Воздействие света на p-n-переход

Электронно-дырочные пары, генерируемые в полупроводнике квантами света, разделяются электрическим полем электронно-дырочного перехода. В результате на омических контактах такого p-n-перехода в разомкнутом состоянии при освещении перехода появляется э.д.с. Если замкнуть внешнюю цепь, то в ней будет протекать электрический ток. Следовательно, электронно-дырочный переход может исполнять роль фотоэлемента, преобразующего световую энергию в электрическую.

Полупроводниковый фотоэлемент — это полупроводниковый прибор с выпрям­ляющим электрическим переходом, предназначенный для непосредствен­ного преобразования световой энергии в электрическую.

Рис.4.7. Разделение возбужденных светом носителей

под действием поля p-n-перехода

Фотоны, воздействуя на n-p-переход и прилегающие к нему области, вызывают генерацию пар носителей заряда. Возникшие в n- и p-областях электроны и дырки диффундируют к переходу, и если они не успели рекомбинировать, 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 n-область. Аналогично дырки перебрасываются полем из n-области в p-область.

А для основных носителей, например, дырок в р- области, поле перехода является тормозящим, и эти носители остаются в своей области, т. е. дырки остаются в р-области, а электроны - в n-области (рис. 4.7).

В результате такого процесса в n- и p-областях накапливаются избыточные основные носители, т. е. создаются соответственно заряды электронов и дырок и возникает разность потенциалов, которую называют фото-ЭДС (Е_ф). С увеличением светового потока фото-ЭДС растет по нелинейному закону (рис.4.8).

Рис.4.8. Зависимость фото-ЭДС от светового потока

Значение ЭДС может достигать нескольких десятых долей вольта. При подлючении к p-n-переходу нагрузки в цепи возникает фототок I_ф, равный Е_ф/(R_н+R_i), где R_i - внутреннее сопротивление самого фотоэлемента.