Зависимость фототока от освещенности: Влияние освещённости на величину фототока фотоэлемента

Содержание

Влияние освещённости на величину фототока фотоэлемента

Освещённостью Е плоской поверхности называется отношение светового потока Ф, нормально падающего на эту поверхность, к ее площади S:

, лк = лм/м. (6)

Когда известна сила света I* точечного источника, который освещает поверхность, находящуюся на расстоянии r от него, то освещенность вычисляется по формуле

, (7)

где — угол между нормалью к поверхности и лучом.

При низком уровне освещённости концентрация возбужденных светом носителей мала по сравнению с концентрацией равновесных носителей, и времена жизни и концентрации свободных носителей независимы друг от друга. При таком условии величина фототока прямо пропорциональна освещённости I~ E.

По мере роста освещенности фототок растет как дробная степень освещенности с показателем степенип, причем значение п лежит в пределах от 0,5 до 1, т. е. I~.

Такая зависимость означает, что время жизни свободных носителей уменьшается с увеличением освещенности, т. е. становится зависимым от концентрации свободных носителей.

Измерительная установка

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 4. Фотоэлемент ФЭ находится в левой части горизонтально расположенного корпуса прибора. На торцевой части корпуса размещены две клеммы, к которым подведены выводы от фотоэлемента (к этим же клеммам присоединяется микроамперметр). Фотоэлемент можно вращать вокруг горизонтальной оси (максимальный угол поворота 90°) при помощи рукоятки, рядом с которой укреплена шкала, служащая для измерения угла поворота фотоэлемента. Нулевому положению рукоятки соответствует вертикальное расположение фотоэлемента.

В нижней части откидной крышки корпуса прибора укреплена шкала, предназначенная для измерения расстояний между фотоэлементом и источником света. Нулевое деление шкалы совпадает с плоскостью чувствительного слоя фотоэлемента. Внутри корпуса имеются несколько защитных ребер, которые предохраняют фотоэлемент от отраженных лучей. Черная матовая окраска внутренней части корпуса защищает фотоэлемент от световых бликов. Внутри корпуса прибора на стойке закреплены собирающая линза Л и лампочка накаливания ЛН. Стойка с линзой и лампочкой может передвигаться вдоль оси корпуса в пределах длины шкалы. На подставке прибора расположен тумблер Т, с помощью которого включается лампочка накаливания. В левую часть корпуса (справа от фотоэлемента) можно вставлять необходимые светофильтры Ф, которые фиксируются в вертикальном положении специальным винтом.

Порядок выполнения работы

Упражнение 1. Определение зависимости фототока фотоэлемента от освещённости

Известно, что освещенность поверхности зависит от угла падения на нее света как, где- освещенность при нормальном падении лучей. Экспериментально снимают зависимость фототока от освещённости, которую изменяют путем варьирования угла падения лучей.

1. Рукоятку фотоэлемента ставят на нуль шкалы угломера.

2. Лампочку с линзой устанавливают на минимальном расстоянии (6 см) от фотоэлемента.

3. Включают лампочку накаливания и записывают начальное показание микроамперметра I.

4. Изменяя угол падения лучей на фотоэлемент, через 10°, записывают значения фототока I. Ввиду невысокой точности угломера зависимость величины фототока от угла падения лучей снимается несколько (3—5) раз. Вычисляется среднее значение фототока для каждого угла и заносится в таблицу 1.

Зависимость силы фототока от освещенности

2)зависимость чувствительности фотоэлемента от длины волны

3)зависимость силы фототока от напряжения

&096e

&097b

Как проявляется внутренний фотоэффект?

Изменяются электрические свойства вещества при взаимодействии со светом

2)испускаются электроны с поверхности металлов при освещении

3)увеличивается температура вещества

&097e

&098b

Красная граница фотоэффекта – это:

Максимальная длина световой волны, вызывающая фотоэффект

2)минимальная длина волны, вызывающая фотоэффект

3)максимальная частота кванта света, вызывающего фотоэффект

4)минимальная частота кванта света, вызывающего фотоэффект

&098e

&099b

Принцип действия рефрактометра основан на:

1)явлении дисперсии света

Явлении предельного преломления

Явлении полного внутреннего отражения

4)явлении поглощения света

&099e

&0100b

Укажите условия, необходимые для наблюдения предельного преломления:

Световые лучи переходят из оптически менее плотной среды в более плотную

2)световые лучи переходят из оптически более плотной среды в менее плотную

3)световые лучи распространяются в среде с аномальной дисперсией

4)угол падения луча больше предельного

Угол падения равен 90 градусов

&0100e

&0101b

Когда наблюдается явление полного внутреннего отражения?

