Pengantar. Efek fotolistrik katup Fondasi fisik dari efek fotolistrik katup
Objektif: pengenalan dengan fotosel katup, studi tentang karakteristik tegangan arusnya.
Sebuah tugas: mengambil keluarga karakteristik tegangan arus pada tingkat pencahayaan yang berbeda, menentukan resistansi beban yang optimal dan mengevaluasi efisiensi fotosel.
Instrumen dan aksesori:, fotosel silikon, kotak resistansi, milivoltmeter, miliammeter.
PENGANTAR
Efek fotolistrik katup terdiri dari terjadinya foto-EMF di katup, yaitu meluruskan, kontak ketika diterangi. Efek fotolistrik gerbang yang diamati di persimpangan p-n memiliki aplikasi praktis terbesar. Transisi seperti itu biasanya terjadi di daerah bagian dalam semikonduktor kristal, di mana jenis dopan (dari akseptor ke donor) dan jenis konduktivitas terkait (dari lubang ke elektron) berubah.
Jika tidak ada kontak antara semikonduktor tipe-p dan n, maka level Fermi pada diagram energinya (Gbr. 1) terletak pada ketinggian yang berbeda: di tipe-p lebih dekat ke pita valensi, di tipe-n lebih dekat ke pita konduksi (fungsi kerja dari p-semikonduktor A2 selalu melebihi fungsi kerja dari n-semikonduktor A1).
https://pandia.ru/text/78/022/images/image006_62.gif" width="12" height="221">Karakteristik tegangan arus dari sambungan pn yang tidak diterangi ditunjukkan pada Gambar. 3 (kurva 2) Hal ini dijelaskan oleh ekspresi di mana JS adalah arus saturasi dari sambungan p-n yang tidak diterangi, k adalah konstanta Boltzmann, e adalah muatan elektron, T adalah suhu, U adalah tegangan eksternal.venno untuk mengarahkan atau membalikkan tidur siang-
pengendalian medan luar.
Jika fotosel disinari dari sisi daerah p, maka foton cahaya, yang diserap dalam lapisan permukaan tipis semikonduktor, akan mentransfer energinya ke elektron pita valensi dan mentransfernya ke pita konduksi, sehingga membentuk elektron bebas dan lubang di semikonduktor (fotoelektron dan lubang foto) dalam jumlah yang sama. Fotoelektron yang terbentuk di daerah-p adalah pembawa minoritas di sini. Bergerak melalui kristal, mereka bergabung kembali sebagian dengan lubang. Tetapi jika ketebalan daerah p kecil, maka sebagian besar dari mereka mencapai p - n-junction dan masuk ke daerah n semikonduktor, membentuk arus foto Jph, mengalir ke arah yang berlawanan. Lubang foto, seperti lubangnya sendiri, tidak dapat menembus daerah-n, karena untuk ini lubang foto harus mengatasi penghalang potensial di daerah persimpangan-p. Jadi, p-n junction memisahkan fotoelektron dan fotohole.
Jika rangkaian terbuka, maka fotoelektron yang telah melewati daerah-n membuat konsentrasi elektron berlebih di sana relatif terhadap keseimbangan, sehingga mengisi bagian semikonduktor ini secara negatif. Photoholes mengisi daerah p secara positif. Antara kedua bagian semikonduktor terdapat beda potensial, yang disebut foto-ggl. Foto-EMF yang dihasilkan diterapkan ke persimpangan p - n di arah depan (transmisi), sehingga ketinggian penghalang potensial berkurang. Hal ini, pada gilirannya, menyebabkan apa yang disebut arus bocor Jy mengalir ke arah maju. Foto-ggl meningkat sampai arus yang meningkat dari pembawa mayoritas mengkompensasi arus foto.
