����� "� L�����=�������'%�"��M�6*>> 7�M�M�
��
��� ��� ��� ��� ��� ���
�'�
�'�
�'�
�'�
�'�
�'�
� �
���
�$�()
*�+�%�� �"�&
��!���
��!������"������
������ �
λμ=
��%&�������%���� ��%��&��5�1��,����6.+)�+%+.��7�,1.N,1N,�#���,1���5�����&����������&(��7�5���� �����7���%�� ����
'��%�����B� �� �
�� 5�������/���������������������� "�L�����=�������'%�"��M�6*>> 7�M�M�
��
�7�:�����=������%����� ������ ��%��&��5����6.+)�+%+.��7���� �������1�������������=����%���� ��%��&��5�1��,���6.+)�+%+.��7,1.N,1N,�#���,1���5�����&����������&(��7�5���� ����%7���%�� �����
'��%�����B� �� �
.>> 2>> K>> !>> >> M>>
>">
>"*
>"2
>"!
>"M
�">
�#�
�$�
���
:��
���=����
���%����� ���%��C
�1��#O
3������(��6��7
�
�� 5������� /����� ���� ������������� "�L�����=�������'%�"��M�6*>> 7�M�M�
��
���� ���������'������'�������%&�����
1��,�.)�,��)�#"�1.N,1N,��,1��������������� "����� �'���"����1�(��P "�'�����)���"�M*6�GG!7*�K��
��
#55�%��5�B�����&������%��������
1��,�.��,��)�#"�1.N,1N,��,1��������������� "����1�(��P "�L��#��%��%����'%�"��2.�6�GG!7�*.�>�
E1.NF,E1NF���H%�6�H7���1 %�6��,%�*7�> + +��> **.�> K.�.>�� *K>�> .��>>�>� K*.�. .*�.
��
�H�5�1��,��)�#,1����7��������%&���������7���)�#�%��������9���#&��.�
������������� "����1�(��P "�'�����)���"��> �6�GGG7�G �
#55�%��5�B�����&���
1��,�����,��)�#"����,��,1��B����%&��� H%�6�H7 1 %�6μ�,%�*71.N,1N� ����*K> �������>�>2#&*A,#&.A� ����!>> �������>��>
#&*A,#&.A������%&���
��
'���+ ������#�� ��� ���1 %�6Q�,%�*7��H%�6�H7���B�5��1��,�.)�,��)�#"�1.N,1N,��,1�� >�.K� �2>� E�F�1��,�.��,��)�#"�1.N,1N,��,1�� >�>2� *K>� E*F�1��,����,��)�#"�1.N,1N,�#���,1�� �����>�*> �!!� E.F�1��,�����,���#"�1.N,1N,�#���,1��� >�2>� *2> E2F1��,�.@�,��)�#"�1.N,1N,�#���,1��� �����>�2 �.>� EKF��1��,�.@�;�!>,��)�#"�1.N,1N,�#���,1��� � �*M� �GM E!F1��,���6.)�+%+.��7,��)�#"�1.N,1N,�#���,1�� >�*� � �!K E F1��,)#@+��H,��)�#"�1.N,1N,�#���,1��� �>��2 �.�> EMF
E�F�������������� "����� �'���"����1�(��P "�'�����)���"�M*6�GG!7*�K��E*F�������������� "����1�(��P "�L��#��%��%����'%�"��2.�6�GG!7�*.�>��E.F�������������� ""����1�(��P "�'����)������� �����'�������� "�K�6�GGM7��G.��E2F�������������� "����1�(��P "�'�����)���"��> �6�GGG7�G ��EKF�) � �����"�������������� "����� �'���"�'����)����������'�������� "�M.�6*>>27�.>��E!F�� &���)��(� �"�������������� "�'����)������� �����'�������� "�G>�6*>>!7�.K>M�E F��� 5�������/���������������������� "�L�����=�������'%�"��M�6*>> 7�M�M�EMF�� ���5��� ���"�� �5��'��(�9��"�������������� "�'1:#�;�#�������L��'%��"�1�������"�6*>>M7
1 %�����H%�5����H���& �'���+'������#� �'�&����
��
$��,-.!%%�����
$�/�(010���"��
$(2�,������30��0�,�
�
�����
� � �
��
�,�
��� � �
�3�
���
+6�@*�E�@*�@*�FG�7+
