Сірчасто-срібний фотоелемент (ФЕСС-У)
Битюцька Алла Олександрівна,31 група
ТО14 (технологічна освіта 2014 рік вступу)
Схематичне зображення фотоелемента із зовнішнім (а) і внутрішнім (б) фотоефектом; До — фотокатод; А — анод; Ф — світловий потік; n і p — області напівпровідника з донорною і акцепторною домішками; Е — джерело постійного струму, службовець для створення в просторі між До і А електричного поля, прискорюючого фотоелектрони; R н — навантаження; пунктирною лінією позначений р — n-перехід.
Зміст
Загальний опис (принцип дії)
Фотоелемент сірчасто-срібний (ФЕСС-У) Фотоелемент сірчасто-срібний (ФЕСС-У) Призначений для одержання електричної енергії з світлової. В останній час розроблено велику кількість фотоелектричних приладів, які з успіхом застосовуються в багатьох лабораторіях. Фотоелемент, електронний прилад, в якому в результаті поглинання енергії падаючого на нього оптичного випромінювання генерується ЕРС (електрорушійна сила) ,( фотоерс ) або електричний струм (фотострум). Дія фотоелементу грунтується на фотоелектронній емісії або фотоефекті внутрішнього фотоелементу, дія якого заснована на фотоелектронній емісії, є електровакуумний прилад з 2 електродами – фотокатодомі анодом (колектором електронів), поміщеними у вакуумну або газонаповнену скляну або кварцеву колбу. Світловий потік, падаючий на фотокатод, викликає фотоелектронну емісію з його поверхні; при замиканні ланцюга фотоелемент у ній протікає фотострум, пропорційний світловому потоку. У газонаповнених фотоелементах в результаті іонізації газу і виникнення несамостійного лавинного електричного розряду в газах фотострум посилюється. Найбільш поширені фотоелементи з сурм'яно-цезієвим і киснево-срібний-цезієвим фотокатодами.
Фотоелемент, дія якого заснована на внутрішньому фотоефекті, – напівпровідниковий прилад з гомогенним електронно-дірковим переходом ( р–n -переходом) , напівпровідниковим гетеропереходом або контактом метал-напівпровідник .Поглинання оптичного випромінювання в таких фотоелементах приводить до збільшення числа вільних носіїв усередині напівпровідника . Під дією електричного поля переходу (контакту) носії заряду просторово розділяються (наприклад, у фотоелементі з р–n -переходом електрони накопичуються в n - області, а дірки – в р - області), в результаті між шарами виникає фотоерс; при замиканні зовнішнього ланцюга Фотоелемента через навантаження починає протікати електричний струм. Матеріалами, з яких виконують напівпровідникові фотоелементи, служать Se, Gaas, CDS, Ge, Si і ін. Фотоелемент зазвичай служать приймачами випромінювання або приймачами світла (напівпровідникові фотоелементи в цьому випадку не зрідка ототожнюють з фотодіодами. Напівпровідникові фотоелементи використовують також для прямого перетворення енергії сонячного випромінювання в електричну енергію – в сонячних батареях, фотоелектричних генераторах . Основні параметри і характеристики фотоелементів: 1) Інтегральна чутливість (ІЧ) – відношення фотоструму до того, що викликає його світловому потоку при номінальній анодній напрузі (у вакуумних фотоелементах) або при короткозамкнутих виводах (в напівпровідникових фотоелементах). Для визначення ІЧ використовують, як правило, еталонні джерела світла (наприклад, лампу розжарювання з відтворним значенням колірної температури нитки, зазвичай рівним 2840 До). Так, у вакуумних Фотоелементах (з сурм'яно-цезієвим катодом) ІЧ складає близько 150 мкА/лм, в селенових – 600–700 мкА/лм, в германієвих – 3×10 4 мкА/лм. 2) Спектральна чутливість – величина, що визначає діапазон значень довжин хвиль оптичного випромінювання, в якому практично можливо використовувати даний Фотоелемент. Так, у вакуумних Фотоелементах з сурм'яно-цезієвим катодом цей діапазон складає 0,2–0,7 мкм, в кремнієвих – 0,4–1,1 мкм, в германієвих – 0,5–2,0 мкм. 3) Вольтамперна характеристика – залежність фотоструму від напруги на Фотоелементах при постійному значенні світлового потоку; дозволяє визначити оптимальний робочий режим фотоелементу .Наприклад, у вакуумних фотоелементах робочий режим вибирається в області насичення (область, в якій фотострум практично не міняється із зростанням напруги). Значення фотоструму (що виробляється, наприклад, кремнієвим фотоелементом, освітлюваним лампою розжарювання) можуть при оптимальному навантаженні досягати (з розрахунку на 1 см 2 освітлюваній поверхні) декілька десятків см (для кремнієвих фотоелементів, освітлюваних лампою розжарювання), а фотоерс – декількох сотень см. 4)ККД, або коефіцієнт перетворення сонячного випромінювання (для напівпровідникових фотоелементах, використовуваних як перетворювачі енергії), – відношення електричної потужності, фотоелементи, що розвивається у номінальному навантаженні до падаючої світлової потужності. В кращих зразків фотоелементів ККД (коефіцієнт корисної дії) досягає 15–18%.Фотоелемент з сірчастого срібла мають істотну хибу: коефіцієнт корисної дії їх малий.