Jika kita menutup transisi p - n ke resistansi beban rn (Gbr. 4), arus J akan mengalir melalui rangkaian, yang dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari dua arus:
J \u003d Jph - Jy. (2)
Arus bocor Jу dihitung dengan rumus (1) untuk sambungan p-n yang tidak menyala, ketika tegangan eksternal Un = J rn diterapkan padanya dalam arah maju:https://pandia.ru/text/78/022/images/image012_31.gif" width="25" height="28 src=">~ F. (3)
Dalam mode siaga, sirkuit terbuka (rн = https://pandia.ru/text/78/022/images/image014_26.gif" width="147" height="57 src=">, (4)
dari mana mengikuti itu
https://pandia.ru/text/78/022/images/image013_28.gif" width="19" height="15 src=">). Ketika beban eksternal berubah dari 0 menjadi kita mendapatkan bagian av, yang sebenarnya merupakan karakteristik tegangan arus p-n-junction dalam mode fotovoltaik pada fluks cahaya konstan. Merencanakan matahari mencirikan operasi fotosel ketika tegangan eksternal langsung diterapkan ke p - n-junction, bagian tetapiD– membalikkan tegangan eksternal (mode operasi fotodioda).
Ketika fluks cahaya berubah, karakteristik tegangan arus bergeser, bentuknya berubah. Keluarga karakteristik volt-ampere dari fotosel katup dalam mode fotovoltaik pada berbagai tingkat pencahayaan ditunjukkan pada Gambar. lima.
https://pandia.ru/text/78/022/images/image017_20.gif" width="231" height="12">
Garis-garis lurus yang ditarik dari titik asal pada sudut yang ditentukan oleh nilai hambatan beban (ctg = rn) memotong karakteristik pada titik-titik yang absisnya memberikan penurunan tegangan pada beban, dan ordinatnya memberikan arus pada rangkaian luar. (U1 = J1 r1). Area yang diarsir pada gambar sebanding dengan daya 1 yang dialokasikan untuk beban rн1:https://pandia.ru/text/78/022/images/image020_15.gif" width="136" height="52 src=">, (7)
di mana https://pandia.ru/text/78/022/images/image022_14.gif" height="50">.gif" width="12">
PROSEDUR KERJA
Latihan 1. Penghapusan karakteristik tegangan arus dari fotosel katup
1. Setelah mempelajari manual ini, bacalah instalasi dengan cermat.
2. Dengan mengubah resistansi rн dari 10 menjadi 900 Ohm, dengan penerangan konstan, ambil nilai tegangan dan arus 8 - 10, (jarak dari sumber cahaya ke fotosel aku= 5cm).
3. Ulangi langkah 2 untuk aku= 10 dan 15 cm
4. Bangun keluarga karakteristik tegangan arus.
Tugas 2. Studi karakteristik volt-ampere dari fotosel katup
1. Untuk setiap iluminasi, dari karakteristik tegangan arus yang sesuai, tentukan daya arus foto maksimum max dan untuk kasus ini, dengan menggunakan rumus (7), hitung efisiensi fotosel. Penerangan E dihitung melalui intensitas cahaya Jl dari sumber dan jarak aku sesuai dengan rumus.
2. Mengetahui Pmax untuk semua penerangan, hitung tahanan beban optimal rn menggunakan rumus (6). memilih. Buatlah graf rн. memilih = f(E).