���%���%��� ��&%�&���5�6�7����6.+����������7���.@�"�6�7����6."2+���������������7"��#���"������6%7�5&�������"��!>"�����6�7������ �%� ��&%�&���5���� ���� ������#���
'���+'��������&%���(�������,�!>��#�
��
��%&�������� �� ����%����&& ����&��������9�����(������� ����5��>>��3,%�*�5���.@�;�!>��� ��� ���+ ������#�
� &��� )��(� �� ���� ������������� "� '���� #���(�� )������� � ����'�������� "�G>�6*>>!7�.K>M�
'���+'��������&%���(�������,�!>��#�
�'� �'�4���
�'�4���
�'�4���
�'�4���
�'�4���
�'�4���
��
�
�
�
�
�
��
�
�
$����!�����05μμ#0�&��6
,&�0576
���%���������� ���H%�6�H7 ������1 %�6μ�,%�*7�&����.@� �.> �����>�2 �.@�;�
!>� �GM ����� �*M
��
����%�(�&��� �#�� )�������
*�'���+'������#� ��� ������ ���&%���(�������� ���&%���(�������,-&�������
.�/�0&��+'������#� ��� ������ ���&%���(������� � ���&%���(�������,1��(���%�'���%��&%��
2���%�& ��
�&�����
��
�������%�� ��&%�&���5������0&��+ ������#�
3����(�#��%����;�1��,���������1��,���*,������
���� '��(�9��"�������������� "�'��<&��� "�@��:�&(���&��"�����:��'��'���%�5�%�"�"�L�����=�������'%�"��M6*>> 7���MG����� '��(�9��"�'�� ���� ��"�3��)���"�������������� ������� '����� '�����)���"��KM�6*>>M7�.> ����� '��(�9��"�������������� ��������� '���"�'�����)�����K �6*>> 7� K���� '��(�9��"�������������� ������� ��� '���"��&���������'%��#��"�*��6*>> 7�*M������ '��(�9��"�'� ���� ��"�3��)���"�������������� �������� '���"��&���������'%��#��""�*��6*>> 7�2>K�
/�0&���'�������(���%,1��(���%��#�
��
%��
%� %��
&�'�
��(�#��)�#���*+���(��
','
-.,'
�ν�
�
�
%��!%�
%�
���#���� � ��/
%&'�*��00 1���������#���)�
� �
� �
� �
� �
12
32
4��#����4���*� �53
�#��(
��3�
Δ 3
�������������%����
��
��� ��� ���
�
�
��
��
�!�����03��7�80�
μ#"�&��
��%�� �0���
�
���� ���� ���� �������
����
���
���
���
�!�����03��7�80�&#"�&��
��%�� �0���
�
1��,�.@� 1��,���*,�.@�
��� '��(�9��"�������������� "��������� '���"�'�����)�����K �6*>> 7� K�
�&�����+H���(������%���� ��%
����%����� ���� � ����.@�
��
��������%��%���%�������%� ���������� �%�������(��.@���������*,�.@�����%��������%���� ��/�(������� ����5��>>��3,%�*�
>��>�K�K�>.*>���*,�.@�
���4����0>�2*�!>*�2�.@�
ηη06O7--H%�6�H71 %�6μ�,%�*7���%����������
����%� ���������� ;����*,�.@��H�� & ��.@�
��� '��(�9��"�������������� ��������� '���"�'�����)�����K �6*>> 7� K�
��
�
�
�
�
�
�
�
�
�
���
� �
���
)���� ;� �7����������� ������������������������������� �7�.+6*R"KR+��������������7������"��@����
%7������������������������������������������
)���;�%�%��%������������'&� ����� ;�1��+(�� "����*�%�����1��+(�� �����(�� ��%���������������+���%�����%����#��%���� ;�B#�60&� �7�J��(,�(��"��#�J����'�&���;����)�5��������� �����>���)�/����2,�@.�:�
