Introducere. Efectul fotoelectric al supapei Fundamentele fizice ale efectului fotoelectric al supapei
Obiectiv: familiarizarea cu fotocelula supapei, studiul caracteristicilor curent-tensiune ale acesteia.
O sarcină: luați o familie de caracteristici curent-tensiune la diferite niveluri de iluminare, determinați rezistențele optime de sarcină și evaluați eficiența fotocelulei.
Instrumente si accesorii:, fotocelula silicon, caseta de rezistenta, milivoltmetru, miliampermetru.
INTRODUCERE
Efectul fotoelectric al supapei constă în apariția unui foto-EMF în supapă, adică redresarea, contactul atunci când este iluminat. Efectul fotoelectric de poartă observat în joncțiunea p-n are cea mai mare aplicație practică. O astfel de tranziție are loc de obicei în regiunea interioară a unui semiconductor cristalin, unde tipul de dopant (de la acceptor la donor) și tipul asociat de conductivitate (de la gaură la electron) se schimbă.
Dacă nu există contact între semiconductori de tip p și n, atunci nivelurile Fermi de pe diagramele lor energetice (Fig. 1) sunt situate la diferite înălțimi: în tipul p mai aproape de banda de valență, în cel de tip n mai aproape. la banda de conducție (funcția de lucru de la p-semiconductor A2 depășește întotdeauna funcția de lucru a n-semiconductorului A1).
https://pandia.ru/text/78/022/images/image006_62.gif" width="12" height="221">Caracteristica curent-tensiune a unei joncțiuni pn neluminate este prezentată în Fig. 3 (curba 2) Este descris prin expresia în care JS este curentul de saturație al unei joncțiuni p-n neluminate, k este constanta Boltzmann, e este sarcina electronului, T este temperatura, U este tensiunea externă.vinno să direcționeze sau să inverseze somnul
controlul câmpului extern.
Dacă fotocelula este iluminată din partea regiunii p, atunci fotonii luminii, fiind absorbiți într-un strat subțire de suprafață al semiconductorului, își vor transfera energia către electronii benzii de valență și îi vor transfera în banda de conducție, formând astfel electroni liberi și găuri în semiconductor (fotoelectroni și găuri foto) în cantități egale. Fotoelectronii formați în regiunea p sunt purtători minoritari aici. Deplasându-se prin cristal, se recombină parțial cu găuri. Dar dacă grosimea regiunii p este mică, atunci o parte semnificativă a acestora ajunge la joncțiunea p - n și trece în regiunea n a semiconductorului, formând un fotocurent Jph, care curge în direcția opusă. Fotogăurile, la fel ca și propriile găuri, nu pot pătrunde în regiunea n, deoarece pentru aceasta trebuie să depășească bariera potențială din regiunea joncțiunii p - n. Astfel, joncțiunea p-n separă fotoelectronii și fotogăurile.
Dacă circuitul este deschis, atunci fotoelectronii care au trecut în regiunea n creează o concentrație în exces de electroni în raport cu cel de echilibru, încărcând astfel această parte a semiconductorului negativ. Fotogăurile încarcă pozitiv regiunea p. Între ambele părți ale semiconductorului există o diferență de potențial, care se numește foto-emf. Foto-EMF rezultat este aplicat joncțiunii p - n în direcția înainte (de transmisie), astfel încât înălțimea barierei de potențial scade în mod corespunzător. Aceasta, la rândul său, face ca așa-numitul curent de scurgere Jy să curgă în direcția înainte. Foto-emf crește până când curentul crescător al purtătorilor majoritari compensează fotocurentul.
Dacă închidem tranziția p - n la rezistența de sarcină rn (Fig. 4), curentul J va circula prin circuit, care poate fi reprezentat ca suma a doi curenți:
J \u003d Jph - Jy. (2)
Curentul de scurgere Jу este calculat prin formula (1) pentru o joncțiune p-n neaprinsă, atunci când i se aplică o tensiune externă Un = J rn în direcția înainte:https://pandia.ru/text/78/022/images/image012_31.gif" width="25" height="28 src=">~ F. (3)
În modul inactiv, circuitul este deschis (rн = https://pandia.ru/text/78/022/images/image014_26.gif" width="147" height="57 src=">, (4)
de unde rezultă că
https://pandia.ru/text/78/022/images/image013_28.gif" width="19" height="15 src=">). Când sarcina externă se schimbă de la 0 la, obținem o secțiune av, care este de fapt caracteristica curent-tensiune a joncțiunii p - n în modul fotovoltaic la un flux luminos constant. Complot soare caracterizează funcționarea fotocelulei atunci când se aplică o tensiune externă directă pe secțiunea p - n-joncțiune dard– tensiune externă inversă (mod de funcționare fotodiodă).