3. Membangun grafik Jk. h = f(E) dan Ux. x = f(E).
PERTANYAAN UJI
1. Apa fenomena efek fotolistrik internal?
2. Apa perbedaan antara semikonduktor tipe-n dan semikonduktor tipe-p?
3. Bagaimana jenis konduktivitas semikonduktor yang diinginkan tercapai?
4. Gambarlah diagram energi semikonduktor tipe-n dan tipe-p.
5. Jelaskan mekanisme terjadinya beda potensial kontak p - n-transisi.
6. Jelaskan mekanisme kerja p - n-junction sebagai penyearah arus bolak-balik.
7. Bagaimana fotosel katup diatur?
8. Apa tujuan dari fotosel katup?
9. Dapatkah fotosel katup digunakan sebagai detektor radiasi pengion?
10. Di mana fotosel katup digunakan?
11. Bagaimana mekanisme terjadinya foto-EMF pada fotosel katup?
12. Apa tingkat Fermi?
13. Sebutkan beberapa alasan untuk efisiensi fotosel katup yang relatif rendah.
14. Sebutkan keuntungan dari fotosel katup sebagai sumber energi listrik dibandingkan yang lain yang Anda ketahui.
15. Apa kesulitan penggunaan fotosel katup secara luas? Perspektif.
BIBLIOGRAFI
1. Fisika Trofimov. M.: Lebih tinggi. sekolah., 19-an.
2. Bengkel Laboratorium Fisika / Ed. . M.: Lebih tinggi. sekolah., 19-an.
Efek fotolistrik gerbang
Animasi
Keterangan
Efek fotolistrik katup (penghalang) terjadi pada semikonduktor yang tidak homogen (dengan komposisi kimia atau didoping secara tidak homogen dengan pengotor), serta pada kontak semikonduktor-logam. Di wilayah inhomogeneity, ada medan listrik internal, yang mempercepat pembawa nonequilibrium minor yang dihasilkan oleh radiasi. Akibatnya, pembawa foto dengan tanda yang berbeda terpisah secara spasial. Fotovoltase gerbang dapat terjadi di bawah aksi cahaya yang menghasilkan pembawa minoritas. Yang sangat penting adalah photovoltage katup di p-n-junction dan heterojunction, mis. kontak dua semikonduktor dengan komposisi kimia yang berbeda.
pada gambar. Gambar 1 secara skematis menunjukkan pemisahan pasangan yang terjadi ketika sambungan p-n diterangi.
Pemisahan pasangan elektron-hole yang tereksitasi oleh cahaya pada p-n junction
Beras. satu
Kontribusi pada arus dibuat baik oleh pembawa yang dibangkitkan secara langsung di daerah p-n junction, dan tereksitasi di daerah transisi dekat dan mencapai daerah medan kuat melalui difusi. Sebagai hasil dari pemisahan pasangan, aliran elektron yang terkoreksi ke daerah-n dan lubang ke daerah-p terbentuk. Dengan rangkaian terbuka, EMF dibuat dalam arah throughput (maju) dari sambungan p-n, mengkompensasi arus ini.
Bergantung pada doping dari kedua sisi heterojunction, dimungkinkan untuk membuat p-n - heterojunction (anisotipe) dan n-n - heterojunction atau p-p - heterojunction (isotipe).
Kombinasi berbagai heterojungsi dan monojungsi membentuk heterostruktur tertentu.
Heterojungsi kristal tunggal yang paling banyak digunakan antara bahan semikonduktor berdasarkan arsenida, fosfida dan antimonida Ga dan Al, karena kedekatan jari-jari kovalennya.
Fotosel pada p-n - junction atau heterojunction memiliki inersia yang rendah dan menyediakan konversi langsung dari energi cahaya menjadi energi listrik.
Waktu
Waktu inisiasi (log ke -3 hingga -1);
Seumur hidup (log tc dari -1 hingga 7);
Waktu degradasi (log td -3 sampai -1);
Waktu pengembangan yang optimal (log tk 0 hingga 6).
Diagram:
Realisasi teknis dari efeknya
Fotodioda standar (lebih disukai dengan area penerima yang besar, seperti F24K atau sejenisnya) dihubungkan ke input osiloskop dan diterangi oleh cahaya dari lampu neon. Kami mengamati EMF berosilasi dengan frekuensi listrik ganda (yaitu, 100 Hz).
Menerapkan efek
Efek fotolistrik katup (penghalang) digunakan dalam sel fotovoltaik dan surya, serta perangkat untuk mendeteksi ketidakhomogenan dalam bahan semikonduktor dan fotodetektor untuk mengukur fluks cahaya.
