в чем заключается вентильный фотоэффект

Гипотеза Планка, блестяще решившая задачу теплового излучения черного тела, получила подтверждение и дальнейшее развитие при объяснении фотоэффекта – явления, открытие и исследование которого сыграло важную роль в становлении квантовой теории. В 1887 году Г. Герц обнаружил, что при освещении отрицательного электрода ультрафиолетовыми лучами разряд между электродами происходит при меньшем напряжении. Это явление, как показали опыты В. Гальвакса (1888 г.) и А.Г. Столетова (1888–1890 гг.), обусловлено выбиванием под действием света отрицательных зарядов из электрода. Электрон еще не был открыт. Лишь в 1898 году Дж.Дж. Томпсон и Ф. Леонард, измерив удельный заряд испускаемых телом частиц, установили, что это электроны.

Различают фотоэффект внешний, внутренний, вентильный и многофотонный фотоэффект.

Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект наблюдается в твердых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках), а также в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация).

Вентильный фотоэффект является разновидностью внутреннего фотоэффекта, – это возникновение ЭДС (фото ЭДС) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Вентильный фотоэффект открывает пути для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

Многофотонный фотоэффект возможен, если интенсивность света очень большая (например, при использовании лазерных пучков). При этом электрон, испускаемый металлом, может одновременно получить энергию не от одного, а от нескольких фотонов.

Первые фундаментальные исследования фотоэффекта выполнены русским ученым А.Г. Столетовым. Принципиальная схема для исследования фотоэффекта приведена на рис. 2.1.

Два электрода (катод К из исследуемого материала и анод А, в качестве которого Столетов применял металлическую сетку) в вакуумной трубке подключены к батарее так, что с помощью потенциометра R можно изменять не только значение, но и знак подаваемого на них напряжения. Ток, возникающий при освещении катода монохроматическим светом (через кварцевое стекло), измеряется включенным в цепь миллиамперметром.

В 1899 г. Дж. Дж. Томпсон и Ф. Ленард доказали, что при фотоэффекте свет выбивает из вещества электроны.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) фотоэффекта – зависимость фототока I, образуемого потоком электронов, от напряжения, – приведена на рис. 2.2.

Такая зависимость соответствует двум различным энергетическим освещенностям катода (частота света в обоих случаях одинакова). По мере увеличения U фототок постепенно возрастает, т.е. все большее число фотоэлектронов достигает анода. Пологий характер кривых показывает, что электроны вылетают из катода с различными скоростями.

Максимальное значение фототока насыщения определяется таким значением напряжения U, при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода:

где n – число электронов, испускаемых катодом в 1 с.

Из ВАХ следует, при U = 0 фототок не исчезает. Следовательно, электроны, выбитые из катода, обладают некоторой начальной скоростью υ, а значит и отличной от нуля кинетической энергией, поэтому они могут достигнуть катода без внешнего поля. Для того, чтобы фототок стал равным нулю, необходимо приложить задерживающее напряжение . При ни один из электронов, даже обладающий при вылете из катода максимальной скоростью , не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода. Следовательно,

т.е. замерив задерживающее напряжение , можно определить максимальные значения скорости и кинетической энергии фотоэлектрона.

При изучении ВАХ разнообразных материалов при разных частотах падающего на катод излучения и разных энергетических освещенностях катода и обобщении полученных данных были установлены три закона внешнего фотоэффекта.

Источник

Изучение внешнего и вентильного фотоэффектов

Сущность фотоэлектрического эффекта. Характеристика и особенности законов внешнего фотоэффекта, описание и применение уравнения Эйнштейна. Зависимость силы фототока от длины волны, вакуумного и вентильного фотоэлемента. Снятие вольтамперных характеристик.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство общего и профессионального образования

Ростовский государственный университет

к лабораторным работам по общей физике

Изучение внешнего и вентильного фотоэффектов

Среди разнообразных явлений, в которых проявляется воздействие света на вещество, самое важное место занимает фотоэлектрический эффект, т.е. испускание электронов веществом под воздействием света.

Фотоэффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и изучен профессором МГУ Столетовым в 1888 году. Схема опытов Столетова представлена на рисунке I.

