Photocurrent Generation and Optical Transitions on Degenerate Cadmium Oxide Photoanodes

Abstract

Quantum efficiencies of photocurrent generation (i.e. quantum yields, Y) depending on the electrode potential (E) and irradiation wavelength (λ) are studied for polycrystalline degenerate cadmium oxide (CdO) with variable electron concentrations (ne). A depletion region (i.e. space charge layer) may be formed and considerable photocurrent (iph) may be generated (λ < 1200 nm) in the CdO/electrolyte solution system with appropriate anodic bias. The highest quantum yield (0.8 at λ = 450 nm) is attained in 0.2 M NaSCN at ne = (1 to 4) × 1019 cm−3. With electron concentration increasing to (0.9 to 1.6) × 1020 cm−3 it reduces to 0.1 under the same conditions. Here, the CdO energy gaps determined from Y spectra increase due to the Burstein shift from 0.90 eV to 1.10 eV for indirect and from 2.06 to 2.29 eV for direct transitions. Die Quantenwirkungsgrade der Photostromgeneration (d. h. Quantenausbeuten, Y) in Abhangigkeit vom Elektrodenpotential (E) und Bestrahlungswellenlange (λ) werden fur polykristallines entartetes Kadmiumoxid (CdO) mit unterschiedlichen Elektronenkonzentrationen (ne) untersucht. Ein Verarmungsgebiet (d. h. Raumladungsschicht) kann sich bilden und ein betrachtlicher Photostrom (iph) (λ < 1200 nm) im CdO/Elektrolyt-System bei geeigneter Anodenvorspannung generiert werden. Die hochste Quantenausbeute (0,8 bei λ × 450 nm) wird in 0,2 M NaSCN bei ne = (1 bis 4) × 1019 cm−3 erhalten. Mit auf (0,9 bis 1,6) × 1020 cm−3 steigender Elektronenkonzentration reduziert sie sich auf 0,1 unter denselben Bedingungen. Hierbei vergrosern sich die CdO-Energielucken, die aus den Y-Spektren bestimmt werden, infolge der Bursteinverschiebung von 0,90 auf 1,10 eV fur indirekte und von 2,06 auf 2,29 eV fur direkte Ubergange.