Історична довідка
Внаслідок дослідження фотоелектричних властивостей сірчастого срібла в 1937 р. створено вентильний сірчасто-срібний фотоелемент, який після удосконалення став широко застосовуватися в практиці. Ульянін докладно описав спосіб виготовлення і властивості винайдених ним селеновихфотоелементів.Широкого застосування в заводських лабораторіях республіки й усієї країни набули розроблені в Інституті фізики під керівництвом академіка АН УРСР В. Є. Лашкарьова фотоелементи з сірчастого срібла.
Технічні характеристики
Основні параметри і характеристики фотоелементу: 1) Інтегральна чутливість (ІЧ) – відношення фотоструму до того, що викликає його світловому потоку при номінальній анодній напрузі (у вакуумних Ф.) або при короткозамкнутих виводах (в напівпровідникових фотоелементах). Для визначення ІЧ використовують, як правило, еталонні джерела світла (наприклад, лампу розжарювання з відтворним значенням колірної температури нитки, зазвичай рівним 2840 До). Так, у вакуумних фотоелементах (з сурм'яно-цезієвим катодом) ІЧ складає близько 150 мка/лм, в селенових – 600–700 мка/лм, в германієвих – 3×10 4 мка/лм.2) Спектральна чутливість – величина, що визначає діапазон значень довжин хвиль оптичного випромінювання, в якому практично можливо використовувати даний фотоелемент. Так, у вакуумних фотоелементах з сурм'яно-цезієвим катодом цей діапазон складає 0,2–0,7 мкм, в кремнієвих – 0,4–1,1 мкм, в германієвих – 0,5–2,0 мкм. 3) Вольтамперная характеристика – залежність фотоструму від напруги на фотоелементі при постійному значенні світлового потоку; дозволяє визначити оптимальний робочий режим фотоелементу. Наприклад, у вакуумних фотоелементах робочий режим вибирається в області насичення (область, в якій фотострум практично не міняється із зростанням напруги). Значення фотоструму (що виробляється, наприклад, кремнієвим фотоелементом., освітлюваним лампою розжарювання) можуть при оптимальному навантаженні досягати (з розрахунку на 1 см 2 освітлюваній поверхні) декілька десятків ма (для кремнієвих Ф., освітлюваних лампою розжарювання), а фотоерс – декількох сотень мв. 4) Ккд, або коефіцієнт перетворення сонячного випромінювання (для напівпровідникових Ф., використовуваних як перетворювачі енергії), – відношення електричної потужності, фотоелемент, що розвивається. у номінальному навантаженні до падаючої світлової потужності. В кращих зразків фотоелементів ккд(коефіцієнт корисної дії) досягає 15–18%.
Сфера застосування
Фотоелемент використовують в автоматиці і телемеханіці, фотометрії, вимірювальній техніці, метрології, при оптичних, астрофізичних, космічних дослідженнях, в кино- і фототехніці, факсимільному зв'язку і т.д.; перспективне використання напівпровідникових Ф. у системах енергопостачання космічних апаратів, морській і річковій навігаційній апаратурі, пристроях живлення радіостанцій і ін.У випадку, якщо кілька фотоелектричних комірок певним чином електрично з'єднаних між собою, загорнутих в пластик, скло, а для жорсткого зв'язку і захисту з'єднані з використанням алюмінієвої рами — називаються сонячною панеллю.
Фото, відео-матеріали
Список використаних джерел
1)Фотоелектричні явища в напівпровідниках, М., 1963; Ривкин С. М. 2)Фотоелектронні прилади, М., 1965; Васильев А. М., Ландсман А. П., 3)Напівпровідникові фотоперетворювачі М-коду 1971. М. М. Ковтун. 4)комірка 5)Розвиток науки в Українській РСР за 40 років,стр.134. 6)Visti Akademiï nauk Ukraïnsʹkoï Sot͡sialistychnoï Radi͡ansʹkoï Respubliky, Выпуски 1-2,стр.23-24.