1)световые лучи переходят из оптически менее плотной среды в более плотную

Световые лучи переходят из оптически более плотной среды в менее плотную

3)световые лучи распространяются в среде с аномальной дисперсией

4)угол падения луча больше предельного

5)угол падения равен 90 градусов

&0101e

&0102b

Необходимость применения компенсатора в рефрактометре обусловлена явлением:

1)дифракции

Урок 22.

фотоэффект – Физика – 11 класс

Физика, 11 класс

Урок 22. Фотоэффект

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

предмет и задачи квантовой физики;
гипотеза М. Планка о квантах;
опыты А.Г. Столетова;
определение фотоэффекта, кванта, тока насыщения, задерживающего напряжения, работы выхода, красной границы фотоэффекта;
уравнение Эйнштейна для фотоэффекта;
законы фотоэффекта.

Глоссарий по теме:

Квантовая физика – раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения.

Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света.

Квант – (от лат. quantum — «сколько») — неделимая порция какой-либо величины в физике.

Ток насыщения – некоторое предельное значение силы фототока.

Задерживающее напряжение – минимальное обратное напряжение между анодом и катодом, при котором фототок равен нулю.

Работа выхода – это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. которую нужно сообщить электрону, для того чтобы он мог преодолеть силы, удерживающие его внутри металла.

Красная граница фотоэффекта – это минимальная частота или максимальная длина волны света излучения, при которой еще возможен внешний фотоэффект.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 259 – 267.

2. Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.- М.:Дрофа,2009. – С. 153 – 158.

3. Элементарный учебник физики. Учебное пособие в 3 т./под редакцией академика Ландсберга Г. С.: Т.3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. – 12-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. С. 422 – 429.

4. Тульчинский М. Е. Качественные задачи по физике в средней школе. Пособие для учителей. Изд. 4-е, переработ. и доп. М. «Просвещение», 1972. С. 157.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

В начале 20-го века в физике произошла величайшая революция. Попытки объяснить наблюдаемые на опытах закономерности распределения энергии в спектрах теплового излучения оказались несостоятельными. Законы электромагнетизма Максвелла неожиданно «забастовали». Противоречия между опытом и практикой были разрешены немецким физиком Максом Планком.

Гипотеза Макса Планка: атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями – квантами. Энергия Е каждой порции прямо пропорциональна частоте ν излучения света: E = hν.

Коэффициент пропорциональности получил название постоянной Планка, и она равна:

h = 6,63 ∙ 10^-34Дж∙с.

После открытия Планка начала развиваться самая современная и глубокая физическая теория – квантовая физика.

Квантовая физика – раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения.

Поведение всех микрочастиц подчиняется квантовым законам. Но впервые квантовые свойства материи были обнаружены именно при исследовании излучения и поглощения света.

В 1886 году немецкий физик Густав Людвиг Герц обнаружил явление электризации металлов при их освещении.

Явление вырывания электронов из вещества под действием света называется внешним фотоэлектрическим эффектом.

Законы фотоэффекта были установлены в 1888 году профессором московского университета

Александром Григорьевичем Столетовым.

Схема установки для изучения законов фотоэффекта

Первый закон фотоэффекта: фототок насыщения – максимальное число фотоэлектронов, вырываемых из вещества за единицу времени, – прямо пропорционален интенсивности падающего излучения.

Зависимость силы тока от приложенного напряжения

Увеличение интенсивности света означает увеличение числа падающих фотонов, которые выбивают с поверхности металла больше электронов.

Второй закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения и линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения.

Третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует граничная частота такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была интенсивность падающего излучения. Эта минимальная частота излучения называется

красной границей фотоэффекта.

hν_min= A_в

где А_в– работа выхода электронов;

h – постоянная Планка;

ν_min – частота излучения, соответствующая красной границе фотоэффекта;

с – скорость света;

λкр – длина волны, соответствующая красной границе_.

Фотоэффект практически безынерционен: фототок возникает одновременно с освещением катода с точностью до одной миллиардной доли секунды.

Работа выхода – это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл.

Для большинства веществ фотоэффект возникает только под действием ультрафиолетового облучения. Однако некоторые металлы, например, литий, натрий и калий, испускают электроны и при облучении видимым светом.

Известно, что фототоком можно управлять, подавая на металлические пластины различные напряжения. Если на систему подать небольшое напряжение обратной полярности, “затрудняющее” вылет электронов, то ток уменьшится, так как фотоэлектронам, кроме работы выхода, придется совершать дополнительную работу против сил электрического поля.

Задерживающее напряжение – минимальное обратное напряжение между анодом и катодом, при котором фототок равен нулю.

Задерживающее напряжение

Максимальная кинетическая энергия электронов выражается через задерживающее напряжение:

где – максимальная кинетическая энергия электронов;

Е – заряд электрона;

– задерживающее напряжение.

Теорию фотоэффекта разработал Альберт Эйнштейн. На основе квантовых представлений Эйнштейн объяснил фотоэффект. Электрон внутри металла после поглощения одного фотона получает порцию энергии и стремится вылететь за пределы кристаллической решетки, т.е. покинуть поверхность твердого тела. При этом часть полученной энергии он израсходует на совершение работы по преодолению сил, удерживающих его внутри вещества. Остаток энергии будет равен кинетической энергии:

В 1921 году Альберт Эйнштейн стал обладателем Нобелевской премии, которая, согласно официальной формулировке, была вручена «за заслуги перед теоретической физикой и особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта».

Если фотоэффект сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют внешним фотоэффектом или фотоэлектронной эмиссией, а вылетающие электроны – фотоэлектронами. Если фотоэффект не сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют внутренним.

Примеры и разбор решения заданий

1. Монохроматический свет с длиной волны λ падает на поверхность металла, вызывая фотоэффект. Фотоэлектроны тормозятся электрическим полем. Как изменятся работа выхода электронов с поверхности металла и запирающее напряжение, если уменьшить длину волны падающего света?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится

2) уменьшится

3) не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Работа выхода	Запирающее напряжение

Решение:

Работа выхода – это характеристика металла, следовательно, работа выхода не изменится при изменении длины волны падающего света.

Запирающее напряжение – это такое минимальное напряжение, при котором фотоэлектроны перестают вылетать из металла. Оно определяется из уравнения:

Следовательно, при уменьшении длины волны падающего света, запирающее напряжение увеличивается.

Ответ:

Работа выхода	Запирающее напряжение
не изменится	увеличится

2. Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода λ₀ = 290 нм. При облучении катода светом с длиной волны λ фототок прекращается при напряжении между анодом и катодом U = 1,5 В. Определите длину волны λ.

Решение.

Запишем уравнение для фотоэффекта через длину волны:

Условие связи красной границы фотоэффекта и работы выхода:

Запишем выражение для запирающего напряжения – условие равенства максимальной кинетической энергии электрона и изменения его потенциальной энергии при перемещении в электростатическом поле:

Решая систему уравнений (1), (2), (3), получаем формулу для вычисления длины волны λ:

Подставляя численные значения, получаем: λ ≈ 215 нм.

Ответ: λ ≈ 215 нм.

Кафедра физики ( МГАПИ )

Назад Содержание Вперед

8. 2. Давление света

Пусть на площадку dS падает и поглощается свет. За время dt на площадку dS попадут все фотоны находящиеся в объеме dV=cdtdS. Их число N=ndV =n cdtdS, где n – объемная плотность фотонов (число фотонов в единице объема). Эти фотоны передадут площадке импульс dР=pN=(hv/c) n cdtdSи создадут давление

Па (5)

где w- объемная плотность падающей электромагнитной энергии, измеряется в Дж/м³ (Дж/м³=Н×м/м³=Н/м²=Па).

