Comportement électrochimique d'une électrode semiconductrice de Cdte-n en milieu non aqueux

Laboratoire de Spectrométrie Physique associé au C.N.R.S. Université Scientifique & Médicale de Grenoble B.P. 53 X - 38041 Grenoble Cedex, France.

Résumé

Dans la première partie de cette publication les différents processus susceptibles de donner lieu à un transfert de charge entre une électrode semiconductrice et une espèce électrochimiquement active en solution sont tout d'abord rappelés. L'étude expérimentale effectuée ensuite sur électrode polycristalline de CdTe de type n confirme en tout point la validité du modèle envisagé. Il est montré en particulier qu'il suffit de connaître la position des niveaux d'énergie d'une espèce redox donnée par rapport aux énergies des bandes du semiconducteur pour que le comportement électrochimique de l'espèce considérée puisse être entièrement prévu.

Les réactions électrochimiques mettant en jeu le semiconducteur lui-même sont également étudiées. Il est montré que l'oxydation du CdTe n est liée à la présence de trous en surface, ces derniers pouvant être soit injectés dans la bande de valence par un oxydant en solution, soit générés dans le matériau par l'action d'un flux lumineux. Dans ce dernier cas, la photo-oxydation du semiconducteur peut être atténuée par la présence dans la solution d’un réducteur dont la position énergétique permet la capture des trous photogénérés.

Abstract

In the first part of this paper a summary of the theory of charge transfer between semiconducting electrodes and electrochemical species is presented. The experimental studies are carried out on polycristalline n-type CdTe electrodes with several redox species in the organic solvent dimethylsulfoxide. The intensity/potential curves yield conclusions in very good agreement with the theory: the knowledge of the energy levels of any redox species with respect to the semiconductor bands energies allows the electrochemical behaviour of the species to be predicted.

The electrochemical reactions involving the semiconducting electrode itself are investigated: it is shown that oxidation of n-CdTe is related to the hole concentration at the interface. Holes can be injected into the electrode by an oxidising species from the solution or generated in the semiconductor as a result of illumination. This photo-oxidation can be at least partially quenched by a reducing form in solution, providing its energy levels overlap the valence band.