4.5. Практическое применение фотоэффекта

В зависимости от судьбы электронов, поглотивших энергию све­тового фотона, различают три основных вида фотоэффекта: внешний фотоэффект (рассмотрен нами выше), внутренний и вентильный фото­эффекты.

Внутренний фотоэффект (или фотопроводимость) - это явление увеличения электропроводности полупроводников и диэлектриков под влиянием освещения.

Вентильный фотоэффект (или фотоэффект в запирающем слое) – это явление возникновения ЭДС при освещении контакта двух разных полупроводников (р и п - типа) или полупроводника и металла в отсутствие внешнего электрического поля.

Изучение явления фотоэффекта сыграло большую роль не только в науке для установления правильного взгляда на природу света, но и в практической деятельности человека.

Приборы, действие которых основано на явлении фотоэффекта (любого вида), называются фотоэлементами. Фотоэлементы являются основной частью в конструкциях фотореле, имеющих широчайшее при­менение для целей автоматизации, сигнализации, телеуправления, а также в звуковом кино и телевидении. Кроме того, фотореле при­меняются: для предохранения от травматизма при работе на штампах, прессах; для охраны сейфов и помещений; для счета массовой про­дукции, движущейся по конвейеру; в автоматических маяках; в фото­экспонометрах, применяемых в фотографии, и люксметрах, измеряющих освещенность помещений, и т.д.

Исключительный интерес представляет вентильный фотоэффект, при котором происходит непосредственное преобразование световой энергии в электрическую без всяких вспомогательных механизмов. Вентильный фотоэффект наблюдается в р-п переходах, с которыми мы познакомились при изучении полупроводниковых выпрямителей.

Рассмотрим механизм действия вентильного фотоэлемента (рис.

Если на р-полупроводник направить свет, то осво­божденные им связанные электроны начнут двигаться в направлении силы, действующей со стороны поля , т.е. из р-области в п-область. В результате в п-полупроводнике об­разуется избыток элект­ронов, а в р-полупро­воднике – избыток дырок. Эти электроны и дырки собираются на противопо­ложных поверхностях фо­тоэлемента, поэтому меж­ду ними образуется фото-эдс, и во внешней цепи возникает ток I. Сила фототока растет прямо пропорционально увеличе­нию светового потока. КПД вентильного фотоэлемента определяется отношением получаемой электроэнергии к падаю­щей на фотоэлемент энергии излучения (КПД достигает 20%). Батарея вентильных фотоэлементов, преобразующих солнечный свет в электрический ток, называется солнечной батареей. Солнечные батареи пи­тают радиоаппаратуру космических кораблей и искусственных спутни­ков Земли.