مقدمة. التأثير الكهروضوئي للصمام الأسس الفيزيائية للتأثير الكهروضوئي للصمام
هدف:التعرف على الخلية الكهروضوئية للصمام ، ودراسة خصائص الجهد الحالي.
مهمة:خذ عائلة من خصائص الجهد الحالي عند مستويات إضاءة مختلفة ، وحدد مقاومات الحمل المثلى وقم بتقييم كفاءة الخلية الكهروضوئية.
الآلات والاكسسوارات:، السيليكون الكهروضوئية ، مربع المقاومة ، ميليفولتميتر ، ملليمتر.
المقدمة
يتكون التأثير الكهروضوئي للصمام من حدوث صورة EMF في الصمام ، أي التصحيح والتلامس عند إضاءة الصمام. التأثير الكهروضوئي للبوابة الذي لوحظ في تقاطع pn له أكبر تطبيق عملي. يحدث مثل هذا الانتقال عادةً في المنطقة الداخلية لأشباه الموصلات البلورية ، حيث يتغير نوع التثبيط (من متقبل إلى متبرع) ونوع التوصيل المرتبط (من ثقب إلى إلكترون).
إذا لم يكن هناك اتصال بين أشباه الموصلات من النوع p و n ، فإن مستويات Fermi في مخططات الطاقة الخاصة بهم (الشكل 1) تقع على ارتفاعات مختلفة: في النوع p الأقرب إلى نطاق التكافؤ ، في النوع n الأقرب إلى نطاق التوصيل (وظيفة العمل من p-semiconductor A2 تتجاوز دائمًا وظيفة العمل لـ n-semiconductor A1).
https://pandia.ru/text/78/022/images/image006_62.gif "width =" 12 "height =" 221 "> تظهر خاصية الجهد الحالي لتقاطع pn غير المضيء في الشكل 3 (منحنى 2) يتم وصفه بالتعبير حيث JS هو تيار التشبع لتقاطع pn غير المضيء ، k هو ثابت Boltzmann ، e هو شحنة الإلكترون ، T هي درجة الحرارة ، U هي الجهد الخارجي.venno لتوجيه أو عكس قيلولة-
السيطرة على المجال الخارجي.
إذا كانت الخلية الكهروضوئية مضاءة من جانب المنطقة p ، فإن فوتونات الضوء ، التي يتم امتصاصها في طبقة سطح رقيقة من أشباه الموصلات ، ستنقل طاقتها إلى إلكترونات نطاق التكافؤ وتنقلها إلى نطاق التوصيل ، وبالتالي تشكل الإلكترونات الحرة والثقوب في أشباه الموصلات (الإلكترونات الضوئية والثقوب الضوئية) بكميات متساوية. الإلكترونات الضوئية التي تشكلت في المنطقة p هي ناقلات أقلية هنا. تتحرك من خلال البلورة ، فإنها تتحد جزئيًا مع الثقوب. ولكن إذا كانت سماكة المنطقة p صغيرة ، فإن جزءًا كبيرًا منها يصل إلى تقاطع p - n ويمر إلى المنطقة n من أشباه الموصلات ، مشكلاً تيارًا ضوئيًا Jph ، يتدفق في الاتجاه المعاكس. لا تستطيع الثقوب الضوئية ، تمامًا مثل الثقوب الخاصة بهم ، اختراق المنطقة n ، حيث يجب عليهم التغلب على الحاجز المحتمل في منطقة التقاطع p - n. وهكذا ، يفصل مفترق pn بين الإلكترونات الضوئية والثقوب الضوئية.
إذا كانت الدائرة مفتوحة ، فإن الإلكترونات الضوئية التي مرت إلى المنطقة n تخلق تركيزًا زائدًا من الإلكترونات هناك نسبة إلى حالة التوازن ، وبالتالي تشحن هذا الجزء من أشباه الموصلات سلبًا. الثقوب الضوئية تشحن المنطقة p بشكل إيجابي. بين كلا الجزأين من أشباه الموصلات يوجد فرق محتمل يسمى photo-emf. يتم تطبيق صورة EMF الناتجة على تقاطع p - n في الاتجاه الأمامي (ناقل الحركة) ، وبالتالي ينخفض ارتفاع الحاجز المحتمل وفقًا لذلك. وهذا بدوره يتسبب في تدفق ما يسمى بتيار التسرب Jy في الاتجاه الأمامي. تزداد الصورة emf حتى يعوض التيار المتزايد لحاملات الغالبية عن التيار الضوئي.