Când fluxul luminos se modifică, caracteristicile curent-tensiune se schimbă, forma lor se schimbă. Familia de caracteristici volt-amperi ale unei fotocelule de supapă în modul fotovoltaic la diferite niveluri de iluminare este prezentată în Fig. cinci.
https://pandia.ru/text/78/022/images/image017_20.gif" width="231" height="12">
Dreptele trasate de la origine la un unghi α determinat de valoarea rezistenței de sarcină (ctg α = rn) intersectează caracteristica în puncte ale căror abscise dau căderea de tensiune pe sarcină, iar ordonatele dau curentul în circuitul extern. (U1 = J1 r1). Zona umbrită în figură este proporțională cu puterea Р1 alocată sarcinii rн1:https://pandia.ru/text/78/022/images/image020_15.gif" width="136" height="52 src=">, (7)
unde https://pandia.ru/text/78/022/images/image022_14.gif" height="50">.gif" width="12">
PROCEDURA DE LUCRU
Exercitiul 1.Îndepărtarea caracteristicilor curent-tensiune ale fotocelulei supapei
1. După ce ați studiat acest manual, citiți cu atenție instalarea.
2. Prin schimbarea rezistenței rn de la 10 la 900 Ohm, cu iluminare constantă, luați 8 - 10 valori de tensiune și curent, (distanța de la sursa de lumină la fotocelula l= 5 cm).
3. Repetați pasul 2 pentru l= 10 și 15 cm.
4. Construiți o familie de caracteristici curent-tensiune.
Sarcina 2. Studiul caracteristicilor volt-amperi ale unei fotocelule de supapă
1. Pentru fiecare iluminare, din caracteristica curent-tensiune corespunzătoare, se determină puterea maximă a fotocurentului Рmax și în acest caz, folosind formula (7), se calculează randamentul fotocelulei. Iluminarea E se calculează prin intensitatea luminoasă Jl a sursei și distanța l conform formulei .
2. Cunoscând Pmax pentru toate luminile, calculați rezistențele optime de sarcină rn folosind formula (6). opta. Construiți un grafic rn. opt = f(E).