Электрическая цепь состоит из батареи элементов е и конденсатора С, положительно заряженная пластинка которого сделана в виде сетки. Свет от источника S проходит через сетку и падает на отрицательно заряженную пластинку. В отсутствие освещения гальванометр показывает ноль, при включении освещения гальванометр регистрирует появление фототока. Столетов установил следующие закономерности:

1. Наиболее эффективно действуют ультрафиолетовые лучи.

2. Сила фототока пропорциональна освещенности.

3. Под действием света освобождаются отрицательные заряды.

4. Ток прекращается мгновенно при выключении света.

Различают три вида фотоэффекта: внешний, внутренний и вентильный.

ЗАКОНЫ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА

1. Зависимость силы фототока I от приложенной к электродам разности потенциалов U.

Эта зависимость представлена на рисунке 2, из которого видно, что с ростом U растет и I. При некоторой разности потенциалов ток достигает максимального постоянного значения (ток насыщения I_n), при определенной тормозящей разности потенциалов U_Т ток падает до нуля.

2. Зависимость тока насыщения от интенсивности падающего света.

Сила фототока насыщения прямо пропорциональна падающему световому потоку:

3. Зависимость скорости фотоэлектронов от частоты света.

С увеличением частоты света скорость фотоэлектронов возрастает и не зависит от интенсивности излучения.

Наличие тока I при отрицательном потенциале U_Т указывает на то, что электроны вырываются светом из тела с некоторой начальной скоростью.

Электроны перестают достигать анод, когда работа задерживающего электрического поля eU_Т становится равной их начальной энергии:

Измерения показали, что U _r является линейной функцией частоты

Подставив U_т из (2) и (3), можно получить

Из (4) следует: начальная кинетическая энергия фотоэлектронов возрастает линейно с частотой света н, что отображено на рисунке 3. Частота, при которой электроны не вырываются с поверхности металла, называется красной границей фотоэффекта. Из (4) при v = 0 следует, что

УРАВНЕНИЕ ЭЙНШТЕЙНА ДЛЯ ФОТОЭФФЕКТА

Если на поверхность металла попадает квант света hн, то часть этой энергии идёт на работу по вырыванию электрона с поверхности металла (работу выхода А),

остальная часть энергии идёт на сообщение электрону кинетической энергии, что видно из уравнения Эйнштейна

Уравнение Эйнштейна выражает закон сохранения и превращения энергии для случая взаимодействия света с веществом. Из него вытекают все законы, установленные Столетовым. В частности, из (7) красная граница фотоэффекта определяется так

ЗАВИСИМОСТЬ СИЛЫ ФОТОТОКА ОТ ДЛИНЫ ВОЛНЫ

Исследования показали, что с ростом длины волны падающего света для большинства металлов сила фототока уменьшается, что видно из рисунка 4. При некоторой длине волны л_кр (красная граница фотоэффекта) сила фототока равна нулю. У ряда металлов, особенно щелочных, для которых красная граница лежит ближе к инфракрасной области спектра, наблюдается следующая особенность.

Сила тока имеет резко выраженный максимум (см. рис. 5) для определенного спектрального участка, быстро спадая по обе его стороны (селективный или избирательный фотоэффект).

Селективность фотоэффекта напоминает резонансные эффекты. Как будто электроны в металле обладают собственной частотой колебаний, при совпадении которой с частотой света возрастает амплитуда колебаний электронов и они вырываются с поверхности металла.

Простейший тип вакуумного фотоэлемента, действие которого основано на внешнем фотоэффекте, изображен на рисунке 6. Он представляет собой небольшой откачанный стеклянный баллон, одна половина которого покрыта изнутри чувствительным слоем. В зависимости от того, для какой спектральной области предназначен фотоэлемент, употребляют разные слои: серебряный, калиевый, цезиевый, сурьмяно-цезиевый и т.д. Этот слой служит катодом К. Анод обычно берется в виде кольца А. Между катодом и анодом с помощью батареи возбуждается разность потенциалов. При отсутствии освещения в цепи фотоэлемента тока нет. При попадании света на катод в цепи

возникает ток. Для увеличения чувствительности фотоэлемента его наполняют каким-либо инертным газом при небольшом давлении.

Фотоэлементы, основанные на фотоэффекте в запирающем слое, так называемом вентильном фотоэффекте, непосредственно превращают падающую на них лучистую энергию в электрическую, являясь, таким образом, генераторами электрической энергии, хотя очень малой мощности. Они не нуждаются в источнике внешнего напряжения, как фотоэлементы с внешним и внутренним фотоэффектом.