إذا أغلقنا الانتقال p - n إلى مقاومة الحمل rn (الشكل 4) ، فإن التيار J سوف يتدفق عبر الدائرة ، والتي يمكن تمثيلها كمجموع تيارين:
J \ u003d Jph - جي. (2)
يتم حساب تيار التسرب JY بواسطة الصيغة (1) لتقاطع p-n غير مضاء ، عندما يتم تطبيق جهد خارجي Un = J rn عليه في الاتجاه الأمامي:https://pandia.ru/text/78/022/images/image012_31.gif "width =" 25 "height =" 28 src = "> ~ F. (3)
في وضع الخمول ، الدائرة مفتوحة (rн = https://pandia.ru/text/78/022/images/image014_26.gif "width =" 147 "height =" 57 src = ">، (4)
من أين يتبع ذلك
https://pandia.ru/text/78/022/images/image013_28.gif "width =" 19 "height =" 15 src = ">). عندما يتغير التحميل الخارجي من 0 إلى نحصل على قسم av، وهي في الواقع خاصية الجهد الحالي للوصل p - n في الوضع الكهروضوئي بتدفق ضوء ثابت. قطعة الشمسيميز تشغيل الخلية الكهروضوئية عند تطبيق جهد خارجي مباشر على المقطع p - n-junction لكند- الجهد الخارجي العكسي (وضع تشغيل الثنائي الضوئي).
عندما يتغير تدفق الضوء ، تتغير خصائص الجهد الحالي ، ويتغير شكلها. عائلة خصائص فولت أمبير لخلية ضوئية للصمام في الوضع الكهروضوئي عند مستويات إضاءة مختلفة مبينة في الشكل. خمسة.
https://pandia.ru/text/78/022/images/image017_20.gif "width =" 231 "height =" 12 ">
الخطوط المستقيمة المرسومة من الأصل بزاوية α تحددها قيمة مقاومة الحمل (ctg α = rn) تتقاطع مع الخاصية عند النقاط التي تعطي حدودها انخفاض الجهد عبر الحمل ، وتعطي الإحداثيات التيار في الدائرة الخارجية (U1 = J1 r1). تتناسب المنطقة المظللة في الشكل مع القدرة Р1 المخصصة للحمل rн1:https://pandia.ru/text/78/022/images/image020_15.gif "width =" 136 "height =" 52 src = ">، (7)
حيث https://pandia.ru/text/78/022/images/image022_14.gif "height =" 50 ">. gif" width = "12">
إجراءات العمل
التمرين 1.إزالة خصائص التيار الكهربائي للخلية الكهروضوئية للصمام
1. بعد دراسة هذا الدليل ، اقرأ التثبيت بعناية.
2. عن طريق تغيير المقاومة rн من 10 إلى 900 أوم ، مع إضاءة ثابتة ، خذ 8-10 قيم الجهد والتيار ، (المسافة من مصدر الضوء إلى الخلية الكهروضوئية ل= 5 سم).
3. كرر الخطوة 2 من أجل ل= 10 و 15 سم.
4. تكوين عائلة من خصائص الجهد الحالي.
المهمة 2.دراسة خصائص فولت أمبير لخلية ضوئية للصمام
1. لكل إضاءة ، من خاصية الجهد الحالي المقابلة ، حدد الحد الأقصى للطاقة الكهروضوئية Рmax وفي هذه الحالة ، باستخدام الصيغة (7) ، احسب كفاءة الخلية الكهروضوئية. يتم حساب الإضاءة E من خلال كثافة الإضاءة للمصدر والمسافة لحسب الصيغة.
2. بمعرفة Pmax لجميع الإضاءات ، احسب مقاومات الحمل المثلى rn باستخدام الصيغة (6). يختار، يقرر. بناء الرسم البياني rн. اختيار = و (هـ).
3. بناء الرسوم البيانية Jk. ح = f (E) و Ux. س = و (هـ).
أسئلة الاختبار
1. ما هي ظاهرة التأثير الكهروضوئي الداخلي؟
2. ما هو الفرق بين أشباه الموصلات من النوع n وأشباه الموصلات من النوع p؟
3. كيف يتم تحقيق النوع المطلوب من الموصلية شبه الموصلة؟
4. ارسم مخططًا للطاقة لأشباه الموصلات من النوع n و p.
5. اشرح آلية حدوث فرق جهد التلامس p - n- الانتقالية.
6. اشرح آلية عمل الوصلة p - n كمقوم تيار متناوب.
