Halvleder-elektrokjemi

Emnet undervises annet hvert år, neste gang våren 2016. Innhold: Beskrivelse av elektronstruktur og -statistikk for faste stoffer. Halvlederoverflaters elektronstruktur. Kontakter mellom faste stoffer. Transportprosesser i faste stoffer og løsninger. Elektrokjemiske celler. Modeller for romladninger og elektriske dobbelsjikt. Mott-Schottky-plott og effekten av overflatetilstander. Modeller for beskrivelse av elektronoverføring mellom faste stoffer og elektrolytter. Elektronoverføring mellom halvledere og eksiterte molekyler. Elektrokjemiske og fotoelektrokjemiske måleteknikker. Anvendelser av halvleder-elektrokjemi i beskrivelsen av stabilitet av metaller og halvledere. Fotoelektrokjemiske anvendelser (utnyttelse av solenergi). Fotoelektrokjemiske prosesser på halvleder-nanopartikler.

Etter fullført kurs kan studenten:

- Redegjøre for alle sentrale begreper som inngår i beskrivelsen av elektronoverføring mellom en halvleder og en elektrolytisk løsning
- Slike sentrale begreper vil være: Ioners energifordeling i løsning, tilstandstetthet i faste stoffer, tunneling, rekombinasjon, Poisson-Boltzmanns ligning, reorganiserings-energi,lysabsorbsjon, kvasi-Ferminivå, luminescens, fargestoff
- Redegjøre for prinsippene for ladningsoverføring i slike systemer (isoenergetisk ladningsoverføring mellom tilstandstettheter), herunder Gerischer- og Marcus-modellene
- Knytte forbindelsen mellom modellene for halvleederelektroder og elektronoverføring mellom metaller og løsning
- Redegjøre for prinsippene bak elektrokjemiske celler og elektrokjemiske (inklusive roterende elektroder og impedans) og fotoelektrokjemiske målemetoder og forklare hvordan de anvendes, og hvordan de kan relateres til fotoelektrokjemiske solcellers ytelse
- Redegjøre for prinsippene bak design av fotoelektrokjemiske solceller og hvordan de klassifiseres
- Redegjøre for forskjellen mellom nanostrukturerte materialer og bulk-halvledere mht fenomenene beskrevet ovenfor
- Redegjøre for prinsippene bak fargestoff-baserte celler
- Redegjøre for halvlederes stabilitet i løsning
- Redegjøre for trender innen feltets forskningsfront

Etter fullført kurs kan studenten:

- Utføre beregninger knyttet til fenomenene ovenfor for gitte parametere: Fotostrøm, fotospenning, tilstandstettheter i løsning, ladningsbærerkonsentrasjoner, ledningsevne i fast stoff og løsning, kvantitativ tolkning av målinger (inklusive Mott-Schottky-plott)
- Utlede Marcus' uttrykk for reorganiserings-energien
- Utlede Mott-Schottky-ligningen fra Poisson-Boltzmanns ligning

Undervisningen er basert på
forelesninger, øvinger, kollokvier og selvstudium. To obligatoriske øvinger inngår.