Фотоэлемент

Определение "Фотоэлемент" в Большой Советской Энциклопедии

Фотоэлемент (схема)

Фотоэлемент, электронный прибор, в котором в результате поглощения энергии падающего на него оптического излучения генерируется эдс (фотоэдс) или электрический ток (фототок). Действие Фотоэлемент основывается на фотоэлектронной эмиссии или фотоэффекте внутреннем.

  Фотоэлемент, действие которого основано на фотоэлектронной эмиссии, представляет собой (рис., а) электровакуумный прибор с 2 электродами – фотокатодом и анодом (коллектором электронов), помещенными в вакуумированную либо газонаполненную стеклянную или кварцевую колбу. Световой поток, падающий на фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию с его поверхности; при замыкании цепи Фотоэлемент в ней протекает фототок, пропорциональный световому потоку. В газонаполненных Фотоэлемент в результате ионизации газа и возникновения несамостоятельного лавинного электрического разряда в газах фототок усиливается. Наиболее распространены Фотоэлемент с сурьмяно- цезиевым и кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодами.

Фотоэлемент, действие которого основано на внутреннем фотоэффекте, – полупроводниковый прибор с гомогенным электронно-дырочным переходом (р–n-переходом) (рис., б), полупроводниковым гетеропереходом или контактом металл-полупроводник (см. Шотки диод). Поглощение оптического излучения в таких Фотоэлемент приводит к увеличению числа свободных носителей внутри полупроводника. Под действием электрического поля перехода (контакта) носители заряда пространственно разделяются (например, в Фотоэлемент с р–n-переходом электроны накапливаются в n-oбласти, а дырки – в р-области), в результате между слоями возникает фотоэдс; при замыкании внешней цепи Фотоэлемент через нагрузку начинает протекать электрический ток. Материалами, из которых выполняют полупроводниковые Фотоэлемент, служат Se, GaAs, CdS, Ge, Si и др.

Фотоэлемент обычно служат приёмниками излучения или приёмниками света (полупроводниковые Фотоэлемент в этом случае нередко отождествляют с фотодиодами); полупроводниковые Фотоэлемент используют также для прямого преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию – в солнечных батареях, фотоэлектрических генераторах.

  Основные параметры и характеристики Фотоэлемент 1) Интегральная чувствительность (ИЧ) – отношение фототока к вызывающему его световому потоку при номинальном анодном напряжении (у вакуумных Фотоэлемент) или при короткозамкнутых выводах (у полупроводниковых Фотоэлемент). Для определения ИЧ используют, как правило, эталонные источники света (например, лампу накаливания с воспроизводимым значением цветовой температуры нити, обычно равным 2840 К). Так, у вакуумных Фотоэлемент (с сурьмяно- цезиевым катодом) ИЧ составляет около 150 мка/лм, у селеновых – 600–700 мка/лм, у германиевых – 3×10⁴ мка/лм. 2) Спектральная чувствительность – величина, определяющая диапазон значений длин волн оптического излучения, в котором практически возможно использовать данный Фотоэлемент Так, у вакуумных Фотоэлемент с сурьмяно- цезиевым катодом этот диапазон составляет 0,2–0,7 мкм, у кремниевых – 0,4–1,1 мкм, у германиевых – 0,5–2,0 мкм. 3) Вольтамперная характеристика – зависимость фототока от напряжения на Фотоэлемент при постоянном значении светового потока; позволяет определить оптимальный рабочий режим Фотоэлемент Например, у вакуумных Фотоэлемент рабочий режим выбирается в области насыщения (область, в которой фототок практически не меняется с ростом напряжения). Значения фототока (вырабатываемого, например, кремниевым Фотоэлемент, освещаемым лампой накаливания) могут при оптимальной нагрузке достигать (в расчёте на 1 см² освещаемой поверхности) несколько десятков ма (для кремниевых Фотоэлемент, освещаемых лампой накаливания), а фотоэдс – нескольких сотен мв. 4) Кпд, или коэффициент преобразования солнечного излучения (для полупроводниковых Фотоэлемент, используемых в качестве преобразователей энергии), – отношение электрической мощности, развиваемой Фотоэлемент в номинальной нагрузке к падающей световой мощности. У лучших образцов Фотоэлемент кпд достигает 15–18%.

Фотоэлемент используют в автоматике и телемеханике, фотометрии, измерительной технике, метрологии, при оптических, астрофизических, космических исследованиях, в кино- и фототехнике, факсимильной связи и т.д.; перспективно использование полупроводниковых Фотоэлемент в системах энергоснабжения космических аппаратов, морской и речной навигационной аппаратуре, устройствах питания радиостанций и др.
Лит.: Рывкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Васильев А. М., Ландсман А. П., Полупроводниковые фотопреобразователи М 1971.
  М. М. Колтун.