7. كيف يتم ترتيب الخلية الكهروضوئية للصمام؟
8. ما هو الغرض من الصمام الكهروضوئية؟
9. هل يمكن استخدام الخلية الكهروضوئية للصمام ككاشف للإشعاع المؤين؟
10. أين تستخدم الخلايا الضوئية للصمام؟
11. ما هي آلية حدوث الصورة الكهرومغناطيسية للصمام الكهروضوئية؟
12. ما هو مستوى فيرمي؟
13. اذكر عدة أسباب للكفاءة المنخفضة نسبيًا لخلايا الصمام الكهروضوئية.
14. سم ميزة الخلايا الكهروضوئية للصمام كمصادر للطاقة الكهربائية مقارنة بالمزايا الأخرى التي تعرفها.
15. ما هي الصعوبات التي تواجه الاستخدام الواسع للخلايا الكهروضوئية للصمامات؟ توقعات - وجهات نظر.
فهرس
1. فيزياء تروفيموف. م: العالي. المدرسة. ، 19 ثانية.
2. ورشة عمل معملية في الفيزياء / إد. . م: العالي. المدرسة. ، 19 ثانية.
تأثير البوابة الكهروضوئية
حيوية
وصف
يحدث التأثير الكهروضوئي للصمام (الحاجز) في أشباه موصلات غير متجانسة (عن طريق التركيب الكيميائي أو مخدر بشكل غير متجانس مع الشوائب) ، وكذلك عند التلامس مع أشباه الموصلات المعدنية. في منطقة عدم التجانس ، يوجد مجال كهربائي داخلي ، والذي يسرع ناقلات غير متوازنة الصغيرة الناتجة عن الإشعاع. ونتيجة لذلك ، يتم فصل الحاملات الضوئية ذات العلامات المختلفة مكانيًا. يمكن أن يحدث الجهد الضوئي للبوابة تحت تأثير الضوء الذي يولد حاملات الأقليات. المهم بشكل خاص هو الجهد الضوئي للصمام في تقاطع p-n والتقاطع غير المتجانس ، أي ملامسة اثنين من أشباه الموصلات بتركيب كيميائي مختلف.
على التين. يوضح الشكل 1 بشكل تخطيطي فصل الأزواج الذي يحدث عند إضاءة تقاطع pn.
يتم تحفيز فصل أزواج ثقب الإلكترون بالضوء عند تقاطع pn
أرز. واحد
يتم المساهمة في التيار بواسطة الموجات الحاملة المتولدة مباشرة في منطقة تقاطع pn ، والمتحمسة في مناطق الانتقال القريبة والوصول إلى منطقة مجال قوي عن طريق الانتشار. نتيجة لفصل الزوج ، يتم تكوين تدفق مصحح للإلكترونات في المنطقة n وثقوب في المنطقة p. مع دائرة مفتوحة ، يتم إنشاء EMF في اتجاه الصبيب (الأمامي) للتقاطع p-n ، لتعويض هذا التيار.
اعتمادًا على المنشطات من كلا جانبي التقاطع غير المتجانس ، من الممكن إنشاء p-n - غير متجانسة (anisotype) و n-n - غير متجانسة أو p-p - غير متجانسة (isotype).
يشكل الجمع بين العديد من المتغيرات غير المتجانسة والوصلات الأحادية بعض البنى غير المتجانسة.
أكثر التفاعلات غير المتجانسة أحادية البلورة استخدامًا على نطاق واسع بين مواد أشباه الموصلات القائمة على الزرنيخيدات والفوسفات والأنتيمونيدات Ga و Al ، نظرًا لقرب نصف قطرها التساهمي.
تحتوي الخلايا الضوئية الموجودة على الوصلات p-n أو الوصلات غير المتجانسة على خمول منخفض وتوفر تحويلًا مباشرًا للطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية.
توقيت
وقت البدء (سجل من -3 إلى -1) ؛
مدى الحياة (سجل tc من -1 إلى 7) ؛
وقت التدهور (السجل td -3 إلى -1) ؛
وقت التطوير الأمثل (سجل tk 0 إلى 6).
رسم بياني:
الإدراك الفني للتأثير
يتم توصيل الثنائي الضوئي القياسي (يفضل أن يكون مع منطقة استقبال كبيرة ، مثل F24K أو ما شابه ذلك) بمدخل راسم الذبذبات ويضيء بضوء من مصباح فلورسنت. نلاحظ تذبذبًا في المجال الكهرومغناطيسي بتردد مزدوج للتيار الكهربائي (أي 100 هرتز).
