Контакт електронного і діркового напівпровідників

Провідність напівпровідників, зумовлена дією на них променистої енергії, називається фотопровідністю (внутрішнім фотоефектом). На явищі фотопровідності грунтується дія групи електронних приладів, які називаються фотоопорами.

Рис. 3.7 пояснює дію твердого фотоелемента із запірним шаром (вентильного фотоелемента) у фотогенераторному режимі.

У вентильному фотоелементі здійснюється контакт двох напівпровідників, один з яких має електронну електропровідність, а другий — діркову. Завдяки дифузії електронів і дірок крізь п — р перехід у взаємно протилежних напрямах утворюється контактна різниця потенціалів UK. Якщо напівпровідники освітлюються, в них внаслідок поглинання світлової енергії утворюються неосновні вільні носії заряду — електрони в р-напівпровіднику і дірки в п-напівпровіднику. Ці електрони і дірки під дією електричного поля, в свою чергу, прямують через — р перехід: дірки — в дірковий напівпровідник, а електрони — в електронний. Освітлення контакту призводить до порушення рівноваги основних носіїв заряду, внаслідок чого потенціальний бар'єр у контакті зменшується і встановлюється новий стан рівноваги при меншому значенні його, яке дорівнює UK.C.

Різниця потенціальних бар'єрів у контакті напівпровідників у неосвітленому та освітленому станах називається фото електрорушійною силою (фото - е. р. с.):

Фото-е. р. с. тим більша, чим інтенсивніше освітлюється напівпровідник. Після з'єднання напівпровідників виникає струм у колі і відбувається перетворення променистої енергії на електричну.

Фотоелектричні генератори призначені для прямого перетворення сонячної енергії на електричну і тепер застосовуються в космічній техніці.

E. р. с. і потужність джерела електричної енергії

Виникнення е. р. с. £ в усіх випадках пов'язане з роботою сторонніх сил з переміщення заряджених частинок. Кількісно це явище оцінюють роботою, що припадає на одиницю заряду;

Одиницею е. р. с., так само як і напруги, е вольт (В).

Додатний напрям е. р. с. збігається з напрямом, в якому сторонні сили діють на частинки з позитивним зарядом. Це відповідає і додатному напряму струму в колі. Якщо струм створюється електронами, то е. р. с. спрямована проти руху електронів, тобто усередині джерела від «—» до «+». Отже, в джерелі електричної енергії напрями е. р. с. і струму збігаються.

Робота сторонніх сил Лст дорівнює енергії, яку віддає джерело живлення в зовнішнє коло. Ця енергія називається електричний енергією джерела:

Переміщений заряд Q можна виразити через струм у джерелі: Q =» It, тому

Формула (3.7) дає змогу обчислити енергію, яку виробляє джерело за певний проміжок часу t, використовуючи показники кола—е. р. с. джерела і струм, проте за нею не можна оцінити працездатність джерела.

Справді, певну кількість електричної енергії можна дістати від різних джерел, але за різний час. Працездатність джерел можна оцінити, порівнюючи кількість енергії, що виробляється за той самий час, наприклад за 1 с.

Значення енергії, що виробляється за одиницю часу, тобто швидкість перетворення енергії в джерелі, називається потужністю джерела:

Одиниця енергії — джоуль (Дж).Одиниця потужності [P] = [Wt] = = джоуль/секунда = ват (Вт).

З формули (3.8) випливає, що ват = вольт • ампер; джоуль = = вольт • ампер • секунда = ват • секунда.

Зазначені одиниці потужності і енергії є основними. Вимірювати великі потужності та кількості енергії зручно більшими одиницями, ніж ват і джоуль. Тому використовують похідні одиниці: 1 кіловат (кВт)=103 Вт; 1 мегават (МВт) = 10е Вт; 1 кіловат • год (кВт • год) = = 1000 • 3600= 36 • 105 Вт • с (або Дж).