Baterai surya (generator fotolistrik) adalah perangkat yang secara langsung mengubah energi radiasi cahaya menjadi energi listrik. Arus listrik di baterai surya muncul sebagai akibat dari proses yang terjadi di fotosel ketika radiasi matahari mengenai mereka. Panel surya yang paling efisien didasarkan pada eksitasi EMF pada batas antara konduktor dan semikonduktor peka cahaya (misalnya, silikon) atau antara konduktor yang berbeda. Kekuatan baterai surya mencapai 100 kW, efisiensinya 10–20%.
KATUP EFEK FOTO
efek fotolistrik di lapisan penghalang, - terjadinya di bawah pengaruh radiasi elektromagnetik gaya gerak listrik(fotovoltase) dalam sistem yang terdiri dari dua PP berbeda yang berkontak atau PP dan logam. Praktis terbesar yang menarik adalah F.v. dalam transisi p-i dan heterojungsi. F. masuk digunakan dalam fotovoltaik. generator, dalam PP fotodioda, fototransistor dll.
. 2004 .
Lihat apa itu "VENT PHOTOEFECT" di kamus lain:
Mekanika kuantum ... Wikipedia
Redistribusi elektron dalam energi. menyatakan dalam PP padat dan cair dan dielektrik, terjadi di bawah aksi elektromagnet. radiasi. F. masuk terdeteksi, sebagai suatu peraturan, oleh perubahan konsentrasi pembawa arus dalam medium, yaitu, dengan munculnya ... Kamus besar ensiklopedis politeknik
efek fotolistrik katup- Efek fotolistrik internal, di mana ggl terjadi. [Koleksi istilah yang direkomendasikan. Edisi 79. Optik fisik. Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet. Komite Terminologi Ilmiah dan Teknis. 1970] Topik optik fisik Generalisasi istilah transformasi ... ... Buku Pegangan Penerjemah Teknis
EFEK FOTO, sekelompok fenomena yang terkait dengan pelepasan elektron benda padat dari ikatan intra-atomik di bawah pengaruh radiasi elektromagnetik. Ada: 1) efek fotolistrik eksternal, atau emisi fotoelektron, emisi elektron dari permukaan ... ... Ensiklopedia Modern
Fenomena yang terkait dengan pelepasan elektron dari padatan (atau cairan) di bawah pengaruh radiasi elektromagnetik. Ada: ..1) efek fotolistrik eksternal - emisi elektron di bawah aksi cahaya (emisi fotoelektronik),? radiasi, dll.; ..2) ... ... Kamus Ensiklopedis Besar
EFEK FOTO- (1) katup terjadinya gaya gerak listrik (photoEMF) antara dua semikonduktor yang berbeda atau antara semikonduktor dan logam di bawah pengaruh radiasi elektromagnetik; (2) F. emisi elektron eksternal (emisi fotoelektronika) dari ... Ensiklopedia Politeknik Hebat
TETAPI; m. Mengubah sifat suatu zat di bawah pengaruh energi cahaya; efek fotoelektrik. * * * Efek fotolistrik adalah fenomena yang terkait dengan pelepasan elektron dari benda padat (atau cair) di bawah pengaruh radiasi elektromagnetik. Membedakan: ... ... kamus ensiklopedis
efek fotolistrik katup
efek fotolistrik lapisan penghalang- užtvarinis fotoefektas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. efek foto lapisan penghalang; efek fotolistrik lapisan penghalang; efek fotovoltaik vok. Sperrschichtphotoeffekt, m rus. efek fotolistrik katup, m; efek fotovoltaik, m;… … Fizikos terminų odynas
Fenomena tersebut terkait dengan pelepasan elektron TV. tubuh (atau cairan) di bawah pengaruh email. besar radiasi. Bedakan: eksternal. F. emisi elektron di bawah pengaruh cahaya (emisi fotoelektronik), radiasi, dll.; intern F.meningkatkan ... ... Ilmu pengetahuan Alam. kamus ensiklopedis
Efek fotolistrik internal disebabkan oleh radiasi elektromagnetik transisi elektron di dalam semikonduktor atau dielektrik dari keadaan terikat ke keadaan bebas tanpa keluar ke luar. Akibatnya, konsentrasi pembawa arus di dalam tubuh meningkat, yang mengarah pada munculnya fotokonduktivitas - peningkatan konduktivitas listrik semikonduktor atau dielektrik ketika diterangi.