تطبيق تأثير
يستخدم التأثير الكهروضوئي للصمام (الحاجز) في الخلايا الكهروضوئية والشمسية ، وكذلك في الأجهزة للكشف عن عدم التجانس في مواد أشباه الموصلات وأجهزة الكشف الضوئية لقياس تدفقات الضوء.
البطارية الشمسية (المولد الكهروضوئي) هي جهاز يقوم بتحويل طاقة الإشعاع الضوئي مباشرة إلى طاقة كهربائية. ينشأ التيار الكهربائي في البطارية الشمسية نتيجة العمليات التي تحدث في الخلايا الضوئية عندما يضربها الإشعاع الشمسي. تعتمد الألواح الشمسية الأكثر كفاءة على إثارة EMF عند الحدود بين الموصل وأشباه الموصلات الحساسة للضوء (على سبيل المثال ، السيليكون) أو بين الموصلات غير المتشابهة. تصل طاقة البطارية الشمسية إلى 100 كيلوواط ، وتتراوح كفاءتها بين 10-20٪.
صمام PHOTOEFFECT
التأثير الكهروضوئي في طبقة الحاجز - يحدث تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي القوة الدافعة الكهربائية(الفولتية الضوئية) في نظام يتكون من اثنين من PPs مختلفين أو PP ومعدن. اكبر عملية ذات الأهمية F. v. في p-i- الانتقال و غير متجانسة. F. في. المستخدمة في الخلايا الكهروضوئية. مولدات PP الثنائيات الضوئية ، الترانزستورات الضوئيةإلخ.
. 2004 .
شاهد ما هو "VENT PHOTOEFECT" في القواميس الأخرى:
ميكانيكا الكم ... ويكيبيديا
إعادة توزيع الإلكترونات في الطاقة. الحالات في PP الصلبة والسائلة والعوازل ، التي تحدث تحت تأثير مغناطيس كهربائي. إشعاع. F. في. يتم اكتشافه ، كقاعدة عامة ، من خلال تغيير في تركيز الموجات الحاملة الحالية في الوسط ، أي من خلال ظهور ... قاموس موسوعي كبير للفنون التطبيقية
تأثير الصمام الكهروضوئي- التأثير الكهروضوئي الداخلي ، حيث يحدث emf. [مجموعة من الشروط الموصى بها. العدد 79. البصريات الفيزيائية. أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. لجنة المصطلحات العلمية والتقنية. 1970] الموضوعات البصريات الفيزيائية. تعميم تحويل المصطلحات ... ... دليل المترجم الفني
تأثير الصورة ، مجموعة من الظواهر المرتبطة بإطلاق إلكترونات الجسم الصلب من الترابط داخل الذرة تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي. هناك: 1) التأثير الكهروضوئي الخارجي ، أو الانبعاث الكهروضوئي ، وانبعاث الإلكترونات من السطح ... ... الموسوعة الحديثة
ظاهرة مرتبطة بانطلاق الإلكترونات من مادة صلبة (أو سائلة) تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي. هناك: ..1) التأثير الكهروضوئي الخارجي - انبعاث الإلكترونات تحت تأثير الضوء (الانبعاث الكهروضوئي) ،؟ الإشعاع ، وما إلى ذلك ؛ .. 2) ... ... قاموس موسوعي كبير
تأثير الصورة- (1) حدوث قوة دافعة كهربائية للصمام (photoEMF) بين اثنين من أشباه الموصلات غير المتشابهة أو بين أشباه موصلات ومعدن تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي ؛ (2) الانبعاث الخارجي (الانبعاث الكهروضوئي) للإلكترونات من ... موسوعة البوليتكنيك الكبرى
لكن؛ م فيز. تغيير خصائص مادة تحت تأثير الطاقة الضوئية ؛ التأثير الكهروضوئي. * * * التأثير الكهروضوئي هو ظاهرة مرتبطة بانطلاق الإلكترونات من مادة صلبة (أو سائلة) تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي. يميز: ... ... قاموس موسوعي
تأثير الصمام الكهروضوئي
التأثير الكهروضوئي لطبقة الحاجز- užtvarinis fotoefektas status as T sritis fizika atitikmenys: engl. تأثير طبقة الحاجز الضوئي ؛ التأثير الكهروضوئي لطبقة الحاجز ؛ تأثير الضوئية vok. Sperrschichtphotoeffekt ، روس. التأثير الكهروضوئي للصمام ، م ؛ التأثير الكهروضوئي ، م ؛…… نهايات Fizikos žodynas
الظاهرة المصاحبة لإطلاق الإلكترونات التلفزيونية. الجسم (أو السائل) تحت تأثير البريد الإلكتروني. ماغن. إشعاع. تميز: خارجي. انبعاث الإلكترونات تحت تأثير الضوء (الانبعاث الكهروضوئي) والإشعاع ، إلخ ؛ داخلي واو زيادة ... ... علم الطبيعة. قاموس موسوعي
التأثير الكهروضوئي الداخليناتجة عن الإشعاع الكهرومغناطيسي انتقالات الإلكترون بالداخلأشباه موصلات أو عازل من حالات مرتبطة إلى حالات حرة دون الهروب إلى الخارج. نتيجة لذلك ، يزداد تركيز ناقلات التيار داخل الجسم ، مما يؤدي إلى ظهور الموصلية الضوئية - زيادة في الموصلية الكهربائية لأشباه الموصلات أو العازلة عند إضاءةها.
