Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом

(полупроводниковые фотоэлементы)

Фотосопротивление. Действие его основано на явлении фотопроводимости. На рис.8.2 показано включение фото­со­про­тив­ления в электрическую цепь. Без освещения фото­со­противления ток в цепи практически от­сут­ствует, при освещении ток возрастает в тысячи раз.

Фотосопротивления обладают чувстви­тельностью в сотни и тысячи раз боль­шей, чем фотоэлементы с вне­ш­ним фото­эф­фектом. Кроме того, они име­ют широ­кий диапазон спектральной чув­стви­тель­но­сти: от инфракрасных до рентгеновских и  - лучей.

Недостатками их являются зна­чи­тель­ная инерционность и зави­си­мость свойств от температуры.

Вентильные фотоэлементы (фо­то­э­лементы с запирающим слоем). В вентильных фотоэлементах ис­поль­зу­ет­ся фотогальванический эффект (разновидность внутреннего фотоэффекта). В отличие от других фотоэлементов, вентильные фотоэлементы не требуют при работе источника тока, так как сами являются таким источником.

Вольт - амперные и люкс - амперные характеристики фотоэлементов

Вольт - амперной характеристикой фо­­то­элемента называется кривая, выража­ю­щая зависимость фототока от напряжения. На рис. 8.3 показана вольт - амперная харак­те­рис­тика вакуумного фотоэлемента. Она отличается двумя особенностями:

а) при увеличении напряжения U между анодом и катодом фототок I_Ф достигает насыщения (с увеличением освещенности ток насыщения возрастает);

б) существует такое значение за­дер­­жи­вающей разности потенциалов U_з , при котором фототок прекращается. Элек­тро­ны перестают достигать анода, когда ра­бо­та задерживающего электрического поля ста­новится равной их начальной кинетической энергии:

,

где е, m и V - это заряд, масса и скорость электрона соответственно.

Вольт - амперные характеристики фотосопротивлений имеют линейный характер.

Люкс - амперной (или световой) характеристикой фотоэлемента называется зависимость фототока от освещенности катода при постоянном напряжении. У вакуумных фотоэлементов световая характеристика линейна, так как число выбитых электронов в единицу времени n пропорционально освещенности (I_н = е n ~ E).

Световая характеристика фотосопротивлений имеет нелинейный характер.

Применение фотоэлементов

Фотоэлементы используются в технике и в научных исследованиях. Например, они применяются в звуковом кино для воспроизведения звука, для сигнализации, в телевидении, автоматике и телемеханике. Фотоэлементы позволяют управлять на расстоянии процессами производства. При нарушениях хода процесса изменяется поток света, попадающего на фотоэлемент, и создается ток, выключающий весь процесс. С помощью фотоэлементов измеряются весьма слабые световые потоки (например, в биологии, астрофизике), регистрируются инфракрасные спектры, осуществляется фотографирование в темноте и т.д.

Вентильные фотоэлементы используются для изготовления “солнечных” батарей, преобразующих энергию Солнца в электрическую энергию. Кремниевые “солнечные” батареи применяются, например, для питания аппаратуры на искусственных спутниках Земли и автоматических межпланетных станциях.

Фотоэлементы могут быть использованы для измерения освещенности рабочих мест. Приборы, служащие для измерения освещенности, называются люксметрами.