Efek fotolistrik katup (semacam efek fotolistrik internal)
1. terjadinya EMF (foto-EMF) ketika menerangi kontak dua semikonduktor yang berbeda atau semikonduktor dan logam (tanpa adanya medan listrik eksternal). Efek fotolistrik katup digunakan dalam panel surya untuk secara langsung mengubah energi matahari menjadi energi listrik.
Efek fotolistrik eksternal (emisi fotoelektronik) disebut emisi elektron oleh suatu zat di bawah aksi radiasi elektromagnetik.
Skema untuk mempelajari efek fotolistrik eksternal. Dua elektroda (katoda K terbuat dari logam yang diteliti dan sebuah anoda TETAPI) dalam tabung vakum dihubungkan ke baterai sehingga Anda tidak hanya dapat mengubah nilainya, tetapi juga tanda tegangan yang diberikan padanya. Arus yang terjadi ketika katoda diterangi dengan cahaya monokromatik (melalui jendela kuarsa) diukur dengan miliammeter yang termasuk dalam rangkaian. Ketergantungan arus foto saya, dibentuk oleh aliran elektron yang dipancarkan oleh katoda di bawah aksi cahaya, pada tegangan kamu antara katoda dan anoda disebut karakteristik tegangan-arus efek fotolistrik.
Ketika U meningkat, arus foto secara bertahap meningkat hingga mencapai saturasi. Nilai arus maksimum saya kami - saturasi arus foto - ditentukan oleh nilai ini kamu, di mana semua elektron yang dipancarkan oleh katoda mencapai anoda: saya kita = id, di mana n- jumlah elektron yang dipancarkan oleh katoda dalam 1s. Pada U = O, arus foto tidak
menghilang, karena fotoelektron, ketika mereka meninggalkan katoda, memiliki kecepatan awal tertentu. Agar arus foto menjadi nol, perlu diterapkan tegangan tunda U 0 . Pada U = U 0, tidak ada elektron, bahkan yang memiliki kecepatan awal maksimum saat berangkat, dapat mengatasi medan perlambatan dan mencapai anoda:
yaitu, dengan mengukur tegangan tunda U 0 , Anda dapat menentukan nilai maksimum kecepatan maksimal dan energi kinetik K m ah fotoelektron.
45. Hukum efek fotolistrik.
(1) Hukum Stoletov: pada frekuensi tetap dari cahaya datang, jumlah fotoelektron yang dipancarkan oleh fotokatoda per satuan waktu sebanding dengan intensitas cahaya (kekuatan arus foto saturasi sebanding dengan energi penerangan E e katoda).
(2) Kecepatan awal maksimum (energi kinetik awal maksimum) fotoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya yang datang, tetapi hanya ditentukan oleh frekuensinya
(3) Untuk setiap zat ada batas merah efek fotolistrik - frekuensi minimum cahaya (tergantung pada sifat kimia zat dan keadaan permukaannya), di bawahnya efek fotolistrik tidak mungkin terjadi.
Untuk menjelaskan mekanisme efek fotolistrik, Einstein mengemukakan bahwa cahaya dengan frekuensi tidak hanya dipancarkan oleh kuanta individu (menurut hipotesis Planck), tetapi juga merambat di ruang angkasa dan diserap oleh materi dalam porsi individu (kuanta), energi di antaranya adalah 0 = Hν.