التأثير الكهروضوئي للصمام (نوع من التأثير الكهروضوئي الداخلي)
1. حدوث EMF (photo-EMF) عند إلقاء الضوء على اتصال اثنين من أشباه الموصلات المختلفة أو أشباه الموصلات والمعدن (في حالة عدم وجود مجال كهربائي خارجي). يستخدم التأثير الكهروضوئي للصمام في الألواح الشمسية لتحويل الطاقة الشمسية مباشرة إلى طاقة كهربائية.
التأثير الكهروضوئي الخارجي (الانبعاث الكهروضوئي)يسمى انبعاث الإلكترونات بواسطة مادة تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي.
مخطط لدراسة التأثير الكهروضوئي الخارجي. قطبان كهربائيان (كاثود K مصنوع من المعدن قيد الدراسة وأنود لكن) في أنبوب مفرغ متصل بالبطارية بحيث لا يمكنك تغيير القيمة فحسب ، بل يمكنك أيضًا تغيير علامة الجهد المطبق عليها. يقاس التيار الذي يحدث عندما يضيء الكاثود بضوء أحادي اللون (من خلال نافذة كوارتز) بواسطة مليمتر متضمن في الدائرة. الاعتماد على التيار الضوئي أنا، التي تشكلت عن طريق تدفق الإلكترونات المنبعثة من الكاثود تحت تأثير الضوء ، على الجهد يوبين الكاثود والأنود يسمى خاصية الجهد الحالي للتأثير الكهروضوئي.
مع زيادة U ، يزداد التيار الضوئي تدريجياً حتى يصل إلى التشبع. الحد الأقصى للقيمة الحالية أنالنا - تشبع ضوئي - يتم تحديده من خلال هذه القيمة أنتحيث تصل جميع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود إلى القطب الموجب: أنالنا = en، أين ن- عدد الإلكترونات المنبعثة من الكاثود في 1 ثانية. عند U = O ، التيار الضوئي ليس كذلك
يتلاشى ، لأن الإلكترونات الضوئية ، عندما تغادر الكاثود ، لها سرعة ابتدائية معينة. لكي يصبح التيار الضوئي صفراً ، من الضروري تطبيق جهد تأخير U 0. عند U = U 0 ، لا يمكن لأي من الإلكترونات ، حتى مع أقصى سرعة ابتدائية أثناء المغادرة ، التغلب على مجال التثبيط والوصول إلى القطب الموجب:
على سبيل المثال ، بقياس جهد التأخير U 0 ، يمكنك تحديد القيمة القصوى للسرعة υ الأعلىوالطاقة الحركية ك م آه الإلكترونات الضوئية.
45. قوانين التأثير الكهروضوئي.
(1) قانون ستوليتوف: عند التردد الثابت للضوء الساقط ، يتناسب عدد الإلكترونات الضوئية المنبعثة من الكاثود الضوئي لكل وحدة زمنية مع شدة الضوء (تتناسب قوة تشبع التيار الضوئي مع إضاءة الطاقة E e للكاثود).
(2) لا تعتمد السرعة الأولية القصوى (أقصى طاقة حركية أولية) للإلكترونات الضوئية على شدة الضوء الساقط ، ولكن يتم تحديدها فقط من خلال ترددها ν
(3) لكل مادة حد أحمر للتأثير الكهروضوئي - الحد الأدنى لتكرار الضوء (اعتمادًا على الطبيعة الكيميائية للمادة وحالة سطحها) ، والذي تحته يكون التأثير الكهروضوئي مستحيلًا.
