Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

312 / лаба 312 ПРР

.doc
Скачиваний:
12
Добавлен:
21.04.2019
Размер:
138.24 Кб
Скачать

ПГУПС

Кафедра физики

Лабораторная работа № 312

«Определение электродвижущей силы фотоэлемента с запирающим слоем»

Выполнил: Гройзман П.В.

ПВТ-011

2001год.

Цель работы:

Задачей настоящей работы является измерение фото - ЭДС Еф и фототока Iф, возникающих в селеновом фотоэлементе под действием света. Изменяя освещённость Е поверхности фотоэлемента, т.е. мощность светового потока на единицу площади поверхности, исследуют зависимость Еф и Iф от освещённости Е и строят графики этих зависимостей. При относительно небольших освещённостях Еф и Iф пропорциональны Е.

Краткое теоретическое обоснование:

Различают три вида фотоэлементов:

  1. Внешний фотоэффект - вырывание светом из твёрдых и жидких веществ электронов.

  2. Внутренний фотоэффект (фотопроводимость) - увеличение электропроводимости полупроводников и диэлектриков за счёт возрастания в них под действием света числа свободных носителей тока.

  3. Вентильный фотоэффект (фотоэффект в запирающем слое) – возникновение ЭДС вследствие внутреннего фотоэффекта вблизи поверхности контакта между металлом и полупроводником или двумя полупроводниками с разными типами электропроводности.

В зависимости от вида фотоэффекта, на котором основано действие фотоэлемента, различают: вакуумные фотоэлементы (внешний фотоэффект), фотосопротивления (внутренний фотоэффект), вентильные фотоэлементы (вентильный фотоэффект). В настоящей работе исследуется селеновый вентильный фотоэлемент.

Устройство и принцип действия селенового вентильного фотоэлемента:

Поток света

А

К

n - селен

P-N переход

р - селен

Электродами фотоэлемента служат железо и золото. Железный электрод А изготавливается в виде подложки толщиной около 1 мм. Золото напыляется на селен в виде тонкого полупрозрачного слоя К (катодное распыление), пропускающего свет и обеспечивающего удовлетворительную электропроводность. Слой селена подвергается термической обработке с целью создания в его слое p-n перехода. Внутри селена образуется запирающий слой, пропускающий электроны только в одном направлении.

При освещении золотой плёнки свет проходит через этот полупрозрачный электрод и попадает на селен. Если энергия фотона (- постоянная Планка, - частота света) достаточна для образования пары электрон – дырка, то при поглощении потока фотонов вследствие вентильной проводимости p – n перехода между электродами возникает фото – ЭДС.

Если цепь замкнута, то фото – ЭДС вызовет ток, который будет идти до тех пор, пока освещается фотоэлемент.

Схема установки:

E
K2
+

M
-

Ro

K1

+
-

F - фотоэлемент

G - гальванометр

Е - элемент, создающий падение напряжения на Ro

M - магазин сопротивлений

mA - миллиамперметр, измеряющий ток в цепи элемента

Ro - эталонное сопротивление

К1 и К2 – ключи.

Таблица измерений:

Номер изме-рения

Рас-стояние r см.

Освещённость Е

Фототок Iф

Ток i в цепи элемента Е

Фото – ЭДС Еф, Вольты

фоты

люксы

деления

mA

деления

mА

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Дополнительные данные:

Сила света источника – 21 свеча, Сопротивление R0 - 10 Ом, Цена деления гальванометра – 3.5*10-4 А, Шкала миллиамперметра – 30 мА, количество делений –75.

Расчетные формулы:

Для расчёта использовались следующие формулы:

,

где ф – фото – ЭДС, i – сила тока в цепи элемента , R0 – сопротивление, подключённое параллельно с источником ЭДС.

,

где E – освещённость фотоэлемента, J – сила света источника, r – расстояние до источника.

С использованием этих формул были заполнены все недостающие столбцы таблицы.

Вывод:

Таким образом мы можем наблюдать прямопропорциональную зависимость фото-ЭДС и фототока от освещённости.

Графики:

Соседние файлы в папке 312