3. Construiți grafice Jk. h = f(E) și Ux. x = f(E).
ÎNTREBĂRI DE TEST
1. Care este fenomenul efectului fotoelectric intern?
2. Care este diferența dintre un semiconductor de tip n și un semiconductor de tip p?
3. Cum se atinge tipul dorit de conductivitate semiconductoare?
4. Desenați o diagramă energetică a semiconductorilor de tip n și p.
5. Explicați mecanismul de apariție a diferenței de potențial de contact p - n-tranziție.
6. Explicați mecanismul de acțiune al joncțiunii p - n ca redresor de curent alternativ.
7. Cum este aranjată fotocelula supapei?
8. Care este scopul fotocelulei supapei?
9. Poate fi folosită fotocelula supapă ca detector de radiații ionizante?
10. Unde se folosesc fotocelulele cu supape?
11. Care este mecanismul de apariție a foto-EMF a unei fotocelule de supapă?
12. Care este nivelul Fermi?
13. Numiți câteva motive pentru eficiența relativ scăzută a fotocelulelor de supapă.
14. Numiți avantajul fotocelulelor cu supape ca surse de energie electrică față de altele cunoscute de dvs.
15. Care sunt dificultățile utilizării pe scară largă a fotocelulelor cu supape? Perspective.
BIBLIOGRAFIE
1. Fizica Trofimov. M.: Mai sus. scoala, 19 ani.
2. Atelier de laborator de fizică / Ed. . M.: Mai sus. scoala, 19 ani.
Efect fotoelectric de poartă
Animaţie
Descriere
Efectul fotoelectric de supapă (barieră) apare în semiconductori neomogeni (prin compoziție chimică sau dopați neomogen cu impurități), precum și la contactul semiconductor-metal. În regiunea neomogenității, există un câmp electric intern, care accelerează purtătorii minori de neechilibru generați de radiație. Ca urmare, fotopurtătorii de semne diferite sunt separați spațial. Fototensiunea la poartă poate apărea sub acțiunea luminii care generează purtători minoritari. Deosebit de importantă este fototensiunea supapei în joncțiunea p-n și heterojoncțiunea, adică. în contact a doi semiconductori cu compoziţie chimică diferită.
Pe fig. 1 prezintă schematic separarea perechilor care are loc atunci când o joncțiune p-n este iluminată.
Separarea perechilor electron-gaură excitate de lumină la joncțiunea p-n
Orez. unu
Contribuția la curent se realizează atât de purtători generați direct în regiunea joncțiunii p-n, cât și excitați în regiunile de aproape tranziție și ajungând în regiunea unui câmp puternic prin difuzie. Ca rezultat al separării perechilor, se formează un flux corectat de electroni în regiunea n și găuri în regiunea p. Cu un circuit deschis, un EMF este creat în direcția de trecere (înainte) a joncțiunii p-n, compensând acest curent.
În funcție de dopajul ambelor părți ale heterojoncției, este posibil să se creeze o heterojoncție p-n (anizotip) și o heterojoncție n-n sau p-p - heterojuncție (izotip).
Combinația diferitelor heterojoncțiuni și monojoncțiuni formează anumite heterostructuri.
Cele mai utilizate heterojoncții monocristaline între materiale semiconductoare pe bază de arsenide, fosfuri și antimonide Ga și Al, datorită apropierii razelor lor covalente.
Fotocelulele de pe joncțiunile p-n - sau heterojoncțiunile au o inerție redusă și asigură conversia directă a energiei luminoase în energie electrică.
Sincronizare
Timp de inițiere (log la -3 la -1);
Durata de viață (log tc de la -1 la 7);
Timp de degradare (log td -3 la -1);
Timp de dezvoltare optim (log tk 0 la 6).
Diagramă:
Realizări tehnice ale efectului
O fotodiodă standard (de preferință cu o zonă mare de recepție, cum ar fi F24K sau similar) este conectată la intrarea osciloscopului și iluminată de lumina de la o lampă fluorescentă. Observăm un EMF care oscilează cu o frecvență dublă a rețelei (adică 100 Hz).
Aplicarea unui efect
Efectul fotoelectric de supapă (barieră) este utilizat în celulele fotovoltaice și solare, precum și în dispozitivele de detectare a neomogenităților în materiale semiconductoare și fotodetectoare pentru măsurarea fluxurilor de lumină.
O baterie solară (generator fotoelectric) este un dispozitiv care transformă direct energia radiației luminoase în energie electrică. Curentul electric din bateria solară apare ca urmare a proceselor care au loc în fotocelule atunci când radiația solară le lovește. Cele mai eficiente panouri solare se bazează pe excitația EMF la limita dintre conductor și un semiconductor sensibil la lumină (de exemplu, siliciu) sau între conductori diferiți. Puterea bateriei solare ajunge la 100 kW, eficiența este de 10–20%.
VALVĂ FOTOEFECT
efect fotoelectric în stratul de barieră, - apariția sub influența radiațiilor electromagnetice forta electromotoare(fototensiune) într-un sistem format din două PP-uri diferite în contact sau din PP și metal. Cea mai mare practică de interes este F. v. în tranziţie p-i şi heterojoncție. F. în. folosit în fotovoltaic. generatoare, în PP fotodiode, fototranzistoare etc.
. 2004 .
