Читайте также:
|
|
Фотоэлектронные приборы
Фотоэлектронными называются полупроводниковые приборы, предназначенные для преобразования энергии электромагнитного излучения в электрическую энергию.
Диапазон волн, в котором работают полупроводниковые приборы, простирается от 0,2 до 20 мкм. Они подразделяются на приемники лучистой энергии, фотогальванические элементы и индикаторные приборы. К первой группе относятся: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, ко второй – полупроводниковые элементы, в том числе солнечные батареи, к третьей – светодиоды, электролюминисцентные конденсаторы и ряд других.
Фоторезисторы
Это полупроводниковые приборы, электрическое сопротивление которых изменяется под действием светового потока. В этих приборах используется фоторезистивный эффект, т.е. изменение электрического сопротивления полупроводника, не связанное с его нагреванием.
Изготавливается фоторезистор из прессованного порошка полупроводникового материала или же полупроводниковый материал напыляется на диэлектрическую подложку. Затем методом напыления получают контактные площадки, которые соединяются с внешними выводами. Рабочая площадь фоторезистора находится в пределах 0,5 … 30 мм2. Материал для их изготовления берется из группы АII ВVI (CdS, CdSe) или группы АIV ВVI (PbSe, PbS). Основными характеристиками фоторезисторов являются: вольт-амперная, энергетическая и спектральная рис. 6.1, а, б, в соответственно. На рис. 6.1, в кривая 1соответствует соединению CdS, 2 – CdSе, 3 – PbS, 4 –PbSe.
а б в
Рис. 6.1
К параметрам фоторезистора относятся: токовая чувствительность SI =
=I ф /Ф, монохроматическая S λ = I Ф/Фλ и удельная интегральная чувствительность S ф.инт.уд .= I ф / Ф U, темновое сопротивление RT при Ф = 0, граничная частота, температурный коэффициент фототока | Ф = const и ряд других. Примеры фоторезисторов СФ2-1(5,9,16).
Фотодиоды
Полупроводниковые диоды, в которых под действием падающего светового потока образуются подвижные носители зарядов, создающие дополнительный ток через обратно-смещенный р-n- переход, называют фотодиодами. Принципиальное устройство приведено на рис. 6.2. В таблетку германия n-типа вплавляется таблетка индия, что приводит к образованию р-n - перехода. Толщина участка полупроводника от облучаемой поверхности до границы p-n- перехода l должна быть не более диффузионной длины носителей заряда (l < L диф.) рис. 6.2.
Рис. 6.2
Кроме обыкновенных р-n- переходов, могут использоваться переходы р- i-n- структуры, ДБШ- и гетеропереходы. Рабочим режимом является подключение обратного напряжения к диоду.
Основными характеристиками являются: вольтамперная, спектральная, энергетическая и частотная, рис. 6.3, а –г соответственно. На рис. 6.3, б кривая 1 соответствует германиевому диоду, 2 – кремниевому.
Рис. 6.3
Фотогальванические элементы
Полупроводниковыми фотоэлементами называют приборы, принцип действия которых основан на фотогальваническом эффекте – явлении возникновения фото э.д.с. в электрическом переходе при облучении его световым потоком.
Для изготовления фотогальванического элемента используются такие материалы, как Se и Si. На металлическую пластину толщиной 1…2 мм методом термического испарения в вакууме наносится слой селена р -типа и это соединение прогревается при температуре 200…210° С. Затем на слой селена напыляется пленка состава Сd, Ga или In. При последующей термообработке на поверхности селена образуется селенистое соединение n - типа толщиной около 50 мкм, таким способом получают р-n- переход.
Вольт-амперная характеристика облученного р-n- перехода приведена на рис. 6.4. Первый квадрант – диффузионная ветвь, третий – характеристика фотодиодного включения, четвертый – характеристика полупроводникового фотоэлемента.
Принцип действия фотоэлемента можно пояснить с помощью рис. 6.5.
Рис. 6.4 Рис. 6.5
Под воздействием светового потока генерируются пары носителей электрон – дырка и при величине светового потока h υ ≥ ΔW электроны из валентной зоны переходят в зону проводимости и затем под воздействием контактной разности потенциалов перебрасываются в n -область, что приводит к изменению ЭДС на внешних выводах, т.е. появляется фото-ЭДС.
Спектральная характеристика фотоэлемента приведена на рис. 6.6: 1– селеновый, 2 – сернисто серебряный, 3 – кремниевый, кривая 4 соответствует видности глаза.
Рис. 6.6
Вольт-амперная и энергетическая характеристики фотоэлементов изображены на рис. 6.7, а, б соответственно.
.
а б
Рис. 6.7
Основные параметры фотоэлементов:
1. Интегральная чувствительность 300…700 мкА / лм;
2. Величина фото-ЭДС. Е Ф = 0,5 … 0,6 В для селеновых фотоэлементов.
3. Коэффициент полезного действия: к.п.д. η = (UR*I) / Ф
Для селеновых фотоэлементов η = 1…2 %, сульфида кадмия η = 8 %, арсенида галлия η = 13 %, для кремния η = 15…19 %.
Важным параметром является отношение мощности солнечной батареи к ее массе. Например, для арсенидгаллиевых батарей это отношение составляет 50 Вт / кг, для сульфид-кадмиевых – 200 Вт/кг.
Дата добавления: 2015-12-08; просмотров: 278 | Нарушение авторских прав