Описание приборов и постановка опыта

Селеновый фотоэлемент состоит из опорной железной пластины Fe (рис.3), на которую нанесён тонкий слой селена, покрытый путем катодного распыления полупрозрачной пленкой Аи золота. Слой золота является покровным электродом. Он должен поглощать возможно меньше света, обладая при этом достаточной электропроводностью. На покровный электрод накладывается металлическое контактное кольцо К. Отрицательный зажим селенового фотоэлемента соединяется с контактным кольцом, положительный - с опорным железным электродом. Между селеном и покровным электродом создается запирающий слой С, позволяющий электронам проходить лишь в направлении Se —>Au, но препятствующий их обратному движению. Под влиянием лучей света свободные электроны переходят из селена сквозь запирающий слой в покровный

электрод; последний заряжается отрицательно, а селен - положительно; между электродами селенового фотоэлемента создается разность потенциалов и при замыкании клемм на внешнюю цепь, в ней без воздействия какой-либо внешней ЭДС возникает ток. Таким образом, фотоэлементы описанного типа являются своеобразными преобразователями световой энергии в электрическую. В настоящее время имеются фотоэлементы, могущие превращать в электрическую энергию до 12% падающего на них света.

Фотоэлементы с запирающим слоем обладают большей чувствительностью по сравнению с фотоэлементами с внешним фотоэффектом. Различают интегральную чувствительность и спектральную чувствительность фотоэлемента. Интегральной чувствительностью фотоэлемента называется отношение силы тока, даваемого фотоэлементом, к величине падающего на него светового потока:

Рис. 3. Селеновый фотоэлемент

(1)

где i – сила тока, F – световой поток. Интегральная чувствительность выражается в микроамперах на люмен. В (1) световой поток можно представить:

F = ES, (2)

где Е - освещенность фотоэлемента, S - его площадь.

Если считать лампочку, освещающую фотоэлемент, точечным источником света, то создаваемая ею освещённость фотоэлемента:

Е=, (3)

где J - сила света лампочки, r - расстояние от нее до фотоэлемента.

Принимая во внимание (2) и (3), получим удобную формулу для определения интегральной чувствительности фотоэлемента:

Здесь i и r могут быть легко измерены, а I и S – обычно известны.

Спектральной чувствительностью фотоэлемента называется отношение силы тока, даваемого фотоэлементом, к величине падающего на него светового потока данной длины волны:

где - световой поток, содержащий волны только длины .

Ф

L

РН

Н

М

Рис.4. Установка для исследования селенового фотоэлемента.

Такой световой поток можно получить, если перед источником света поместить светофильтр, пропускающий соответствующие длины волн. Для практического расчёта спектральной чувствительности фотоэлемента применима формула (4).

Опыт осуществляется на оптической скамье (рис.4), на стойках которой расположены исследуемый фотоэлемент Ф и источник света - электрическая лампа L.

Фотоэлемент закреплён неподвижно, лампа свободно перемещается по скамье, поэтому расстояние между фотоэлементом и лампой может изменяться. Это расстояние отсчитывается по линейке скамьи, с помощью указателя, имеющегося на стойке лампы. Напряжение, подаваемое на лампу, измеряется вольтметром. Это напряжение во время выполнения работы надо поддерживать неизменным на уровне 220 В с помощью регулятора напряжения РН, укреплённого на столе. Сила фототока измеряется микроамперметром А. Микроамперметр и вольтметр смонтированы на настенном щитке Н. У фотоэлемента имеются специальные пазы, в которые вставляются различные светофильтры М для получения монохроматического света.