Vedeți ce este „VENT PHOTOEFECT” în alte dicționare:
Mecanica cuantică... Wikipedia
Redistribuirea electronilor în energie. stări în PP solid și lichid și dielectrice, care apar sub acțiunea unui electromagnet. radiatii. F. în. este detectată, de regulă, printr-o modificare a concentrației purtătorilor de curent în mediu, adică prin apariția ... Marele dicționar politehnic enciclopedic
efect fotoelectric al supapei- Efect fotoelectric intern, în care apare fem. [Culegere de termeni recomandați. Problema 79. Optica fizică. Academia de Științe a URSS. Comitetul de terminologie științifică și tehnică. 1970] Subiecte optică fizică Generalizarea termenilor de transformare ... ... Manualul Traducătorului Tehnic
EFECT FOTO, un grup de fenomene asociate cu eliberarea electronilor unui corp solid din legăturile intra-atomice sub influența radiației electromagnetice. Există: 1) efect fotoelectric extern, sau emisie de fotoelectroni, emisie de electroni de la suprafață ... ... Enciclopedia modernă
Un fenomen asociat cu eliberarea de electroni dintr-un solid (sau lichid) sub influența radiației electromagnetice. Exista: ..1) efect fotoelectric extern - emisia de electroni sub actiunea luminii (emisia fotoelectronica),? radiații etc.; ..2) ... ... Dicţionar enciclopedic mare
EFECT FOTO- (1) apariția supapei a unei forțe electromotoare (fotoEMF) între doi semiconductori diferiți sau între un semiconductor și un metal sub influența radiației electromagnetice; (2) F. emisie externă (emisia fotoelectronice) de electroni din... Marea Enciclopedie Politehnică
DAR; m. Fiz. Modificarea proprietăților unei substanțe sub influența energiei luminii; efect fotoelectric. * * * Efectul fotoelectric este un fenomen asociat cu eliberarea de electroni dintr-un solid (sau lichid) sub influența radiației electromagnetice. Distinge: ...... Dicţionar enciclopedic
efect fotoelectric al supapei
efect fotoelectric al stratului de barieră- užtvarinis fotoefektas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Fotoefectul stratului de barieră; efect fotoelectric al stratului de barieră; efect fotovoltaic vok. Sperrschichtphotoeffekt, m rus. supapă efect fotoelectric, m; efect fotovoltaic, m;… … Fizikos terminų žodynas
Fenomenul asociat cu eliberarea de electroni TV. corp (sau lichid) sub influența e-mailului. magn. radiatii. Distinge: extern. F. emisia de electroni sub influența luminii (emisia fotoelectronice), radiația etc.; intern F. creste ...... Științele naturii. Dicţionar enciclopedic
Efect fotoelectric intern sunt cauzate de radiațiile electromagnetice tranziții de electroni în interior semiconductor sau dielectric de la stări legate la stări libere fără a scăpa în exterior. Ca urmare, concentrația purtătorilor de curent în interiorul corpului crește, ceea ce duce la apariția fotoconductivității - o creștere a conductibilității electrice a unui semiconductor sau dielectric atunci când este iluminat.
Efect fotoelectric de supapă (un fel de efect fotoelectric intern)
1. apariția EMF (foto-EMF) la iluminarea contactului a doi semiconductori diferiți sau a unui semiconductor și a unui metal (în absența unui câmp electric extern). Efectul fotoelectric al supapei este utilizat în panourile solare pentru a transforma direct energia solară în energie electrică.
Efect fotoelectric extern (emisie fotoelectronică) numita emisie de electroni de catre o substanta sub actiunea radiatiei electromagnetice.
Schema de studiu a efectului fotoelectric extern. Doi electrozi (catodul K din metalul studiat și un anod DAR) într-un tub de vid sunt conectate la o baterie, astfel încât să puteți modifica nu numai valoarea, ci și semnul tensiunii aplicate acestora. Curentul care apare atunci când catodul este iluminat cu lumină monocromatică (printr-o fereastră de cuarț) este măsurat de un miliampermetru inclus în circuit. Dependenta de fotocurent eu, format din fluxul de electroni emis de catod sub actiunea luminii, asupra tensiunii Uîntre catod și anod se numește caracteristica curent-tensiune a efectului fotoelectric.
