Фотоелемент

Андрущенко Олена, 33 гр.

Загальний опис (принцип дії), Андрущенко Олена 33 гр

Фотоелемент – напівпровідниковий прилад, що служить для перетворення світлової енергії в електричну. В основі цього перетворенння лежить явище фотоефекту. Принцип роботи сучасних фотоелементів базується на напівпровідниковому p-n переході. При поглинанні фотона в області, яка прилягає до p-n переходу, створюється пара носіїв заряду: електрон і дірка. Дірка є неосновним носієм заряду, а отже з великою ймовірністю проникає крізь перехід. У результаті створені завдяки поглинанню енергії фотона заряди розділяються в просторі й не можуть рекомбінувати. Як наслідок порушується рівновага густини зарядів. Дія приладу заснована на фотоелектронній емісії або внутрішньому фотоефекті. Поділяються на електровакуумні й напівпровідникові фотоелементи.

Електровакуумний фотоелемент

В електровакуумних фотоелементах при потраплянні світла на катод фотоелемента в колі виникає електричний струм, який вмикає або вимикає реле.

Напівпровідниковий фотоелемент

Напівпровідникові фотоелементи - фотоелементи з p-n переходом створюють ЕРС близько 1-2 В. Вихідна потужність досягає сотень ват при ККД до 20%.

Історична довідка

1887 рік – Генріх Герц відкрив явище фотоефекту.

1890 рік - Олександр Григорович Столєтов встановив кількісні закономірності фотоефекту.

1905 рік - Альберт Ейнштейн обгрунтував квантову природу фотоефекта і всі його закономірності

Перший фотоелемент, заснований на зовнішньому фотоефекті, створив Олександр Столєтов в кінці XIX століття.

О. Г. Столєтов

Перший фотоелемент, дія якого ґрунтується на зовнішньому фотоефекті

Технічні характеристики

Фізичний принцип роботи фотоелемента Перетворення енергії в фотоелементі засновано на фотоелектричному ефекті, який виникає в неоднорідних напівпровідникових структурах при впливі на них сонячного випромінювання. Неоднорідність структури фотоелементи може бути отримана легуванням одного і того ж напівпровідника різними домішками (створення p-n переходів) або шляхом з'єднання різних напівпровідників з неоднаковою шириною забороненої зони - енергії відриву електрона з атома (створення гетеропереходів), або ж за рахунок зміни хімічного складу напівпровідника, що приводить до появи градієнта ширини забороненої зони (створення варізонних структур). Ефективність перетворення залежить від електрофізичних характеристик неоднорідною напівпровідникової структури, а також оптичних властивостей фотоелемента, серед яких найбільш важливу роль грає фотопровідність. Вона обумовлена явищами внутрішнього фотоефекту в напівпровідниках при опроміненні їх сонячним світлом.

Сфера застосування

Фотоелементи широко застосовуються:

• для автоматизації виробничих процесів. У поєднанні з електронними підсилювачами фотоелементи входять до складу фотореле — приладів автоматичного управління різними установками, які використовують безінерційність фотоефекту, тобто здатність фотоелемента практично миттєво реагувати на світловий вплив чи на його зміну;
• у вигляді сонячних батарей для перетворення енергії сонячного світла в електричну енергію, якою здійснюється живлення бортової апаратури космічних апаратів;
• у звуковому кіно, різних системах автоматики та телемеханіки, телебаченні.

Фото, відео-матеріали

Список використаних джерел

1. Фізико-технічний словник-мінімум
2. Основні характеристики фотоелемента на зовнішньому фотоефекті
3. Фотоэлемент
4. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. — Л.: Наука, 1989. — 310 с.-ISBN 5-02-024384-1.
5. Фотоэлемент / М. М. Колтун // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
6. Пасынков В. В., Чиркин Л. К., Шинков А. Д. Полупроводниковые приборы. — 4 изд.. — М., 1987.