Vidinis fotoefektas ir jo taikymas

Šioje temoje nagrinėjamas vidinis fotoefektas puslaidininkiuose, kai šviesos paveikti elektronai lieka medžiagoje, padidindami jos elektrinį laidumą. Aptariama, kaip šis reiškinys panaudojamas saulės baterijose, šviesos dioduose, fotovaržuose, aiškinamasi medžiagų elektrinio laidumo skirtumai, remiantis energijos juostų modeliu. Taip pat susipažįstama su išorinio fotoefekto taikymu vakuuminiame fotoelemente.

Fotovoltinių elementų tipai
Fotovoltiniai elementai būna polikristaliniai arba monokristaliniai. Monokristalinių elementų naudingumo koeficientas yra šiek tiek didesnis. Iš jų sudaromos atitinkamai monokristalinės arba polikristalinės baterijos. Saulės baterijos gaminamos įvairios, atsižvelgiant į elementų skaičių, naudingumo koeficientą ir sujungimo būdą. Elektros energijos kontrolei reikalingi papildomi įrenginiai.
Laidumo juostos ir medžiagų elektrinis laidumas
Medžiagų (laidininkų, puslaidininkių, dielektrikų) elektrinį laidumą paaiškina laidumo juostų modelis. Elektronus atomuose traukia branduolys. Labiausiai nutolę stabilūs energijos lygmenys – valentinė juosta, virš jos – laidumo juosta, kurioje elektronai gali judėti tarp atomų. Tarpas tarp jų – draudžiamoji energijos juosta. Dielektrikų ši juosta labai plati, todėl jie nelaidūs. Laidininkų (metalų) laidumo ir valentinės juostos persidengia, todėl elektronai lengvai juda. Puslaidininkių draudžiamoji juosta neplati, todėl šildant ar apšviečiant, elektronai gali patekti į laidumo juostą.
Saulės baterijos ir jų veikimas
Saulės baterijos – įrenginiai, paverčiantys Saulės energiją elektros energija. Jos gaminamos iš puslaidininkinių medžiagų, tokių kaip silicis, germanis, selenas. Svarbiausia dalis – fotodiodas. Jo pn sandūroje dėl šviesos atsiranda krūvininkai, kurie veikiami vidinio elektrinio lauko juda: skylės į p sritį, elektronai – į n sritį. Taip susidaro fotoįtampa. Fotodiodas veikia kaip fotovoltinis elementas – prie jo prijungus apkrovą, teka elektros srovė. Priešingas procesas – šviesos diodų veikimas: elektros srovei tekant, elektronai grįžta į valentinę juostą ir išspinduliuoja fotoną.
Saulės baterijų panaudojimas
Saulės baterijos dažniausiai įrengiamos ant namų stogų, laukuose, prie kelio ženklų. Jų sukaupta energija naudojama namų ir vandens šildymui. Yra ir netikėtų pritaikymų, pavyzdžiui, maudymosi kostiumėliai su saulės baterijomis, leidžiantys įkrauti mobiliuosius įrenginius. Kuriami saulės baterijų keliai ir kelio dangos ženklinimas.
Silicio panaudojimas saulės elementuose
Silicio draudžiamosios energijos juosta yra tokio pločio, kad regimosios šviesos fotonų energijos pakanka elektronams sužadinti iš valentinės juostos į laidumo juostą. Dėl šios savybės silicis yra plačiai naudojamas saulės elementų gamyboje, nes leidžia efektyviai paversti šviesos energiją elektros energija.
Vakuuminis fotoelementas
Išorinis fotoefektas taikomas vakuuminiame fotoelemente. Jį sudaro vakuuminis arba inertinių dujų pripildytas stiklinis balionas. Dalis baliono vidinio paviršiaus padengta šviesai jautria medžiaga (fotokatodas), o centre įtaisytas metalinis žiedas arba tinklelis (anodas). Fotokatodas ir anodas prijungiami prie įtampos šaltinio. Į fotokatodą nukreiptas šviesos srautas išmuša fotoelektronus, kuriuos pritraukia anodas. Fotoelementai gali buti naudojami garso atkūrimo sistemose.
Vidinio fotoefekto samprata
Vidinio fotoefekto metu, skirtingai nei išorinio, atsiradę laisvieji krūvininkai (elektringosios dalelės) lieka puslaidininkyje. Tai yra apšviesto puslaidininkio elektrinio laidumo padidėjimas dėl šviesos poveikio atsirandančių laisvųjų krūvininkų (elektronų ir skylių). Skyliniame (p) puslaidininkyje, veikiami pn sandūros elektrinio lauko, elektronai iš p srities patenka į n sritį, o skylės lieka p srityje. Sujungus p ir n sritis laidininku, juo teka elektros srovė. Šis reiškinys vadinamas fotolaidumu.

Prisijungti

arba
Real 2
„X“ yra inovatyvi mokymosi platforma, kurios tikslas – teikti aukštos kokybės mokymo medžiagą įvairiausių klasių mokiniams. Patyrusių specialistų parengtas turinys skatina smalsumą, padeda išsamiau ir giliau suprasti mokomus dalykus bei sėkmingai pasiruošti akademiniams iššūkiams.
Atsisiųsk programėlę:
Susisiek su mumis: info@knowledgenestapp.com