Преобразователи, датчики, сенсоры - Информационный портал © 2011 - 2023 Использование материалов сайта возможно при размещении активной ссылки
Конструкции вентильных фотоэлементов
В принципе конструкция всех фотоэлементов с запирающим слоем одна и та же. В каждом конкретном случае, разумеется, могут быть и те или иные отличия, но они не меняют общего характера построения фотоэлемента. Могут изменяться лишь форма фотоэлемента, его размеры, способы нанесения верхнего электрода, вывод таковых электродов и т. д.
Обычно изготовление вентильного фотоэлемента начинается с так называемого нижнего электрода - металлической пластинки толщиной 1-2 мм, на которую наносится тонкий слой полупроводника. Затем полупроводниковый слой подвергается обработке с целью создания в его толще р-n -перехода. После этого на наружную поверхность в большинстве случаев наносится верхний металлический электрод, который представляет собой тонкий полупрозрачный слой металла, пропускающий свет.
Иногда обработка полупроводникового слоя для создания р-n -перехода проводится, когда уже нанесен верхний металлический электрод. Бывают случаи обработки полупроводника в отсутствие обоих электродов. Последние создаются уже после образования в полупроводниковом слое р-n -перехода. В некоторых фотоэлементах р -n -переход образовывается в процессе нанесения верхнего электрода.
Таким образом, вентильный фотоэлемент включает в себя нижний металлический электрод, электронный (или дырочный) полупроводниковый слой, запирающий слой, дырочный (или электронный) слой, верхний металлический полупрозрачный электрод (рис. 1).
Фотоэлемент помещается в пластмассовую оправку с окошком для света. В оправку укрепляются две токовые клеммы, одна соединяется с нижним, другая - с верхним электродом. Для предохранения наружной поверхности фотоэлемента от вредного влияния атмосферного воздуха иногда она покрывается прозрачным лаком. Некоторые типы фотоэлементов помещаются в маленькую стеклянную колбочку, из которой откачивается воздух, или же она наполняется каким-нибудь инертным газом.
Если фотоэлемент изготовляется из хорошо проводящего полупроводникового вещества, например кремния или германия, то верхний электрод может быть выполнен в виде кольца, если фоточувствительная поверхность имеет форму диска, или прямоугольной рамки . Конечно, могут быть и другие решения.
Падающий на поверхность фотоэлемента лучистый поток частично отражается от полупрозрачного металлического электрода и частично поглощается в нем. Часть потока, прошедшая через электрод, поглощается в прилегающем к нему полупроводниковом слое. В результате в этом слое возникают пары электрон - дырка. Электроны концентрируются на электроде, покрывающем полупроводниковый, слой, у которого электронный механизм проводимости, а дырки - на электроде дырочного полупроводника. Между нижним и верхним электродом возникает разность потенциалов, величина которой до определенного предела будет тем больше, чем больше интенсивность лучистого потока. Замкнув электроды фотоэлемента внешней цепью, мы создадим условия для протекания в ней электрического тока. Так будет, пока фотоэлемент освещен, причем в интервале небольших световых потоков с предельным значением в 1 люмен ток короткого замыкания фотоэлемента практически линейно зависит от интенсивности светового потока. Когда в цепь фотоэлемента включается внешнее сопротивление, то эта линейность нарушается.
В течение последних лет внимание физиков было сконцентрировано на получении фотоэлементов из новых материалов, обладающих значительной интегральной чувствительностью. При этом ставилась дополнительная задача - расширить как можно больше спектральную характеристику фотоэлемента, чтобы он чувствовал не только всю видимую часть спектра, но и возможно больше невидимую - инфракрасную и ультра фиолетовую.
Увеличение интегральной чувствительности и расширение спектральной характеристики фотоэлемента имеют колоссальное значение. У фотоэлемента, чувствующего значительную часть инфракрасной и ультрафиолетовой области спектра, были бы очень широкие возможности применения в самых разнообразных областях техники. Таких фотоэлементов еще не существует, поэтому понятна борьба за расширение спектральной характеристики фотоэлемента в сторону инфракрасной части спектра, так как температурные источники света посылают излучение, у которого максимум энергии лежит в инфракрасной области.
Фотоэлектрические процессы, протекающие в вентильных фотоэлементах, обладают заметной инерционностью, которая сказывается на форме их частотных характеристик. Эта инерционность возникает главным образом вследствие того, что вентильные фотоэлементы имеют собственную емкость, значительно большую, чем емкость фотоэлементов с внешним фотоэффектом. Поэтому при падении на вентильный фотоэлемент переменного светового потока с какой-то частотой возникающий ток зависит от этой частоты: с увеличением частоты фототок уменьшается. Характер этого уменьшения различен для разных фотоэлементов.
Сильное уменьшение отдачи большинства вентильных фотоэлементов при увеличении частоты ограничивает их применение в случаях переменных световых потоков сравнительно большой частоты, например в звуковом кино. Однако, несмотря на инерционность, несколько лет тому назад серноталлиевые фотоэлементы успешно применялись для звуковоспроизведения в некоторых ленинградских кинотеатрах.
Вентильные фотоэлементы изготавливаются из разных фоточувствительных полупроводниковых материалов. Широко распространены селеновые фотоэлементы. Спектральная характеристика селенового фотоэлемента близка к чувствительности человеческого глаза, максимум спектральной чувствительности находится в области 5500-6000 А (0,55 - 0,6 мкм), т. е. лежит в. видимой части спектра (рис. 2). Интегральная чувствительность селенового фотоэлемента достигает 600 мкА/лм, т. е. превосходит чувствительность фотоэлементов с внешним фотоэффектом.
Еще шире распространены фотоэлементы из сернистого серебра (Ag2S) - ФЭСС. Интегральная чувствительность ФЭСС достигает 9000 мкА/лм, довольно широкая спектральная характеристика (от 0,4 до 1,4 мкм) с максимумом чувствительности в ближней инфракрасной области (0,8 - 0,9 мкм). Сернистосеребряные фотоэлементы обладают высокой стабильностью в работе.
русский / english
Главная >> Фотоэффекты, свет >> Конструкции вентильных фотоэлементов
• Представлена информация о различных преобразователях и датчиках физических величин, параметров различных физических процессов.
• Электрофизические свойства и эффекты в различных электротехнических материалах.
• Теория, экспериментальые результаты, практическое применение
Рис. 1. Схематическое строение вентильного фотоэлемента: 1 - нижний металлический электрод; 2 - электронный (дырочный) полупроводниковый слой; 3 - дырочный (электронный) полупроводниковый слой; 4 - верхний металлический полупрозрачный электрод. Заштрихованная область - запирающий слой.
Рис.2. Спектральная характеристика селенового фотоэлемента. 1 - чистый селен, 2 - селен с примесью серы, 3 - селен с примесью теллура
Смотрите также:
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ, ДАТЧИКИ, СЕНСОРЫ
Информация, новости, реклама