Возникновение вентильного фотоэффекта наблюдается в системах, состоящих из контактирующих друг с другом электронного и дырочного полупроводников. В этом случае на границе двух полупроводников с различными

механизмами проводимости возникает так называемый р-п переход вследствие взаимного проникновения основных носителей. Электрическое поле в этом слое направлено так, что противодействует дальнейшему переходу через слой основных носителей и способствует движению неосновных носителей (см. рис. 7). В результате установится равновесие I₀ = I_н и тока через контакт не будет.

При освещении р-полупроводника светом освобождаются электроны и дырки. Освобождённые носители перемещаются из области, где они созданы и имеются в повышенном количестве, к местам, где их мало. Если расстояние от освещаемой поверхности до р-п перехода мало, все электроны, генерируемые светом, будут переходить в п-область. Дырки же, напротив, будут задерживаться контактным

Основными изучаемыми характеристиками вентильных фотоэлементов являются вольтамперные, световые и спектральные характеристики.

фотоэлектрический вакуумный вольтамперный вентильный

Характерно, что чувствительность резко зависит от спектрального состава излучения.

Спектральные характеристики выражают зависимость силы фототока на единицу энергии от длины волны падающего света. В большинстве случаев спектральная характеристика имеет один ярко выраженный максимум (см. рис. 9). Наиболее близкими по спектральной характеристике к человеческому глазу являются селеновые фотоэлементы, у которых максимум приходится на длину волны 0.59 мк.

Структура вентильного фотоэлемента схематически изображена на рисунке 11. Кристаллический селен (слой 3), из которого состоит основной слой полупроводника в селеновых фотоэлементах, имеет дырочную проводимость. На него наносится полупрозрачный слой металла (слой 1), атомы которого диффундируют в селен, поэтому приповерхностный слой селена приобретает электронную проводимость (слой 2). Свет, проходя через полупрозрачный слой металла 1 и тонкий запирающий слой 2, попадает в основной полупроводник 3, но не проникает глубоко вследствие поглощения. Возникающая фотоэдс снимается с металлических электродов 1 и 4.

Фотоэффект (как внешний, так и внутренний) используется в фотоэлектронных приборах (фотоэлементы, фотодиоды, фотосопротивления, фотоэлектронные умножители), получивших разнообразные применения в науке и технике (в телевидении, космической технике).

ИЗУЧЕНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА

Осветительная лампа Л и фотоэлемент (ФЭ) помещены в светозащитные кожухи на рейтерах оптической скамьи (ОС) (см. рис. 12).

Расстояние между лампой и фотоэлементом изменяют, передвигая рейтер с фотоэлементом, и измеряют по миллиметровой шкале на оптической скамье с помощью указателей на рейтерах.

Лампа накаливания питается от сети с напряжением 220 В.

Электрическая схема подключения фотоэлемента собрана, она представлена на рисунке 13.

СНЯТИЕ СВЕТОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

I = f (E) при U = const

Принимая нить лампы накаливания за точечный источник света, можно воспользоваться законом освещённости

1. После проверки схемы преподавателем или лаборантом реостат ставят на минимум напряжения с помощью подвижного контакта Д, включают установку в сеть и устанавливают постоянное напряжение по указанию преподавателя.

2. Закрыв окошко фотоэлемента крышкой, убеждаются в том, что в отсутствии света стрелка микроамперметра стоит на нуле (темновой ток лежит за пределами чувствительность прибора). При выключенной лампе убеждаются в том, что микроамперметр не показывает тока при открытом окошке фотоэлемента. Если при этом появляется ток, значит, имеются световые помехи, которые надо ликвидировать.

3. Устанавливают фотоэлемент на таком расстоянии от лампы, чтобы стрелка микроамперметра отклонилась больше чем на половину шкалы, но не выходила за её пределы. Записывают показания.

4. Удаляя фотоэлемент от лампы по этапам на 5 см, каждый раз записывают значения расстояния и силы фототока. Затем повторяют измерения, возвращая фотоэлемент теми же этапами к первоначальному положению. Усредняют результаты прямого и обратного измерений фототока для каждого расстояния R.