Kuanta radiasi elektromagnetik yang bergerak dengan kecepatan rambat cahaya dalam ruang hampa disebut foton.
Energi foton yang datang digunakan untuk kerja elektron A dari logam (lihat halaman 3-31) dan untuk komunikasi energi kinetik dengan fotoelektron yang dipancarkan. Persamaan Einstein untuk efek fotolistrik eksternal:
Persamaan ini menjelaskan ketergantungan energi kinetik fotoelektron pada frekuensi cahaya datang (hukum ke-2). Batasi frekuensi
(atau ) di mana kinetika
energi fotoelektron menjadi sama dengan nol, dan ada batas merah dari efek fotolistrik (hukum ke-3). Bentuk lain dari penulisan persamaan Einstein 
Gambar tersebut menunjukkan ketergantungan energi kinetik maksimum fotoelektron pada frekuensi penyinaran cahaya untuk aluminium, seng dan nikel. Semua garis sejajar satu sama lain, dan turunan d(eU 0)/dv tidak bergantung pada bahan katoda dan secara numerik sama dengan konstanta Planck h. Segmen yang dipotong pada sumbu y secara numerik sama dengan pekerjaan TETAPI pelepasan elektron dari logam yang sesuai.
Efek sel fotolistrik dan fotoresistor (fotoresistor) dalam fotoeksponometer, luxmeter dan perangkat kontrol dan otomasi untuk berbagai proses, kendali jarak jauh, serta photomultiplier semikonduktor dan baterai surya didasarkan pada fenomena efek fotolistrik.
Keberadaan foton ditunjukkan dalam percobaan Bothe. Foil logam tipis F, terletak di antara dua penghitung Cch, di bawah aksi iradiasi keras, memancarkan sinar-x. Jika energi yang dipancarkan terdistribusi secara merata ke segala arah, sebagai berikut dari representasi gelombang, maka kedua pencacah harus bekerja secara bersamaan, dan tanda sinkron oleh penanda M akan muncul pada pita bergerak L. Faktanya, lokasi tanda itu tidak teratur. . Akibatnya, dalam tindakan emisi terpisah, partikel cahaya (foton) lahir, terbang baik dalam satu atau arah lain.
46. Massa dan momentum foton. Kesatuan sifat sel dan gelombang cahaya.
Menggunakan hubungan , kami memperoleh ekspresi untuk energi, massa dan momentum foton
Hubungan ini menghubungkan karakteristik kuantum (sel darah) dari foton - massa, momentum dan energi - dengan karakteristik gelombang cahaya - frekuensinya.
Cahaya memiliki pada saat yang sama melambai sifat yang memanifestasikan dirinya dalam pola rambat, interferensi, difraksi, polarisasi, dan sel darah, yang memanifestasikan dirinya dalam proses interaksi cahaya dengan materi (emisi, penyerapan, hamburan).
47. Tekanan ringan.
Jika foton memiliki momentum, maka cahaya yang jatuh pada suatu benda harus memberikan tekanan padanya.
Biarkan fluks radiasi frekuensi monokromatik jatuh tegak lurus ke permukaan. Jika dalam 1s N foton jatuh pada 1m 2 permukaan benda, maka dengan koefisien pemantulan p cahaya, akan dipantulkan dari permukaan benda n foton, dan (1-ρ) n foton - akan diserap. Setiap foton yang diserap memberikan momentum ke permukaan pγ, dan masing-masing foton yang dipantulkan -2 pγ
Tekanan cahaya di permukaan sama dengan momentum yang ditransmisikan
permukaan untuk 1s N foton
Energi penerangan permukaan (energi semua foton yang datang pada permukaan satuan per satuan waktu). volumetrik
kerapatan energi radiasi: . Dari sini 
Teori gelombang cahaya berdasarkan persamaan Maxwell memiliki ekspresi yang sama. Tekanan cahaya dalam teori gelombang dijelaskan oleh fakta bahwa di bawah aksi medan listrik
gelombang elektromagnetik, elektron pada logam akan bergerak searah (ditunjukkan dengan
pada gambar) berlawanan
Medan magnet
gelombang elektromagnetik bekerja pada elektron yang bergerak dengan gaya Lorentz dalam arah (menurut aturan tangan kiri) tegak lurus terhadap permukaan logam. Dengan demikian, gelombang elektromagnetik memberikan tekanan pada permukaan logam.