Pe măsură ce U crește, fotocurentul crește treptat până ajunge la saturație. Valoarea maximă a curentului eu us - fotocurent de saturație - este determinat de această valoare tu, la care toți electronii emiși de catod ajung la anod: eu noi = ro, Unde n- numărul de electroni emiși de catod în 1s. La U = O, fotocurentul nu este
dispare, deoarece fotoelectronii, atunci când părăsesc catodul, au o anumită viteză inițială. Pentru ca fotocurentul să devină zero, este necesar să se aplice o tensiune de întârziere U 0 . La U = U 0, niciunul dintre electroni, chiar având viteza inițială maximă în timpul plecării, nu poate depăși câmpul de întârziere și ajunge la anod:
adică prin măsurarea tensiunii de întârziere U 0 , se poate determina valoarea maximă a vitezei υ max iar energia cinetică K m ah fotoelectroni.
45. Legile efectului fotoelectric.
(1) Legea lui Stoletov: la o frecvență fixă a luminii incidente, numărul de fotoelectroni emiși de fotocatod pe unitatea de timp este proporțional cu intensitatea luminii (puterea fotocurentului de saturație este proporțională cu energia de iluminare E e a catodului).
(2) Viteza maximă inițială (energie cinetică inițială maximă) a fotoelectronilor nu depinde de intensitatea luminii incidente, ci este determinată doar de frecvența sa ν
(3) Pentru fiecare substanță există o limită roșie a efectului fotoelectric - frecvența minimă a luminii (în funcție de natura chimică a substanței și de starea suprafeței acesteia), sub care efectul fotoelectric este imposibil.
Pentru a explica mecanismul efectului fotoelectric, Einstein a sugerat că lumina cu o frecvență ν nu este emisă doar de cuante individuale (conform ipotezei lui Planck), ci se propagă și în spațiu și este absorbită de materie în porțiuni individuale (cuante), energia din care este ε 0 = hν.
Cuantele de radiație electromagnetică care se mișcă cu viteza de propagare a luminii în vid se numesc fotoni.
Energia fotonului incident este cheltuită pentru îndeplinirea funcției de lucru a electronilor A din metal (vezi p. 3-31) și pentru comunicarea energiei cinetice la fotoelectronul emis. Ecuația lui Einstein pentru efectul fotoelectric extern:
Această ecuație explică dependența energiei cinetice a fotoelectronilor de frecvența luminii incidente (a doua lege). Frecvența limită
(sau ) la care cinetica
energia fotoelectronilor devine egală cu zero și există o margine roșie a efectului fotoelectric (a treia lege). O altă formă de scriere a ecuației Einstein 
Figura arată dependența energiei cinetice maxime a fotoelectronilor de frecvența de iradiere a luminii pentru aluminiu, zinc și nichel. Toate liniile sunt paralele între ele, iar derivata d(eU 0)/dv nu depinde de materialul catodului și este numeric egală cu constanta lui Planck h. Segmentele tăiate pe axa y sunt numeric egale cu lucrarea DAR eliberarea de electroni din metalele corespunzătoare.
Efectul celulelor fotoelectrice și fotorezistoarelor (fotorezistoarelor) în fotoexponometre, luxmetre și dispozitive de control și automatizare pentru diverse procese, telecomenzi, precum și fotomultiplicatoare semiconductoare și baterii solare se bazează pe fenomenul efectului fotoelectric.
Existența fotonilor a fost demonstrată în experimentul Bothe. O folie metalică subțire F, situată între două contoare Cch, sub acțiunea iradierii dure, a emis raze X. Dacă energia radiată ar fi distribuită uniform în toate direcțiile, după cum rezultă din reprezentările undelor, atunci ambele contoare ar trebui să funcționeze simultan, iar pe banda în mișcare L ar apărea semne sincrone ale marcajelor M. De fapt, locația semnelor era dezordonată. . În consecință, în acte separate de emisie se nasc particule de lumină (fotoni), zburând fie într-una, fie în cealaltă direcție.
46. Masa și impulsul unui foton. Unitatea proprietăților corpusculare și ondulatorii ale luminii.
Folosind relațiile , obținem expresii pentru energia, masa și impulsul fotonului
Aceste relații conectează caracteristicile cuantice (corpusculare) ale unui foton - masă, impuls și energie - cu unda caracteristică luminii - frecvența acestuia.