5. Такие же измерения проводят ещё при двух постоянных напряжениях по указанию преподавателя.

6. Результаты измерений заносят в таблицу.

СНЯТИЕ ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОЭЛЕМЕНТА

I_ф = f (U) при E = const

1. Помещают фотоэлемент на некотором расстоянии от лампы по указанию преподавателя. Изменяя напряжение от 0 до 150 В через каждые 10 В, фиксируют силу тока по микроамперметру.

2. Результаты измерений заносят в таблицу.

3. Такие же измерения проводят ещё при двух постоянных расстояниях R от лампы до фотоэлемента.

ВЫЧИСЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ФОТОЭЛЕМЕНТА

У нас в лаборатории I = 100 св, S = 4 см 2 для фотоэлементов СВЦ-4 и ЦГ-4.

ИЗУЧЕНИЕ ВЕНТИЛЬНОГО ФОТОЭФФЕКТА ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Лампа накаливания питается от стабилизованного напряжения. И лампа, и фотоэлемент укреплены на рейтерах оптической скамьи. Расстояние между фотоэлементом и лампой изменяют перемещением рейтера с фотоэлементом, а измеряют это расстояние по шкале на оптической скамье с помощью указателя на рейтерах. Окошко фотоэлемента и нить накала лампы должны быть на одной прямой.

ИЗУЧЕНИЕ СИЛЫ ФОТОТОКА ОТ ОСВЕЩЕННОСТИ

I = f (1/r 2 ) при R = const

1. Электрическая схема подключения фотоэлемента собрана, она представлена на рисунке 14.

2. Устанавливают внешнее сопротивление R = 0. Изменяя расстояние от фотоэлемента до лампы от 30 см до 70 см через каждые 5 см, измеряют фототок.

3. Данные измерений заносят в таблицу.

4. Такие же измерения проводят, установив сопротивление внешней цепи 5 КОм и 10 КОм.

СНЯТИЕ ВОЛЬАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

I_ф = f (U) при r = const

1. Используя схему упражнения 1, устанавливают фотоэлемент на расстоянии 30 см от лампы. Изменяя сопротивление от 0 КОм до 10 КОм через 1 КОм, записывают значения фототока.

2. Считая напряжение на фотоэлементе приблизительно равным падению напряжения на сопротивлении R, вычисляют U = I_фR.

3. Данные измерений заносят в таблицу.

4. Такие же измерения проводят для расстояний r = 40 см и r = 50 см.

5. Методом экстраполяции кривых до пересечения с осями координат находят ток короткого замыкания I_к и фотоэдс е (см. рис. 8).

ВЫЧИСЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ФОТОЭЛЕМЕНТА

Интегральную чувствительность вычисляют для трех значений освещенности E (или расстояний r) при сопротивлении R = 0.

СНЯТИЕ ЗАВИСИМОСТИ СИЛЫ ФОТОТОКА ОТ УГЛА НАКЛОНА ФОТОЭЛЕМЕНТА

4. Данные заносят в таблицу.

1. Г. С. Ландсберг. Оптика. М.: Наука. 1957. С. 541

1. В чём заключаются явления внешнего, внутреннего и вентильного фотоэффектов?

2. Каковы законы и закономерности фотоэффекта?

3. Что такое “красная граница фотоэффекта”?

4. Запишите и проанализируйте уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

5. Как зависит сила фототока от длины волны падающего света?

6. Что такое интегральная и спектральная чувствительности фотоэлемента?

7. Как устроены и работают вакуумный и вентильный фотоэлементы?

8. Объясните полученные экспериментальные зависимости на основе законов фотоэффекта.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Виды фотоэлектрического эффекта. Внутренний и вентильный фотоэффект. Вольт-амперная его характеристика. Закон Столетова. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Экспериментальное подтверждение квантовых свойств света. Масса и импульс фотона.

реферат [53,2 K], добавлен 24.06.2015

Виды фотоэффектов: внешний, внутренний, фотогальванический и в газообразной среде. Зависимость вольт-амперных характеристик внешнего фотоэффекта от интенсивности и частоты света. Гипотеза М. Планка о квантах и кватновая теория фотоэффекта Эйнштейна.

