ФОТОЭЛЕМЕНТЫ
Полупроводниковые фотоэлементы, иначе называемые вентильными или фотогальваническими, служат для преобразования энергии излучения в электрическую энергию. По существу, они представляют собой фотодиоды, работающие без источника внешнего напряжения и создающие собственную ЭДС под действием излучения.
Фотоны, воздействуя на и —р-пере-ход и прилегающие к нему области, вызывают генерацию пар носителей заряда. Возникшие в и- и р-областях электроны и дырки диффундируют к переходу, и если они не успели реком-бинировать, то попадают под действие внутреннего электрического поля, имеющегося в переходе. Это поле также действует и на носители заряда, возникающие в самом переходе. Поле разделяет электроны и дырки. Для неосновных носителей, например для электронов, возникших в р-области, поле перехода является ускоряющим. Оно перебрасывает электроны в и-область. Аналогично дырки перебрасываются полем из и-области в р-область. А для основных носителей, например дырок в р-области, ноле перехода является тормозящим, и эти носители остаются в своей области, т. е. дырки остаются в р-области, а электроны — в n-области (рис. 13.7).
|
|
Рис. 13.6. Принцип устройства планарного фотодиода
Рис. 13.7. Разделение возбужденных светом носителей под действием поля л —/^-перехода
В результате такого процесса в п-и р-областях накапливаются избыточные основные носители, т. е. создаются соответственно заряды электронов и дырок и возникает разность потенциалов, которую называют фото-ЭДС (£ф). С увеличением светового потока фото-ЭДС растет по нелинейному закону (рис. 13.8). Значение ЭДС может достигать нескольких десятых долей . вольта. При включении полупроводникового фотоэлемента на нагрузку (рис. 13.9) возникает фототок /ф = -Еф/(ЯН + Rt), где Rt -внутреннее сопротивление самого фотоэлемента.
Первые вентильные фотоэлементы из гемиоксида (закиси) меди были разработаны еще в 1926 г. В дальнейшем особенно широко применялись селеновые фотоэлементы, сделанные на основе селена р-типа. В пластинке такого селена создавался тонкий слой и-типа, на который воздействовал световой поток. Интегральная чувствительность селеновых фотоэлементов доходила до нескольких сотен микроампер на люмен. Они имели спектральную характеристику почти такую же, как у человеческого глаза, что было удобно для различных фотометрических методов. Значительный интерес представляли сернистоталлиевые фотоэлементы, которые разработал в СССР Б. Т. Коломиец. У них чувствительность достигала тысяч микроампер на люмен. Недостаток вентильных фотоэлементов — низкие частотные свойства и значительная зависимость интегральной чувствительности от температуры.
|
|
| Рис. 13.9. Схема включения фотоэлемента |
Рис. 13.8. Зависимость фото-ЭДС от светового потока
В настоящее время важное значение имеют кремниевые фотоэлементы, используемые в качестве солнечных преобразователей. Они преобразуют энергию солнечных лучей в электрическую, и ЭДС их достигает 0,5 В. Из таких элементов путем последовательного и параллельного соединения создаются солнечные батареи, которые обладают сравнительно высоким КПД (до 20%) и могут развивать мощность до нескольких киловатт. Солнечные батареи из кремниевых фотоэлементов — это основные источники питания на искусственных спутниках Земли, космических кораблях, автоматических метеостанциях и др. Практическое применение солнечных батарей непрерывно расширяется.
Дата добавления: 2015-05-19; просмотров: 844;