При полном отражении света давление удваивается Р=2w, при отражении с коэффициентом r =(1+ r)w. (6)

8.3.Внешний фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта

Испускание электронов веществом под действием света называется внешним фотоэффектом.

C А.Г. Столетов (1988 г.) экспериментально исследовал фотоэффект. Схема опыта представлена на рис.1. Плоский конденсатор, одной из пластин, которого служила медная сетка С, а в качестве второй цинковая пластина К, был включен через гальванометр G в цепь аккумуляторной батареи. Напряжение между пластинами измерялось вольтметром. При освещении отрицательно заряженной пластины К светом, в цепи возникал электрический ток, называемый фототоком.

На рис. 2. приведены зависимости фототока I от напряжения U между электродами при различных интенсивностях света (энергетической освещенности E) .

Столетов установил следующие закономерности внешнего фотоэффекта:

1. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности.

2. Для каждого вещества (катода) существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота v₀, при которой еще возможен фотоэффект.

3.Фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности Е катода.

Первые два закона не удается объяснить на основе классической теории, согласно которой вырывание электронов из катода является результатом их “раскачивания” электромагнитной волной, которое должно усиливаться при увеличении интенсивности света.

Внешний фотоэффект хорошо объясняется квантовой теорией. Согласно этой теории, электрон получает сразу целиком всю энергию фотона e=hv, которая расходуется на совершение работы выхода электрона из вещества (катода) и на сообщение электрону кинетической энергии:

.(7)

Это уравнение называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Из (7) следуют все законы Столетова. В частности, максимальная начальная скорость электронов определяется из соотношения , т.е зависит только от частоты v и материала катода (А_ВЫХ).

Красная граница v₀ соответствует v_max=0

hv₀=A_ВЫХ,v₀=A_ВЫХ/h (8)

При v>v₀(или при l<l₀) фотоэффект наблюдается, при v<v₀(или при l>l₀) – фотоэффект не наблюдается.

Назад Содержание Вперед

Фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы и как их применять

Датчик — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Датчики бывают совершенно разными. Они отличаются по принципу действию, логике своей работы и физическим явлениям и величинам на которые они способны реагировать. Датчики света используются не только в аппаратуре автоматического управления освещением, они используются в огромном количестве устройств, начиная от блоков питания, заканчивая сигнализациями и охранными системами.

Основные виды фотоэлектронных приборов. Общие сведения

Фотоприёмник в общем смысле – это электронный прибор, который реагирует на изменение светового потока падающего на его чувствительную часть. Они могут отличаться, как по своей структуре, так и принципу работы. Давайте их рассмотрим.

Фоторезисторы – изменяют сопротивление при освещении

Фоторезистор – фотоприбор изменяющий проводимость (сопротивление) в зависимости от количества света падающего на его поверхность. Чем интенсивнее освещенность чувствительной области, тем меньше сопротивления. Вот его схематическое изображение.

Состоит он из двух металлических электродов, между которыми присутствует полупроводниковый материал. Когда световой поток попадает на полупроводник, в нём высвобождаются носители заряда, это способствует прохождению тока между металлическими электродами.

Энергия светового потока тратится на преодоление электронами запрещенной зоны и их переходу в зону проводимости. В качестве полупроводника у фоторезисторов используют материалы типа: Сульфид Кадмия, Сульфид Свинца, Селенит Кадмия и другие. От типа этого материала зависит спектральная характеристика фоторезистора

Интересно:

Спектральная характеристика содержит информацию о том, к каким длинам волн (цвету) светового потока наиболее чувствителен фоторезистор. Для некоторых экземпляров приходится тщательно подбирать излучатель света соответствующей длины волны, для достижения наибольшей чувствительности и эффективности работы.

Фоторезистор не предназначен для точного измерения освещенности, а, скорее, для определения наличия света, по его показаниям можно определить светлее или темнее стала окружающая среда. Вольт-амперная характеристика фоторезистора выглядит следующим образом.

На ней изображена зависимость тока от напряжения при различных величинах светового потока: Ф – темнота, а Ф3 – это яркий свет. Она линейна. Еще одна важная характеристика – это чувствительность, она измеряется в мА(мкА)/(Лм*В). Что отражает, сколько тока протекает через резистор, при определенном световом потоке и приложенном напряжении.

