Внутренним фотоэффектом называют появление тока в полупроводнике или диэлектрике под действием света, когда носители тока остаются в веществе.
Рис. 24.3.1
Рассмотрим все возможные случаи возникновения проводимости при внутреннем фотоэффекте (рис. 24.3.1).
А. В химически чистом полупроводнике под действием кванта света образуются два носителя тока: электрон и дырка (левый рисунок). Увеличиваются электронная и дырочная проводимости полупроводника, т.е. собственная проводимость. Красная граница приходится на область видимого света и определяется из соотношения
, 
.
Б. В полупроводнике n-типа электрон, находящийся на донорном уровне, поглощая квант света, переходит с донорного уровня в свободную зону, создавая электронную проводимость полупроводника (центральный рисунок).
В. В полупроводнике р-типа электрон, поглощая квант света, переходит из валентной зоны на акцепторный уровень (правый рисунок). В валентной зоне образуются дырки, которые создают дырочную проводимость полупроводника.
В примесных полупроводниках (Б и В) красная граница находится в инфракрасной области электромагнитных волн.
.
Фотоэлемент с внутренним фотоэффектом называется фотосопротивлением или фоторезистором. Чем больше световой поток (Ф), тем больше сила фототока. Одновременно с поглощением света и возникновением фотопроводимости происходит экситонный механизм поглощения энергии. Экситоном называют связанное состояние электрона и дырки, которое наблюдается при энергии кванта 
меньше ширины запрещенной зоны 
. Экситон электрически нейтрален, он является квазичастицей, т.к. существует только в веществе. Уровни энергии 
экситонов расположены вблизи дна зоны проводимости. Экситоны не приводят к увеличению фотопроводимости и тока, но для их образования расходуется часть энергии падающих на фотоэлемент электромагнитных волн.
|
|
|
На рис. 24.3.2 представлена схема фотосопротивления. Тонкий полупроводниковый слой 2 нанесен на изолирующую подложку 1. Лаковый слой 3 предохраняет полупроводник от внешних воздействий. С помощью металлических контактов 4 подсоединяют полупроводник в электрическую цепь.
Вентильный фотоэффект
Вентильным фотоэффектом называется возникновение ЭДС под действием света в системе, состоящей из контактирующих полупроводника и металла или двух разнородных полупроводников.
Под действием кванта света возникает пара электрон и дырка (рис. 24.4.1).
Не основные носители тока проходят через р-n-переход: электроны из полупроводника р-типа в полупроводник n-типа, а дырки наоборот переходят из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа.
В полупроводнике р-типа накапливаются дырки, а в n-области электроны, возникает ЭДС. Несколько десятков соединенных последовательно р-n-переходов образуют солнечную батарею. Вентильный фотоэффект применяют в солнечных батареях для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую энергию. КПД солнечных элементов порядка 10 %. Теоретический КПД солнечных батарей составляет 22 %. К вентильным относятся фотоэлементы кремниевые, германиевые, селеновые, купроксные и другие.
|
|
|
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 228; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!