Фотогальванический режим

Полупроводниковый прибор с выпрямляющим электрическим переходом, предназначенный для непосредственного преобразования световой энергии в электрическую называется полупроводниковым фотоэлементом.

Фотоэлемент работает без внешних источников питания, а сам яв­ляется источником электрической энергии.

Рассмотрим принцип действия фотоэлемента с р-п -переходом в качестве выпрямляющего контакта. При освещении фотоэлемента из-за поглощения квантов света в p-n -переходе и областях полупроводника, прилегающих к р-п- переходу, происходит генерация новых носителей заряда. Диффузионное электрическое поле, существующее в р-п -переходе, производит разделение неосновных носителей. Другими словами, с точки зренияэнергетической диаграммы p-n -перехода неосновные электроны скатываются с потенциального барьера и попадают в п -область, а дырки, наоборот, в р -область. В результате накопления электронов в п -области и дырок в р -области между этими областями возникает дополнительная разность потенциалов — фото-э. д. с.

Накопление неосновных носителей в соответствующих областях не может продолжаться беспредельно, так как одновременно с накоплением дырок в р -области и электронов в п- области происходит понижение высоты потенциального барьера на величину возникшей фото-э. д. с. Уменьшение высоты потенциального барьера или уменьшение суммарной напряженности электрического поля в р-п- переходе ухудшает «разделительные свойства» перехода.

По вольтамперным характеристикам при разных освещенностях фотоэлемента можно выбрать оптимальный режим работы фотоэлемента, т. е. оптимальное сопротивление нагрузки, при котором в нагрузке будет выделяться наибольшая мощность. Оптимальному режиму работы фотоэлемента соответствует наибольшая площадь прямоугольника с вершиной на вольтамперной характеристике при данной освещенности.

Для кремниевых фотоэлементов при оптимальной нагрузке напряже­ние на нагрузке 0,35—0,4 В, плотность тока через фотоэлемент 15—20 мА/см2.

Световые характеристики фото­элемента — это зависимости фото-э. д. с. и тока короткого замыкания от светового потока или от освещенности фотоэлемента.

Спектральная характеристика фотоэлемента — это зависимость тока короткого замыкания от длины волны падающего света. Спектральные характеристики фотоэлементов аналогичны спектральным характеристикам фотодиодов, изготовленных на основе того же полупроводника. Максимум спектральной характеристики кремниевых фотоэлементов почти соответствует максимуму спектрального рас­пределения энергии солнечного света. Именно поэтому кремниевые фотоэлементы широко используют для создания солнечных батарей.

Коэффициент полезного действия фотоэлемента — это отношение максимальной мощности, которую можно получить от фотоэлемента, к полной мощности лучистого потока, падающего на рабочую поверхность фотоэлемента:

Рмах/Р

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ (БТ)