МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра физики

Лаборатория оптики и физики атома №1 (015)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ И СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СЕЛЕНОВОГО ФОТОЭЛЕМЕНТА

Отредактировано: ст. преподаватель

кафедры физики

Валиуллина Г.С.

Ижевск, 201

1Лабораторная работа №10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ И СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СЕЛЕНОВОГО ФОТОЭЛЕМЕНТА

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: 1) Селеновый фотоэлемент, 2) Электрическая лампа, 3) Оптическая скамья со стойками для фотоэлемента и лампы, 4) Микроамперметр, 5) Светофильтры, 6) Автотрансформатор.

Наряду с вакуумными фотоэлементами, где используется внешний фотоэффект (см. раб.9), находят большое применение фотоэлементы с так называемым внутренним фотоэффектом.

Внутренний фотоэффект состоит в том, что в некоторых веществах под действием света электроны не выходят наружу, а лишь приобретают направленное движение внутри вещества.

К таким веществам относятся многие полупроводники, например, селен, германий, кремний, теллур и др. Электроны в полупроводниках, в отличие от металлов, не являются свободными, а связаны в так называемых электронных парах. Каждый электрон пары движется не вокруг одного ядра, а вокруг двух ядер атомов, так как это показано на рис. 1.

тень

Рис.1. Упрощенный механизм внутреннего фотоэффекта.

+

Условные обозначения:

⊕ - ядро, – электрон, - дырк

а

Притягиваясь к обоим ядрам, электроны каждой пары создают прочную механическую связь между собой и атомами.

Однако под действием световых квантов некоторые электроны могут быть высвобождены го связей и могут перейти к соседним атомам на незанятые в электронных парах места. Незанятые электронами места в электронных парах называются дырками. Дырка тождественна положительному заряду. Поэтому дырка, как и электрон, считается носителем заряда.

Если осветить один край пластинки из полупроводника (рис.1), то электроны, высвобождающиеся на этом конце, будут распространяться в веществе и проникнут в неосвещенный конец. Например, электрон 1 переместится в соседнюю дырку Д. В образовавшуюся дырку на месте, где был электрон 1, переместится электрон 2 и т.д. В итоге электроны переместятся в область тени, а дырки – в область света; теневая часть полупроводника зарядится отрицательно, освещённая - положительно. Рассмотренный механизм проводимости, связанный с перемещением электронам по незанятым местам - дыркам, называется дырочной проводимостью. Благодаря направленному движению электронов и дырок между краями пластинки появится разность потенциалов. Достигнув достаточно большой величины, эта разность потенциалов воспрепятствует дальнейшему накоплению заряда в тёмном конце, и разность потенциалов будет стабилизироваться на уровне, зависящем от интенсивности действующего света. При увеличении освещенности эта разность

потенциалов соответственно возрастает.

_С1

С₂

Рис.2. Запирающий слой

на контакте полупроводника

и пробойника

Образование электродвижущей силы при действии света происходит особенно эффективно при наличии контакта дырочного полупроводника и электронного проводника. Если образовать кон

-такт из двух наложенных друг на друга пластинок А и В (рис.2) из полупроводника с дырочной проводимостью и проводника с электронной проводимостью, то плоскость соприкосновения этих пластин приобретает свойство односторонней проводимости электронной и поэтому называется запирающим слоем. Пусть запирающий слой пропускает электроны от В к А, но в обратном направлении не пропускает. Тогда при освещении пластины В, как это показано на рис.2, высвобожденные электроны светом пройдут через запирающий слой к пластинке А и будут там накапливаться.

Поэтому, если контакт С₁ и С₂ пластины соединить внешним проводником, то в этом проводнике с помощью гальванометра G обнаруживается электрический ток. Ток во внешней цепи будет продолжаться до тех пор, пока не прекратиться действие света. Величина тока зависит от светового потока. Таким образом, рассмотренная пластина в контакте друг с другом и при действии света может использоваться как источник электрического тока. На этом принципе основана работа селенового фотоэлемента.