لشرح آلية التأثير الكهروضوئي ، اقترح أينشتاين أن الضوء بتردد ν لا ينبعث فقط من الكميات الفردية (وفقًا لفرضية بلانك) ، ولكنه ينتشر أيضًا في الفضاء ويتم امتصاصه بواسطة المادة في الأجزاء الفردية (الكميات) ، الطاقة منها ε 0 = حν.
تسمى الكميات من الإشعاع الكهرومغناطيسي التي تتحرك بسرعة انتشار الضوء في الفراغ بالفوتونات.
يتم إنفاق طاقة الفوتون الساقط على عمل الإلكترون أ من المعدن (انظر الصفحات 3-31) وعلى توصيل الطاقة الحركية إلى الإلكترون الضوئي المنبعث. معادلة أينشتاين للتأثير الكهروضوئي الخارجي:
تشرح هذه المعادلة اعتماد الطاقة الحركية للإلكترونات الضوئية على وتيرة الضوء الساقط (القانون الثاني). التردد المحدد
(أو) عنده الحركية
تصبح طاقة الإلكترونات الضوئية مساوية للصفر ، وهناك حد أحمر للتأثير الكهروضوئي (القانون الثالث). شكل آخر لكتابة معادلة أينشتاين 
يوضح الشكل اعتماد الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات الضوئية على تردد تشعيع الضوء للألمنيوم والزنك والنيكل. جميع الخطوط موازية لبعضها البعض ، والمشتق d (eU 0) / dv لا يعتمد على مادة الكاثود ويساوي عدديًا ثابت بلانك h. الأجزاء المقطوعة على المحور الصادي مساوية عدديًا للعمل لكنإطلاق الإلكترونات من المعادن المقابلة.
يعتمد تأثير الخلايا الكهروضوئية ومقاومات الضوء (مقاومات الضوء) في مقاييس ضوئية ورفاهية وأجهزة تحكم وأتمتة للعمليات المختلفة ، وأجهزة التحكم عن بعد ، وكذلك المضاعفات الضوئية شبه الموصلة والبطاريات الشمسية على ظاهرة التأثير الكهروضوئي.
تم إثبات وجود الفوتونات في تجربة بوث. رقاقة معدنية رقيقة F ، تقع بين عدادات Cch ، تحت تأثير الإشعاع القاسي ، تنبعث منها أشعة سينية. إذا تم توزيع الطاقة المشعة بشكل موحد في جميع الاتجاهات ، على النحو التالي من تمثيلات الموجة ، فيجب أن يعمل كلا العددين في وقت واحد ، وستظهر العلامات المتزامنة بواسطة العلامات M على الشريط المتحرك L. في الواقع ، كان موقع العلامات غير منظم . وبالتالي ، في عمليات انبعاث منفصلة ، تولد جسيمات الضوء (الفوتونات) ، تطير إما في اتجاه واحد أو آخر.
46. كتلة وزخم الفوتون. وحدة الخصائص الجسيمية والموجة للضوء.
باستخدام العلاقات ، نحصل على تعبيرات عن طاقة وكتلة وزخم الفوتون
تربط هذه العلاقات الخصائص الكمومية (الجسدية) للفوتون - الكتلة والزخم والطاقة - بخاصية الموجة للضوء - ترددها.
للضوء في نفس الوقت لوحالخصائص التي تظهر في أنماط انتشارها ، والتداخل ، والانحراف ، والاستقطاب ، و جسيمي، والتي تظهر في عمليات تفاعل الضوء مع المادة (انبعاث ، امتصاص ، تشتت).
47. الضغط الخفيف.
إذا كان للفوتونات زخم ، فيجب أن يضغط الضوء الساقط على الجسم عليها.
دع تدفق إشعاع التردد أحادي اللون يسقط عموديًا على السطح. إذا سقطت N فوتونات في 1 ثانية على 1 م 2 من سطح الجسم ، فعندئذٍ مع معامل الانعكاس p للضوء ، سوف تنعكس من سطح الجسم نالفوتونات و (1-ρ) نالفوتونات - سيتم امتصاصها. يضفي كل فوتون ممتص زخمًا على السطح ص، ويعكس كل فوتون -2 ص
ضغط الضوء على السطح يساوي الزخم الذي ينتقل
السطح لـ 1s N فوتونات
إضاءة الطاقة للسطح (طاقة جميع الفوتونات الواقعة على سطح وحدة لكل وحدة زمنية). الحجمي
كثافة الطاقة الإشعاعية:. من هنا 
تأتي نظرية موجات الضوء على أساس معادلات ماكسويل في نفس التعبير. يفسر ضغط الضوء في نظرية الموجة بحقيقة أنه تحت تأثير المجال الكهربائي
الموجة الكهرومغناطيسية ، ستتحرك الإلكترونات الموجودة في المعدن في الاتجاه (المشار إليه بواسطة
في الشكل) المقابل
مجال مغناطيسي
تعمل الموجة الكهرومغناطيسية على تحريك الإلكترونات بقوة لورنتز في الاتجاه (وفقًا لقاعدة اليد اليسرى) بشكل عمودي على سطح المعدن. وهكذا ، تمارس الموجة الكهرومغناطيسية ضغطًا على سطح المعدن.