Темновое сопротивление – это активное сопротивление при полном отсутствии освещения, обозначается Rт, а характеристика Rт/Rсв – это кратность изменения сопротивления от состояния фоторезистора в полном отсутствии освещения к максимально освещенному состоянию и минимально возможному сопротивлению соответственно.

У фоторезисторов есть существенный недостаток – его граничная частота. Это величина описывает максимальную частоту синусоидального сигнала, которым вы моделируете световой поток, при которой чувствительность снижается на 1.41 раз. В справочниках это отражается либо значением частоты, либо через постоянную времени. (-5) с. Это не позволяет использовать его там, где нужно высокое быстродействие.

Фотодиод – преобразует свет в электрический заряд

Фотодиод – элемент, который преобразует свет, попадающий на чувствительную зону, в электрический заряд. Это происходит потому что при облучении в p-n переходе протекают различные процессы связанные с движением носителей заряда.

Если на фоторезисторе изменялась проводимость из-за движения носителей заряда в полупроводнике, то здесь происходит образование заряда на границе p-n перехода. Он может работать в режиме фотопреобразователя и фотогенератора.

По структуре он такой же, как и обычный диод, но на его корпусе есть окно для прохождения света. Внешне они бывают в различных исполнениях.

Фотодиоды с черным корпусом воспринимают только ИК-излучение. Черное покрытие – это что-то похожее на тонировку. Фильтрует ИК-спектр, чтобы исключить возможность срабатывания на излучения других спектров.

У фотодиодов, как и у фоторезисторов есть граничная частота, только здесь она на порядки больше и достигает 10 МГц, что позволяет обеспечить неплохое быстродействие. P-i-N фотодиоды обладают большим быстродействием – 100МГц-1ГГц, как и диоды на основании барьера Шоттки. Лавинные диоды имеют граничную частоту в порядка 1-10 ГГц.

В режиме фотопреобразователя такой диод работает как ключ управляемый светом, для этого его подключают в цепь в прямом смещении. То есть, катодом к точке с более положительным потенциалом (к плюсу), а анодом к более отрицательному (к минусу).

Когда диод не освещается светом – в цепи протекает только обратный темновой ток Iобрт (единицы и десятки мкА), а когда диод освещен к нему добавляется фототок, который зависит только от степени освещенности (десятки мА). Чем больше света – тем больше ток.

Фототок Iф равен:

Iф=Sинт*Ф,

где Sинт – интегральная чувствительность, Ф – световой поток.

Типовая схема включения фотодиода в режиме фотопреобразователя. Обратите внимание на то, как он подключен – в обратном направлении по отношению к источнику питания.

Другой режим – генератор. При попадании света на фотодиод на его выводах образуется напряжение, при этом токи короткого замыкания в таком режиме равняются десятки ампер. Это напоминает работу элементов солнечной батареи, но имеют малую мощность.

Фототранзисторы – открываются от количества падающего света

Фототранзистор – это по своей сути биполярный транзистор у которого вместо вывода базы есть в корпусе окошко для попадания туда света. Принцип работы и причины этого эффекта аналогичны с предыдущими приборами. Биполярные транзисторы управляются количеством тока протекающего через базу, а фототранзисторы по аналогии управляются количеством света.

Иногда на УГО еще дополнительно изображается вывод базы. Вообще напряжения на фототранзистор подают также как и на обычный, а второй вариант включения – с плавающей базой, когда базовый вывод остаётся незадействованным.

В схему включают фототранзисторы подобным образом.

Или меняют местами транзистор и резистор, смотря, что конкретно вам нужно. При отсутствии света через транзистор протекает темновой ток, который образуется из тока базы, который вы можете задать сами.

Задав необходимый ток базы, вы можете выставить чувствительность фототранзистора подбором его базового резистора. Таким образом, можно улавливать даже самый тусклый свет.

В советское время радиолюбители делали фототранзисторы своими руками – делали окошко для света, спилив обычному транзистору часть корпуса. Для этого отлично подходят транзисторы типа МП14-МП42.