48. efek Compton.
Sifat sel cahaya jelas dimanifestasikan dalam efek Compton - hamburan elastis radiasi elektromagnetik gelombang pendek (sinar-X dan radiasi) pada elektron bebas (atau terikat lemah) suatu zat, disertai dengan peningkatan panjang gelombang. Peningkatan ini tidak tergantung pada panjang gelombang dari kejadian
SEL FOTO VAKUM
Jenis sel fotolistrik vakum yang paling sederhana, yang didasarkan pada efek fotolistrik eksternal, ditunjukkan pada Gambar 6. Ini adalah wadah kaca kecil yang dievakuasi, setengahnya dilapisi di bagian dalam dengan lapisan sensitif. Tergantung pada wilayah spektral yang dimaksudkan untuk fotosel, lapisan yang berbeda digunakan: perak, kalium, sesium, antimon-cesium, dll. Lapisan ini berfungsi sebagai katoda K. Anoda biasanya berbentuk cincin A. Beda potensial dieksitasi antara katoda dan anoda dengan bantuan baterai. Dengan tidak adanya pencahayaan, tidak ada arus di sirkuit fotosel. Ketika cahaya mengenai katoda di sirkuit
arus terjadi. Untuk meningkatkan sensitivitas fotosel, itu diisi dengan beberapa gas inert pada tekanan rendah.
EFEK FOTO KATUP
Fotosel berdasarkan efek fotolistrik di lapisan penghalang, yang disebut efek fotolistrik katup, secara langsung mengubah insiden energi radiasi pada mereka menjadi energi listrik, sehingga menjadi generator energi listrik, meskipun dayanya sangat rendah. Mereka tidak memerlukan sumber tegangan eksternal, seperti sel surya dengan efek fotolistrik eksternal dan internal.
Efek fotolistrik gerbang diamati dalam sistem yang terdiri dari semikonduktor elektron dan lubang yang bersentuhan satu sama lain. Dalam hal ini, pada antarmuka dua semikonduktor dengan yang berbeda
mekanisme konduksi, yang disebut r-p transisi karena penetrasi timbal balik dari operator utama. Medan listrik di lapisan ini diarahkan sedemikian rupa sehingga melawan transisi lebih lanjut melalui lapisan pembawa mayoritas dan mendorong pergerakan pembawa minoritas (lihat Gambar 7). Akibatnya, keseimbangan akan terbentuk I 0 = I n dan tidak akan ada arus melalui kontak.
Saat diterangi R-elektron dan lubang semikonduktor dilepaskan oleh cahaya. Media yang dirilis bergerak dari area di mana mereka diciptakan dan berlimpah ke tempat di mana mereka langka. Jika jarak dari permukaan yang diterangi ke r-p ada sedikit transisi, semua elektron yang dihasilkan oleh cahaya akan masuk ke P-wilayah. Lubang, sebaliknya, akan tertunda oleh kontak
lapangan dan tinggal R- daerah. Ada akumulasi pembawa arus utama. Sekarang saya 0 tidak sama dengan saya n, yaitu. lintas r-p transisi dalam arah penguncian akan mengalir saat ini, yang ada di resistansi r-p transisi menciptakan perbedaan potensial, mengurangi perbedaan potensial kontak. Arus foto ini sama dengan I f =en, di mana e adalah muatan elektron, n adalah jumlah elektron (jumlah pasangan) yang diciptakan oleh cahaya dalam satu detik. Sejalan dengan peningkatan konsentrasi pembawa arus, medan listrik yang diciptakan oleh mereka meningkat, yang mencegah transisi lebih lanjut mereka melalui lapisan pemblokiran. Pada titik tertentu, keseimbangan dinamis terjadi, yaitu. jumlah pembawa arus kecil yang bergerak melalui lapisan pemblokiran akan sama dalam satu arah dan yang lain, dan perbedaan potensial tertentu dibuat antara elektroda, yang disebut gaya gerak listrik.