48. تأثير كومبتون.
تتجلى الخصائص الجسدية للضوء بوضوح في تأثير كومبتون - التشتت المرن للإشعاع الكهرومغناطيسي قصير الموجة (الأشعة السينية والإشعاع) على الإلكترونات الحرة (أو ضعيفة الارتباط) للمادة ، مصحوبة بزيادة في الطول الموجي. هذه الزيادة مستقلة عن الطول الموجي λ للحادث
خلية ضوئية فراغية
أبسط نوع من الخلايا الكهروضوئية الفراغية ، والذي يعتمد على تأثير كهروضوئي خارجي ، موضح في الشكل 6. وهو عبارة عن وعاء زجاجي صغير مفرغ ، نصفه مغطى من الداخل بطبقة حساسة. اعتمادًا على المنطقة الطيفية التي تم تصميم الخلية الكهروضوئية من أجلها ، يتم استخدام طبقات مختلفة: الفضة ، والبوتاسيوم ، والسيزيوم ، والأنتيمون والسيزيوم ، إلخ. تعمل هذه الطبقة ككاثود K. وعادة ما يتم أخذ الأنود على شكل حلقة أ. يتم تحفيز فرق الجهد بين الكاثود والأنود بمساعدة بطارية. في حالة عدم وجود إضاءة ، لا يوجد تيار في دائرة الكهروضوئية. عندما يضرب الضوء الكاثود في الدائرة
يحدث الحالي. لزيادة حساسية الخلية الكهروضوئية ، يتم ملؤها ببعض الغازات الخاملة عند ضغط منخفض.
تأثير صورة الصمام
الخلايا الضوئية القائمة على التأثير الكهروضوئي في طبقة الحاجز ، ما يسمى بالتأثير الكهروضوئي للصمام ، تقوم بتحويل الطاقة المشعة الناتجة عنها مباشرة إلى طاقة كهربائية ، وبالتالي فهي مولدات للطاقة الكهربائية ، على الرغم من انخفاض الطاقة للغاية. لا يحتاجون إلى مصدر جهد خارجي ، مثل الخلايا الشمسية ذات التأثير الكهروضوئي الخارجي والداخلي.
لوحظ التأثير الكهروضوئي للبوابة في أنظمة تتكون من أشباه موصلات إلكترونية وثقبية ملامسة لبعضها البعض. في هذه الحالة ، في واجهة اثنين من أشباه الموصلات مختلفة
آليات التوصيل ، ما يسمى ب صالانتقال بسبب الاختراق المتبادل للناقلات الرئيسية. يتم توجيه المجال الكهربائي في هذه الطبقة بطريقة تتعارض مع الانتقال الإضافي عبر طبقة حاملات الأغلبية وتعزز حركة ناقلات الأقلية (انظر الشكل 7). نتيجة لذلك ، سيتم إنشاء التوازن I 0 = I n ولن يكون هناك تيار من خلال جهة الاتصال.