Lumina are în același timp val proprietăți care se manifestă în modelele de propagare, interferență, difracție, polarizare și corpuscular, care se manifestă în procesele de interacțiune a luminii cu materia (emisie, absorbție, împrăștiere).
47. Presiune ușoară.
Dacă fotonii au impuls, atunci lumina care cade asupra unui corp trebuie să exercite presiune asupra acestuia.
Lăsați fluxul de radiație de frecvență monocromatică să cadă perpendicular pe suprafață. Dacă în 1s N fotoni cad pe 1m 2 din suprafața corpului, atunci cu un coeficient de reflexie p al luminii, ρ va fi reflectat de pe suprafața corpului N fotoni și (1-ρ) N fotonii – vor fi absorbiți. Fiecare foton absorbit oferă impuls suprafeței pγ, și fiecare foton reflectat -2 pγ
Presiunea luminii pe suprafață este egală cu impulsul care este transmis
suprafață pentru fotoni 1s N
Iluminarea energetică a suprafeței (energia tuturor fotonilor incidente pe o unitate de suprafață pe unitatea de timp). Volumetric
densitatea energiei radiatiilor: . De aici 
Teoria ondulatorie a luminii pe baza ecuațiilor lui Maxwell ajunge la aceeași expresie. Presiunea luminii în teoria undelor se explică prin faptul că sub acțiunea unui câmp electric
unde electromagnetice, electronii din metal se vor mișca în direcția (indicată de
în figură) vizavi
Un câmp magnetic
unda electromagnetică acționează asupra electronilor în mișcare cu forța Lorentz în direcția (conform regulii mâinii stângi) perpendiculară pe suprafața metalului. Astfel, o undă electromagnetică exercită presiune asupra suprafeței metalice.
48. Efectul Compton.
Proprietățile corpusculare ale luminii se manifestă în mod clar în efectul Compton - împrăștierea elastică a radiațiilor electromagnetice cu unde scurte (raze X și radiații) pe electronii liberi (sau slab legați) ai unei substanțe, însoțită de o creștere a lungimii de undă. Această creștere este independentă de lungimea de undă λ a incidentului
FOTOCELULA VACUUM
Cel mai simplu tip de celulă fotoelectrică în vid, care se bazează pe un efect fotoelectric extern, este prezentat în Figura 6. Este un mic recipient de sticlă evacuat, din care jumătate este acoperită la interior cu un strat sensibil. In functie de regiunea spectrala pentru care este destinata fotocelula se folosesc straturi diferite: argint, potasiu, cesiu, antimoniu-cesiu etc. Acest strat servește drept catod K. Anodul este luat de obicei sub forma unui inel A. O diferență de potențial este excitată între catod și anod cu ajutorul unei baterii. În absența luminii, nu există curent în circuitul fotocelulei. Când lumina lovește catodul din circuit
are loc curent. Pentru a crește sensibilitatea fotocelulei, aceasta este umplută cu puțin gaz inert la presiune scăzută.
EFECT FOTO VALVĂ
Fotocelulele bazate pe efectul fotoelectric din stratul de barieră, așa-numitul efect fotoelectric de valvă, transformă direct energia radiantă incidentă asupra lor în energie electrică, fiind astfel generatoare de energie electrică, deși de putere foarte mică. Nu au nevoie de o sursă externă de tensiune, cum ar fi celulele solare cu efect fotoelectric extern și intern.
Efectul fotoelectric de poartă se observă în sistemele formate din semiconductori de electroni și gauri în contact unul cu celălalt. În acest caz, la interfața a doi semiconductori cu diferite
mecanisme de conducere, așa-numitele r-p tranziție datorită pătrunderii reciproce a purtătorilor principali. Câmpul electric din acest strat este direcționat în așa fel încât să contracareze tranziția ulterioară prin stratul de purtători majoritari și să promoveze mișcarea purtătorilor minoritari (vezi Fig. 7). Ca urmare, se va stabili echilibrul I 0 = I n și nu va exista curent prin contact.