-�� ����%���������%���� "���������� �9��������������������&����� ���� ��
#��%��%���%���'���� �
��
3����(����%����;����������&%������������%����������� ����%���������5������9���
���%������� �&���
S&� ����5����%�����%����;��(�9����%�����9����(��
�&��������%����;����5��
� �������� ��@���� ������
#��%��%���%�������
#��%��%���%��� ���� � �5������� ;
��
��%��%�������(����5��������%���������=�����5��@������(�� ���%������� �����%���������@.�:� �&����%�������(����)�5��������� �����>���)�5��#��-����%���������� %���������5��>��H, �
��%��%�H�����(����5�)�������������
>"2 >"! >"M �"> �"*
+2>
+*>
>
*>
2>
!>
M>
�&������6μμ�7
H���(��6H7� � ���(,�(��
>"2 >"! >"M �"> �"*
+2>
+*>
>
*>
2>
!>
M>
�&������6μμ�7
H���(��6H7� � ���(,�(��
��
>"> >"* >"2 >"! >"M �"> �"*+�K
+�>
+K
>
K
�>
�K
*>
�
�
�&������
6μ�,%�*7
H���(��6H7�� ��0&� ���(,�(��
�� �� � ���!""�#$!"��%�
�����������
������&����!��
�%���������
���#�!''�� !$�����'(���� �$���$� �$�����!�)*+�,��-.�/�0�&
��1�
'��������!��!�' !��$!����%�+)�"20'*
��%��%�H�����(����5�������
��� '��(�9��"�'�� ���� ��"�3��)���"�������������� ������� '����� '������)���"��KM�6*>>M7�.> �
��
���� ���� ���� ������
���
�
��
��
�!�����03��7�80�
μ#"�&��
#��%�30�������%0���
1+H�%���%���� ��% �5����������,���*���� ����#��&�����9������(�����&��������5��������%� ����9�����(������� �����5�M>��3,%�*;
��@����6��&������7"��������6���%������7������������6B�������7�
�&�����+H���(������%���� ��%
��� '��(�9��"�'�� ���� ��"�3��)���"�������������� ������� '����� '������)���"��KM�6*>>M7�.> �
��
�#�����5����%����������� �5�������,���*"���@���,���*�����������,���*��� �������%�
���%����������������� � H���������� 1'��������#��%��������������������� 6�H7������ �6μμ�,%�*7�
������0���*��� �+K*>����� �.*���������
��@���0���*��� �+K*>����� �*M���������
������0���* �+K!>������ �2K���������
�#�����5����%�����������
��
��%�& ��
'���+'������#�;��������������� ���%&������������0&��� ������#�� &%�� ������(�"���%��(��(���%�
-&�������;������� ��#�����5����%�
���&%���(������� ;�� ����� �� ���=��
��
6 ��5�������1�(��� "�1-)TT�����������5��� �% "�/������( �������� ��"�/������( "�'9����
6 ��5��'������'���%�5�%�"�/��=�1� ���&���5���(���%�'��������"�L���� �?������������ ����/��="�/��="��& ����
6 ��5���� &���'������� ���%�(�&�"������������5�#�(�������("�� ���������� ���"�� ���"�L����
6 ��5���#�������<����� "�#����������������� ���)�������� �% "������� ����5����9���"����9���"����(�&�
6 ���� ��������������"����� ������������� ���"�#�����6 1���"����� ��"�1����6 )'%�������� �&���� "����� ��������������"����
-&����(�5��;6 B��"����� ������������� ���6 #'��"�#�����6 �3�'"����� ��"�1����6 '1��,'�B#�"�'9����
�%��9���(�����