Из вольтамперной характеристики видна зависимость фототока от освещения, при этом он практически не зависит от напряжения коллектор-эмиттер.

Кроме биполярных фототранзисторов существуют и полевые. Биполярные работают на частотах 10-100 кГц, то полевые более чувствительны. Их чувствительность достигает нескольких Ампер на Люмен, и более «быстрые» – до 100 мГц. У полевых транзисторов есть интересная особенность, при максимальных значениях светового потока напряжение на затворе почти не влияет на ток стока.

Области применения фотоэлектронных приборов

В первую очередь следует рассмотреть более привычные варианты их применения, например автоматическое включение света.

Схема, изображенная выше – это простейший прибор для включения и выключения нагрузки при определенной освещенности. Фотодиод ФД320 При попадании на него света открывается и на R1 падает определенное напряжение, когда его величина достаточна для открытия транзистора VT1 – он открывается, и открывает еще один транзистор – VT2. Эти два транзистора – это двухкаскадный усилитель тока, необходим для запитки катушки реле K1.

Диод VD2 – нужен для гашения ЭДС-самоиндукции, которое образуется при переключениях катушки. На подводящий контакт реле, верхний по схеме, подключается один из проводов от нагрузки (для переменного тока – фаза или ноль).

У нас есть нормально замкнутый и разомкнутый контакты, они нужны либо для выбора включаемой цепи, либо для выбора включить или отключить нагрузку от сети при достижении необходимой освещенности. Потенциометр R1 нужен для подстройки прибора для срабатывания при нужном количестве света. Чем больше сопротивление – тем меньше света нужно для включения схемы.

Вариации этой схемы используют в большинстве подобных приборов, при необходимости добавляя определенный набор функций.

Кроме включения нагрузки по освещенности подобные фотоприемники используются в различных системах контроля, например на турникетах метро часто используют фоторезисторы для определения несанкционированного (зайцем) пересечения турникета.

В типографии при обрыве полосы бумаги свет попадает на фотоприемник и тем самым даёт сигнал оператору об этом. Излучатель стоит по одну сторону от бумаги, а фотоприемник с обратной стороны. Когда бумага рвётся, свет от излучателя достигает фотоприемника.

В некоторых видах сигнализации используются в качестве датчиков входа в помещение излучатель и фотоприемник, при этом, чтобы излучение не были видны используют ИК-приборы.

Касаемо ИК-спектра, нельзя упомянуть о приемнике телевизора, на который поступают сигналы от ИК-светодиода в пульте дистанционного управления, когда вы переключаете каналы. Специальным образом кодируется информация и телевизор понимает, что вам нужно.

Информация таким образом ранее передавалась через ИК-порты мобильных телефонов. Скорость передачи ограничена, как последовательным способом передачи, так и принципом работы самого прибора.

В компьютерных мышках также используется технология связанная с фотоэлектронными приборами.

Применение для передачи сигналов в электронных схемах

Оптоэлектронные приборы – это приборы которые объединяют в одном корпусе излучатель и фотоприемник, типа описанных выше. Они нужны для связи двух контуров электрической цепи.

Это нужно для гальванической развязки, быстрой передачи сигнала, а также для соединения цепей постоянного и переменного тока, как в случае управления симистором в цепи 220 В 5 В сигналом с микроконтроллера.

Они имеют условно-графическое обозначение, которое содержит информацию о типе используемых внутри оптопары элементов.

Рассмотрим пару примеров использования таких приборов.

Управление симистором с помощью микроконтроллера

Если вы проектируете тиристорный или симисторный преобразователь вы столкнетесь с проблемой. Во-первых, если переход у управляющего вывода пробьет – на пин микроконтроллера попадет высокий потенциал и последний выйдет из строя. Для этого разработаны специальные драйверы, с элементом, который называется оптосимистор, например MOC3041.

Обратная связь с помощью оптопары

В импульсных стабилизированных блоках питания необходима обратная связь. Если исключить гальваническую развязку в этой цепи, тогда в случае выхода из строя каких-то компонентов в цепи ОС, на выходной цепи возникнет высокий потенциал и подключенная аппаратура выйдет из строя, я не говорю о том, что и вас может ударить током.

