photoelectrochemical solar energy conversion based - ictp portal

42
1938-5 Workshop on Nanoscience for Solar Energy Conversion Teketel Yohannes ANSHEBO 27 - 29 October 2008 CNR, ISM, Via Gobetti 101 40129 Bologna Italy Addis Ababa Univ. Dept. of Chemsitry Ethiopia Photoelectrochemical Solar Energy Conversion Based on Conducting Polymers

Upload: others

Post on 09-Feb-2022

5 views

Category:

Documents


0 download

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�

��

�������������%���� �5�����'���+'������#�

��

��� ��� ��� ��� ��� ���

�'�

�'�

�'�

�'�

�'�

�'�

� �

���

�$�()

*�+�%�� �"�&

��!���

��!������"������

������ �

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���(�����

��