Când este iluminat R-electronii si gaurile semiconductoare sunt eliberati de lumina. Mass-media lansate se mută dintr-o zonă în care sunt create și abundente în locuri în care sunt rare. Dacă distanța de la suprafața iluminată până la r-p există puțină tranziție, toți electronii generați de lumină vor intra P-regiune. Găurile, dimpotrivă, vor fi întârziate de contact
câmp și rămâne R- zone. Există o acumulare a principalilor purtători de curent. Acum I 0 nu este egal cu I n, adică. peste r-p tranziția în direcția de blocare va merge curent, care este pe rezistență r-p tranziția creează o diferență de potențial, reducând diferența de potențial de contact. Acest fotocurent este egal cu I f =en, unde e este sarcina electronilor, n este numărul de electroni (numărul de perechi) creați de lumină într-o secundă. În paralel cu creșterea concentrației purtătorilor de curent, câmpul electric creat de aceștia crește, ceea ce împiedică trecerea lor ulterioară prin stratul de blocare. La un moment dat, echilibrul dinamic se instalează, de exemplu. numărul purtătorilor de curent minori care se deplasează prin stratul de blocare va fi același într-o direcție și în cealaltă, iar între electrozi se stabilește o anumită diferență de potențial, așa-numita forță electromotoare.
Principalele caracteristici studiate ale fotocelulelor cu supape sunt caracteristicile curent-tensiune, lumina și caracteristicile spectrale.
Caracteristicile curent-tensiune reprezintă dependența fotocurentului I Ф generat de o fotocelulă iluminată de tensiunea aplicată U atunci când aceasta este conectată la diferite rezistențe de sarcină R (vezi Fig. 8). Punctele de intersecție ale caracteristicii curent-tensiune cu axa absciselor dau forța electromotoare a fotocelulei, iar cu axa ordonatelor - valoarea curentului de scurtcircuit. Curentul de scurtcircuit este proporțional cu puterea luminii incidente și cu emf. va tinde să se sature când se schimbă iluminarea fotocelulei. Curentul de scurtcircuit determină de obicei sensibilitatea fotocelulelor. Distingeți între luminozitatea integrală și spectrală.
Sensibilitatea integrală a fotocelulei r u este raportul dintre fotocurentul de scurtcircuit I și fluxul luminos incident al luminii albe Ф:
Sensibilitatea spectrală este raportul dintre curentul de scurtcircuit I și fluxul luminos al radiației monocromatice F l cu lungimea de undă l:
supapă de vid curent-tensiune fotovoltaică
În mod caracteristic, sensibilitatea depinde puternic de compoziția spectrală a radiației.
Caracteristicile spectrale exprimă dependența puterii fotocurentului pe unitate de energie de lungimea de undă a luminii incidente. În cele mai multe cazuri, caracteristica spectrală are un maxim pronunțat (vezi Fig. 9). Cele mai apropiate caracteristici spectrale de ochiul uman sunt fotocelulele cu seleniu, care au un maxim la o lungime de undă de 0,59 microni.
Caracteristicile luminii ale fotocelulelor de supapă exprimă dependența rezistenței fotocurentului (sau a forței fotoelectromotoare) de mărimea fluxului de lumină incidentă F. Aceste dependențe se abate de la liniaritate cu cât este mai vizibil, cu atât rezistența circuitului extern este mai mare. Deci din figura 10 se poate observa ca odata cu cresterea intensitatii fluxului luminos, valoarea fototensiunii creste, ajungand la saturatie la iluminare mare.
Structura unei fotocelule cu supapă este prezentată schematic în Figura 11. Seleniul cristalin (stratul 3), care alcătuiește principalul strat semiconductor din fotocelulele cu seleniu, are conductivitate în orificii. Pe acesta este depus un strat translucid de metal (stratul 1), ai cărui atomi difuzează în seleniu, astfel încât stratul de seleniu din apropierea suprafeței capătă conductivitate electronică (stratul 2). Lumina care trece prin stratul de metal translucid 1 și stratul subțire de blocare 2 pătrunde în semiconductorul principal 3, dar nu pătrunde adânc datorită absorbției. Fototensiunea rezultată este preluată de la electrozii metalici 1 și 4.
Efectul fotoelectric (atât extern, cât și intern) este utilizat în dispozitivele fotoelectronice (fotocelule, fotodiode, fotorezistoare, fotomultiplicatoare), care au primit diverse aplicații în știință și tehnologie (în televiziune, tehnologia spațială).