Інтегральна чутливість вентильного фотоелемента

Інтегральною чутливістю фотоелемента називається відношення величини фотоструму і до величини світлового потоку Ф, який падає на фотоелемент:

. (102.1)

Світловий потік рівний добутку освітленості Е фотоелемента на його площу S:

. (102.2)

Якщо світловий потік падає нормально на поверхню фотоелемента, то, згідно закону освітленості:

, (102.3)

де I – сила світла лампи розжарення; l – відстань від джерела світла до фотоелемента. Підставивши (102.3) в (102.2), отримаємо:

. (102.4)

Враховуючи (102.4), формула (102.1) набуває вигляду:

. (102.5)

Інтегральна чутливість вимірюється в амперах, поділених на люмен (А/лм).

Експериментальна установка складається з селенового фотоелемента і освітлювача, розміщених на оптичній лаві. При цьому нитка розжарення лампочки повинна бути встановлена на одній висоті з центром фотоелемента. Селеновий фотоелемент складається із металевої пластинки М, на яку нанесено шар селену А, а поверх нього - напівпрозорий шар золота С. На межі селену і золота виникає запірний шар В (n-p-перехід типу “дірковий напівпровідник – метал”) (рис.102.1). Якщо шар золота з’єднати через мікроамперметр із пластинкою і освітити n-p-перехід зі сторони шару золота, то неосновні для даної області носії (електрони в селені і дірки в золоті, які виникають під дією світлового потоку Ф, без перешкод переходять через n-p-перехід (рис.1). В результаті цього в селені нагромаджується надлишковий позитивний заряд, а в золоті – надлишковий негативний заряд. Контакт “метал – дірковий напівпровідник” має односторонню провідність, тому фотоелемент називається вентильним (із запірним шаром).

 

Рисунок 102.1

 

 

Інтегральна чутливість γ селенових вентильних фотоелементів досягає декількох сотень мкА/лм. Вони мають спектральну характеристику майже таку саму, як у людського ока. По цій причині селенові фотоелементи мають широке застосування для різних фотометричних методів. Суттєвим недоліком вентильних фотоелементів є низькі частотні властивості і значна залежність інтегральної чутливості від температури.

 

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

 

Завдання 1. Визначення інтегральної чутливості фотоелемента

1. Не вмикаючи джерела світла визначити струм i ₀, який протікає через мікроамперметр при відкритому фотоелементі.

2. Встановити джерело світла на такій відстані від фотоелемента, щоб стрілка мікроамперметра відхилилась більше, ніж на половину його шкали.

3. Визначити величину струму i' через мікроамперметр і виміряти відстань між джерелом світла і фотоелементом.

4. Вимірювання повторити не менш 3-ох разів, змінюючи відстань між джерелом світла і фотоелементом на незначну величину.

5. За формулою (102.5) визначити інтегральну чутливість фотоелемента, вважаючи, що i = i' – i_{0 .}

Завдання 2. Визначення залежності величини фотоструму від величини світлового потоку

1. Змінюючи відстань l між джерелом світла і фотоелементом в широких межах, знімати покази мікроамперметра. Вимірювання провести не менше, ніж для 10 різних значень l.

2. За формулою (102.4) розрахувати світлові потоки Ф при заданих значеннях l.

3. Результати вимірювань і обчислень занести в таблицю.

 

Таблиця 102.1

№ п.п.	І, кд	S, м^2	l, м	, лм	i0, мкА	i', мкА	, мкА

 

4. Побудувати графік залежності i = f (Ф).

5. Зробити висновок.

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

 

1. В чому полягає явище вентильного фотоефекту?

2. Що таке фотоелектрорушійна сила і як вона виникає?

3. Пояснити конструктивні особливості і принцип дії селенового фотоелемента.

4. Що таке інтегральна чутливість вентильного фотоелемента і від чого вона залежить?

5. Вивести формулу для визначення інтегральної чутливості вентильного фотоелемента.

6. Де використовуються вентильні фотоелементи?

7. Чому у вентильному фотоелементі використовується плівка із золота, а не з іншого металу?

8. Де використовуються вентильні фотоелементи на основі селену і чому?

9. Що таке світловий потік, як його визначають і в яких одиницях він вимірюється?

10. Які основні недоліки вентильних фотоелементів?

11. Що являють собою сонячні батареї, яка їх будова і призначення?

 

Лабораторна робота №110