презентация [1,4 M], добавлен 25.07.2015

Классификация фотоэлектрических эффектов и оптоэлектронных приборов. Изучение оптических свойств полупроводников. Вольт-амперная характеристика вентильного фотоэлемента. Кривая релаксации фототока полупроводника. Оптическое поглощение и фотопроводимость.

реферат [1,6 M], добавлен 15.01.2015

Принцип действия вентильного электропривода. Формирование вращающего момента, результирующей намагничивающей силы. Электрическая схема переключения полюсов вентильного электропривода. Моделирование переходных процессов. Суммарный момент возмущения.

курсовая работа [3,5 M], добавлен 15.03.2010

Открытие внешнего фотоэффекта немецким физиком Генрихом Герцем. Вывод уравнения фотоэффекта Эйнштейном. Корпускулярные свойства света. Внутренний, внешний и вентильный фотоэффект. Применение фотоэффекта в медицине. Внутренний фотоэффект в полупроводниках.

реферат [34,4 K], добавлен 29.10.2011

Источник

Фотоэффект и его виды

Фотоэффект и его виды.

Фотоэффект (фотоэлектрический эффект) – явление взаимодействия света или любого другого электромагнитного излучения с веществом, при котором энергия фотонов передаётся электронам вещества.

Фотоэффект:

Фотоэффект (фотоэлектрический эффект) – явление взаимодействия света или любого другого электромагнитного излучения с веществом, при котором энергия фотонов передаётся электронам вещества.

На основе явления фотоэффекта созданы специальные устройства – фотоэлементы. Фотоэлемент (фотоэлектрический элемент) – электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию.

Выделяют внешний фотоэффект и внутренний фотоэффект, а также вентильный (барьерный) фотоэффект и многофотонный фотоэффект.

Внешний фотоэффект:

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений, например, фотонов. Иными словами, при внешнем фотоэффекте поглощение фотонов сопровождается вылетом электронов за пределы тела. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком. Внешний фотоэффект наблюдается в твёрдых телах (металлах, полупроводниках и диэлектриках), а также газах (фотоионизация).

Внешний фотоэффект был открыт в 1887 г. Генрихом Рудольфом Герцем. Генрих Герц проводил опыты с цинковым разрядником – разрезанным пополам стержнем с парой металлических шариков на концах разреза. На разрядник подавалось высокое напряжение. При облучении цинкового разрядника ультрафиолетом было замечено, что прохождение искры в разряднике заметно облегчалось.

В 1888-1890 гг. Александр Григорьевич Столетов сделал несколько важных открытий в области фотоэффекта, в том числе вывел первый закон внешнего фотоэффекта.

В 1898 г. Джозеф Джон Томсон экспериментально установил, что поток электрического заряда, выходящий из металла при внешнем фотоэффекте, представляет собой поток открытых им ранее частиц – названных позднее электронами.

В 1900-1902 гг. Филипп Эдуард Антон фон Ленард доказал, что энергия вылетающего электрона всегда строго связана с частотой падающего излучения и практически не зависит от интенсивности облучения.

В 1905 г. внешний фотоэффект был объяснён Альбертом Эйнштейном.

Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Григорьевич Столетов в конце XIX века.

Внутренний фотоэффект:

Если фотоэффект не сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют внутренним. Внутренним фотоэффектом называется возрастание электропроводности вещества (наблюдается, как правило, у полупроводников и диэлектриков) и уменьшение его сопротивления под действием электромагнитных излучений, например, в результате облучения вещества видимым, инфракрасным или ультрафиолетовым излучением. Внутренний фотоэффект – это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные, без вылета наружу.

В отличие от внешнего фотоэффекта во внутреннем фотоэффекте электроны, остаются в теле вещества (полупроводника или диэлектрика), но изменяют в нём своё энергетическое состояние и увеличивают концентрацию носителей зарядов в веществе. Так, при поглощении фотона электрон переходит из валентной зоны в зону проводимости. Как следствие образуется пара носителей заряда: электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне. Концентрация носителей заряда приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика) или возникновению электродвижущей силы.

Впервые явление фотопроводимости (и соответственно явление внутреннего фотоэффекта) у селена открыл Уиллоуби Смит в 1873 г.