عندما تضيء ص- يتم إطلاق الإلكترونات وثقوب أشباه الموصلات بواسطة الضوء. تنتقل الوسائط التي تم إصدارها من منطقة يتم إنشاؤها فيها وبوفرة إلى الأماكن التي تكون نادرة فيها. إذا كانت المسافة من السطح المضيء إلى صهناك انتقال ضئيل ، ستدخل جميع الإلكترونات التي يولدها الضوء ص-منطقة. الثقوب ، على العكس من ذلك ، سوف تتأخر عن طريق الاتصال
المجال والبقاء ص- المناطق. هناك تراكم لشركات النقل الرئيسية الحالية. الآن أنا 0 لا يساوي أنا ن ، أي عير صسيذهب الانتقال في اتجاه القفل الحالي ، وهو على المقاومة صيخلق الانتقال فرقًا محتملاً ، مما يقلل من فرق جهد الاتصال. هذا التيار الضوئي يساوي I f = en ، حيث e هو شحنة الإلكترون ، n هو عدد الإلكترونات (عدد الأزواج) التي تم إنشاؤها بواسطة الضوء في ثانية واحدة. بالتوازي مع زيادة تركيز ناقلات التيار ، يزداد المجال الكهربائي الناتج عنهم ، مما يمنع انتقالهم الإضافي عبر طبقة الحجب. في مرحلة ما ، يتم تعيين التوازن الديناميكي ، أي سيكون عدد ناقلات التيار الصغيرة التي تتحرك خلال طبقة الحجب هو نفسه في اتجاه واحد والآخر ، ويتم إنشاء فرق جهد معين بين الأقطاب الكهربائية ، ما يسمى بالقوة الدافعة الكهربائية.
الخصائص الرئيسية المدروسة للخلايا الضوئية للصمام هي خصائص الجهد والضوء والطيف.
تمثل خصائص الجهد الحالي اعتماد التيار الضوئي I الناتج عن خلية ضوئية مضيئة على الجهد المطبق U عند توصيله بمقاومات حمل مختلفة R (انظر الشكل 8). تعطي نقاط تقاطع خاصية الجهد الحالي مع محور الإحداثي القوة الدافعة الكهربائية للخلية الكهروضوئية ، ومع المحور الإحداثي - قيمة تيار الدائرة القصيرة. يتناسب تيار الدائرة القصيرة مع قوة الضوء الساقط وقوة emf. سوف تميل إلى التشبع عندما تتغير إضاءة الخلية الكهروضوئية. يحدد تيار الدائرة القصيرة عادةً حساسية الخلايا الضوئية. يميز بين اللمعان المتكامل والطيفي.
إن الحساسية المتكاملة للخلية الكهروضوئية هي نسبة التيار الكهروضوئي للدائرة القصيرة I إلى التدفق الضوئي الساقط للضوء الأبيض Ф:
الحساسية الطيفية هي نسبة تيار الدائرة القصيرة I إلى التدفق الضوئي للإشعاع أحادي اللون F l بطول موجي l:
الفراغ الكهروضوئية صمام الجهد الحالي
بشكل مميز ، تعتمد الحساسية بشدة على التركيب الطيفي للإشعاع.
تعبر الخصائص الطيفية عن اعتماد قوة التيار الضوئي لكل وحدة طاقة على الطول الموجي للضوء الساقط. في معظم الحالات ، يكون للخاصية الطيفية حد أقصى واضح واحد (انظر الشكل 9). أقرب الخصائص الطيفية للعين البشرية هي خلايا السيلينيوم الضوئية ، والتي يبلغ طولها الموجي 0.59 ميكرون كحد أقصى.
تعبر خصائص الضوء للخلايا الضوئية للصمام عن اعتماد قوة التيار الضوئي (أو القوة الكهروضوئية) على حجم تدفق الضوء الساقط. لذلك من الشكل 10 ، يمكن ملاحظة أنه مع زيادة شدة تدفق الضوء ، تزداد قيمة الجهد الضوئي ، لتصل إلى التشبع عند الإضاءة العالية.
يظهر هيكل الخلية الكهروضوئية للصمام بشكل تخطيطي في الشكل 11. السلينيوم البلوري (الطبقة 3) ، التي تشكل طبقة أشباه الموصلات الرئيسية في الخلايا الكهروضوئية للسيلينيوم ، لها موصلية ثقب. تترسب عليها طبقة شفافة من المعدن (الطبقة 1) ، تنتشر ذراتها في السيلينيوم ، وبالتالي فإن الطبقة القريبة من السطح من السيلينيوم تكتسب الموصلية الإلكترونية (الطبقة 2). الضوء الذي يمر عبر الطبقة المعدنية الشفافة 1 وطبقة الحجب الرقيقة 2 يدخل أشباه الموصلات الرئيسية 3 ، لكنه لا يخترق بعمق بسبب الامتصاص. يؤخذ الجهد الضوئي الناتج من الأقطاب المعدنية 1 و 4.
يستخدم التأثير الكهروضوئي (الخارجي والداخلي) في الأجهزة الكهروضوئية (الخلايا الضوئية ، الثنائيات الضوئية ، المقاومات الضوئية ، المضاعفات الضوئية) ، والتي تلقت تطبيقات مختلفة في العلوم والتكنولوجيا (في التلفزيون ، تكنولوجيا الفضاء).