В конкретном примере вы видите реализацию такой ОС из выходной цепи в обмотку обратной связи (управляющую) транзистора с помощью оптопары с порядковым обозначением U1.

Выводы

Фото- и оптоэлектроника это очень важные разделы в электроники, которые значительно улучшили качество аппаратуры, её стоимость и надёжность. С помощью оптопары можно исключить использование развязывающего трансформатора в таких цепях, что уменьшает массогабаритные показатели. Кроме того некоторые устройства просто невозможно реализовать без таких элементов.

Ранее ЕлектроВести писали о фотодатчиках и их применении.

По материалам electrik.info.

Фотоэффекта интенсивность – Справочник химика 21

Существуют внутренний и внешний фотоэффекты. Внутренний фотоэффект сопровождается изменением или подвижности, или концентрации носителей заряда в диэлектриках и полупроводниках и положен в основу действия вентильных фотоэлементов и фотосопротивлений. Внешний фотоэффект сопровождается эмиссией электронов с поверхности материала, из которого изготовлен фотокатод фотоэлемента. Приложение напряжения и облучение фотокатода вызывает появление в цепи тока, который прямо пропорционален интенсивности света при определенных ее значениях. Характеристики некоторых типов фотоэлементов приведены в табл. И. [c.145]
В конце XIX в. стало ясно, что при помощи классической механики невозможно объяснить многие экспериментальные факты, относящиеся к поведению атомных систем. Мы уже ссылались на теплоемкости газов в гл. 9. В 1900 г. Планк при выводе уравнения для интенсивности излучения абсолютно черного тела предположил, что электромагнитное излучение квантовано. Идея Планка о квантовании была использована в 1905 г. Эйнштейном при интерпретации фотоэффекта и в 1924 г. де Бройлем для предсказания волновых свойств частиц. В 1913 г. Бор развил свою теорию строения атома водорода. В 1926 г. Гейзенберг и Шредингер разработали квантовую механику. Квантовая механика имеет очень большое значение для понимания химии. [c.363] Однако концепция волновой природы света не позволяет интерпретировать некоторые явления, такие, как, например, фотоэлектричество если металлическую поверхность подвергнуть действию света с достаточно малой длиной волны (X ниже некоторой предельной величины 01 называемой границей фотоэффекта), то металл начинает испускать электроны. Изучение этого явления показывает, что кинетическая энергия электронов, вырываемых из металлической пластинки, не зависит от интенсивности света, а зависит только от его частоты. Граница фотоэффекта соответствует минимальной частоте света Vo (или максимальной длине волны Х , которая освобождает не обладающие кинетической энергией электроны. Эта граница различна для разных металлов, поскольку она зависит от легкости, с которой электроны могут быть вырваны с поверхности металла. Если частота света выше Vo (или длина волны ниже о)> то электроны, вырванные из металлической пластинки, обладают некоторой кинетической энергией. Однако, согласно классической теории электромагнитных излучений, эта кинетическая энергия должна зависеть от интенсивности света, что находится в противоречии с экспериментальными результатами. В 1900 г. Планк, а затем в 1905 г. Эйнштейн ввели новые понятия, позволяющие, в частности, объяснить и это явление они стали на точку зрения дискретной, т. е. корпускулярной, природы света. Монохроматическое световое излучение проявляется в виде частиц света, названных фотонами. Эти частицы света соответствуют импульсам энергии — квантам. [c.21]

Оказалось, что при изменении интенсивности освещения изменяется только число испускаемых металлом электронов, т. е. сила фототока. Но максимальная кинетическая энергия каждого вылетевшего из металла электрона не зависит от интенсивности освещения, а изменяется только при изменении частоты падающего на металл света. Именно с увеличением длины волны (т. е. с уменьшением частоты ) энергия испускаемых металлом электронов уменьшается, а затем, при определенной для каждого металла длине волны, фотоэффект исчезает и не проявляется даже при очень высокой интенсивности освещения. Так, при освещении красным или оранжевым светом натрий не проявляет фотоэффекта и начинает испускать электроны только прн длине волны, меньшей 590 нм (желтый свет) у лития фотоэффект обнаруживается при еще меньших длинах волн, начиная с 516 нм (зеленый свет) а вырывание электронов из платины под действием видимого света вообще не происходит и начинается только при облучении платины ультрафиолетовыми лучами. [c.42]