На основе внутреннего фотоэффекта работают полупроводниковые фотоэлементы, изготавливаемые из полупроводников. Полупроводники обладают как свойствами проводников, так и диэлектриков. В полупроводниковых кристаллах атомы имеют устойчивую структуру и прочно связаны ковалентной связью. Так, например, один электрон в кристалле кремния связан двумя атомами. Чтобы электрону освободиться из атома, ему необходимо сообщить необходимый уровень внутренней энергии. Эта энергия появляется в нем при воздействии на полупроводник, например, видимым, инфракрасным или ультрафиолетовым излучением. Если её (энергии) достаточно, то отдельные электроны отрываются от ядра и становятся свободными. Во время разрыва связи между электроном и ядром появляется свободное место в электронной оболочке атома. Место разрыва (свободное место в электронной оболочке атома) именуется дыркой – положительным зарядом, который равен заряду высвободившегося электрона. Если в это время к полупроводнику приложить разность потенциалов (т.е. внешний электрический ток), то в самом полупроводнике появится электрический ток. Представленный электронно-дырочный механизм проводимости проявляется у собственных (то есть без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостью полупроводников.

Вентильный (барьерный) фотоэффект:

Разновидностью внутреннего фотоэффекта является вентильный (барьерный) фотоэффект. Вентильный (барьерный) фотоэффект или фотоэффект в запирающем слое – это явление, при котором фотоэлектроны покидают пределы тела, переходя через поверхность раздела в другое твёрдое тело (полупроводник) или жидкость (электролит). Вентильный (барьерный) фотоэффект – это возникновение электродвижущей силы под действием света в области p-n перехода. Вентильный (барьерный) фотоэффект возникает в неоднородных (по химическому составу или неоднородно легированных примесями) полупроводниках, а также у контакта полупроводник-металл (при отсутствии внешнего электрического поля).

При поглощении полупроводником фотона освобождается дополнительная пара носителей – электрон и дырка, которые движутся в разных направлениях: дырка в сторону полупроводника p-типа, а электрон в сторону полупроводника n-типа. В результате в полупроводнике n-типа образуется избыток электронов, а в полупроводнике p-типа – избыток дырок. Возникает разность потенциалов – фото-ЭДС и электрический ток. По мере увеличения разности потенциалов фототок постепенно возрастает, т.к. все большее число электронов достигает анода.

Эффект прямого преобразования света в электричество впервые был открыт в 1842 г. Александром Эдмоном Беккерелем.

В 1883 г. Чарльз Фриттс впервые создал первую работающую фотоэлектрическую ячейку, используя полупроводниковый материал селен. Фритц покрыл селен очень тонким слоем золота. Полученная фотоэлектрическая ячейка имела КПД преобразования света в электричество всего около 1%, что в сочетании с высокой стоимостью материала препятствовало использованию таких ячеек для энергоснабжения.

Первую солнечную батарею на основе кремния для получения электрического тока создали Кельвин Соулзер Фуллер, Дэрил Чапин и Геральд Пирсон, все трое – специалисты компании Bell Laboratories. О создании первой солнечной батареи было заявлено 25 марта 1948 года.

Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементы), имеющие неоднородные полупроводниковые структуры. Неоднородность структуры фотоэлемента может быть получена легированием одного и того же полупроводника различными примесями (создание p-n переходов), или путём соединения различных полупроводников с неодинаковой шириной запрещённой зоны – энергии отрыва электрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счёт изменения химического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширины запрещённой зоны (создание варизонных структур). Возможны также различные комбинации перечисленных способов.

КПД производимых в промышленных масштабах полупроводниковых фотоэлементов в настоящее время в среднем составляет 16-19 %, у лучших образцов – до 25 %. В лабораторных условиях уже достигнуты фотоэлементы с КПД порядка 44-45 %.

Максимальные значения эффективности фотоэлементов и модулей, достигнутые в лабораторных условиях

Многофотонный фотоэффект:

Многофотонный фотоэффект – это явление, при котором изменение электропроводности, возникновение ЭДС или эмиссия электронов происходит вследствие поглощения одновременно энергии не от одного, а от нескольких фотонов. Такой эффект возможен, если интенсивность света очень большая (например, при использовании лазерных пучков).

Наиболее часто понятие многофотонный фотоэффект употребляется по отношению к внешнему фотоэффекту

Источник

• ← внутренняя память телефона что это как почистить
• видеть во сне на себе золото к чему →