Karakteristik utama yang dipelajari dari fotosel katup adalah karakteristik tegangan arus, cahaya dan spektral.
Karakteristik tegangan arus mewakili ketergantungan arus foto I yang dihasilkan oleh fotosel yang diterangi pada tegangan yang diberikan U ketika dihubungkan ke berbagai hambatan beban R (lihat Gambar 8). Titik perpotongan karakteristik tegangan arus dengan sumbu absis memberikan gaya gerak listrik fotosel, dan dengan sumbu ordinat - besarnya arus hubung singkat. Arus hubung singkat sebanding dengan kekuatan cahaya datang, dan ggl. akan cenderung jenuh ketika iluminasi fotosel berubah. Arus hubung singkat biasanya menentukan sensitivitas fotosel. Bedakan antara luminositas integral dan spektral.
Sensitivitas integral dari fotosel r u adalah rasio arus foto hubung singkat I dengan fluks cahaya datang dari cahaya putih :
Sensitivitas spektral adalah rasio arus hubung singkat I dengan fluks bercahaya radiasi monokromatik F l dengan panjang gelombang l:
katup tegangan arus vakum fotovoltaik
Secara karakteristik, sensitivitas sangat tergantung pada komposisi spektral radiasi.
Karakteristik spektral menyatakan ketergantungan kekuatan arus foto per satuan energi pada panjang gelombang cahaya datang. Dalam kebanyakan kasus, karakteristik spektral memiliki satu maksimum yang jelas (lihat Gambar 9). Karakteristik spektral yang paling dekat dengan mata manusia adalah fotosel selenium, yang memiliki panjang gelombang maksimum 0,59 mikron.
Karakteristik cahaya dari fotosel katup mengungkapkan ketergantungan kekuatan arus foto (atau gaya gerak fotoelektro) pada besarnya fluks cahaya yang datang F. Ketergantungan ini menyimpang dari linieritas, semakin terlihat, semakin besar resistansi rangkaian eksternal. Maka dari gambar 10 dapat dilihat bahwa dengan bertambahnya intensitas fluks cahaya maka nilai photovoltage bertambah, mencapai saturasi pada iluminasi tinggi.
Struktur fotosel katup secara skematis ditunjukkan pada Gambar 11. Selenium kristal (lapisan 3), yang membentuk lapisan semikonduktor utama dalam fotosel selenium, memiliki konduktivitas lubang. Lapisan logam tembus cahaya (lapisan 1) diendapkan di atasnya, atom-atomnya berdifusi menjadi selenium, sehingga lapisan selenium dekat permukaan memperoleh konduktivitas elektronik (lapisan 2). Cahaya yang melewati lapisan logam tembus pandang 1 dan lapisan penghalang tipis 2 memasuki semikonduktor utama 3, tetapi tidak menembus dalam karena penyerapan. Fotovoltase yang dihasilkan diambil dari elektroda logam 1 dan 4.
Efek fotolistrik (baik eksternal maupun internal) digunakan dalam perangkat fotoelektronik (fotosel, fotodioda, fotoresistor, pengganda foto), yang telah menerima berbagai aplikasi dalam sains dan teknologi (di televisi, teknologi luar angkasa).