Применение вентильного фотоэффекта

На основе явления вентильного фотоэффекта в полупроводниках созданы фотоэлектрические приборы (фотодиоды, фотоэлементы, фототранзисторы, фототиристоры). Они используются для измерения световых потоков, в качестве светоуправляемых полупроводниковых реле, элементов памяти электронных схем. Особое значение занимает применение фотоэлементов сp-n- переходом для прямого преобразования световой энергии в электрическую (солнечные батареи). Матричные солнечные батареи, представляющие собой пластинку кремния с большим количеством (до нескольких тысяч) микрофотоэлементов используются в качестве источников энергии для питания радиоаппаратуры на космических кораблях и искусственных спутниках Земли.

На электрических схемах полупроводниковые фотоэлементы изображаются значком гальванического элемента в корпусе с обозначенном светового потока стрелками (рис.8).

Солнечные батареи (совокупности электрически соединенных фотоэлементов) – это экологически самый чистый способ получения электрической энергии; не расходуется кислород атмосферы, нет вредных химических отходов, отсутствует опасность радиоактивного заражения, не расходуются невосполнимые запасы нефти и газа.

Солнечные батареи обладают рядом преимуществ, помимо того, что используют чистый и неистощимый источник энергии. Они не имеют движущихся частей и потому не требуют постоянного контроля со стороны обслуживающего персонала. Эти выгоды видны на примере работы дистанционно управляемых маяков, релейных станций дальней связи, космических аппаратов – сейчас в них используют достаточно мощные солнечные батареи.

Маломощные солнечные батареи и фотоэлементы уже нашли достаточно широкое применение как источники питания микрокалькуляторов, часов и т.п. Так как величина фото-Э.Д.С. зависит от освещенности, то фотоэлементы используют для измерения фотоэлектрических величин, например в люксметрах.

Простейшим фотоэлектрическим полупроводниковым прибором, содержащим один p-n-переход, является фотодиод. В конструкциях фотодиодов предусмотрено окно, через которое свет попадает на областьp-n- перехода.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем заключается и объясняется явление фотопроводимости в полупроводниках? Какие носители заряда в полупроводнике называются равновесными, какие неравновесными?

2. Чем объясняется возникновение электрического поля в области p-n- перехода и какими зарядами оно создается.

3. Что происходит с неравновесными носителями заряда, возникающими в области p-n - перехода при его освещении? Объясните механизм возникновения фото-Э.Д.С.

4. Какой вид имеет вольтамперная характеристика p-n- перехода при его освещении? Сравните с “темновой” характеристикой.

5. Объясните, почему освещение сильно влияет на величину обратного тока и незначительно на величину прямого тока p-n- перехода.

6. Почему при снятии прямой ветви вольтамперной характеристики рекомендуется задавать ток и изменять напряжение, а при снятии обратной - наоборот?

7. Где и в каких приборах применяется вентильный эффект?