В самом деле, электрон в металле связан с атомами металла, так что для его вырывания необходима затрата определенной энергии. Если фотон обладает нужным запасом энергии (а энергия фотона определяется частотой излучения ), то электрон будет вырван, фотоэффект будет наблюдаться. В процессе взаимодействия с металлом фотон полностью отдает свою энергию электрону, потому что дробиться на части фотон не может. Энергия фотона будет частично израсходована па разрыв связи электрона с металлом, частично на сообщение электрону кинетической энергии движения. Поэтому максимальная кинетическая энергия выбитого из металла электрона не может быть больше разности между энергией фотона и энергией связи электрона с атомами металла. Следовательно, при увеличении числа фотонов, падающих па поверхность металла в единицу времени (т. е. при повышении интенсивности освещения), будет увеличиваться только число вырываемых из металла электронов, что приведет к возрастанию фототока, но энергия каждого электрона возрастать не будет. Если же энергия фотона [c.42]

Казалось бы, не могло быть сомнения в волновой природе света, о которой свидетельствовали многочисленные явления дифракции. Однако фото- и комптон-эффекты противоречили этому представлению. Основная особенность фотоэффекта заключается в том, что энергия электрона, вылетающего из металла под влиянием освещения, не зависит от интенсивности света. Оказалось, что энергия этого электрона зависит лишь от частоты падающего на металл света. С классической точки зрения эти закономерности не понятны. Упруго связанный в металле электрон должен был раскачиваться полем света, и энергия, им воспринятая, должна была бы зависеть от интенсивности света. [c.425]

Рентгеновское излучение рассматриваемого интервала длин волн (0,7-2,3 А ), проходя через вещество, рассеивается электронами (доля рассеяния ядрами атомов пренебрежимо мала) или вызывает процессы типа фотоэффекта выбиваются электроны с различных уровней облучаемого образца, а это вызывает появление вторичного рентгеновского излучения. По длине волны и интенсивности вторичного излучения можно определить содержание того или иного элемента в образце, что используется в рентгенофлуоресцентном анализе. При съемке рентгенограмм такое вторичное излучение лишь увеличивает уровень фона, т.е. снижает качество рентгенограмм. Поскольку вторичное излучение и первичное, используемое для съемки, имеют близкие длины волн, применение амплитудных анализаторов для уменьшения влияния вторичного излучения на уровень фона обычно неэффективно. [c.8]

Сила фотоэлектрического тока / прямо пропорциональна интенсивности светового потока /, вызывающего фотоэффект при условии неизменности спектрального состава этого потока (закон Столетова). [c.412]

Пользуясь современными представлениями, можно легко понять особенности фотоэффекта. При увеличении интенсивности света растет число фотонов, тогда как энергия каждого фотона остается неизменной, так как частота осталась прежней. Фотон поглощается полностью и его энергия передается одному электрону. Поэтому число свободных электронов растет, а их кинетическая энергия остается постоянной. [c.22]

Широко используют фотоэлементы, основанные на фотоэффекте. Падающий на приемник свет дает на выходе электрический сигнал, величина которого зависит от интенсивности светового потока. Величина электрического сигнала обычно очень мала и его можно измерить или зарегистрировать только после усиления. Применение радиотехнических методов для усиления электрического сигнала исключает потерю времени на фотометрирование, что обеспечивает очень высокую скорость измерения фотоэлектрическим методом. По скорости измерения этот метод часто превосходит даже визуальный, не говоря уже [c.187]

У всех фотоэлементов с внешним фотоэффектом в определенных условиях наблюдается прямая пропорциональная зависимость между интенсивностью светового потока и силой фототока. Иа рис. 32 приведены кривые зависимости силы фототока от интенсивности светового потока при разных наложенных напряжениях. Как видно из графика, при небольшом наложенном напряжении имеется ясно выраженная прямая пропорциональность, но сила фототока невелика. При увеличении напряжения сила тока значительно возрастает, но участок кривой, на котором соблюдается прямая пропорциональность между силой тока и интенсивностью светового потока, уменьшается. [c.79]

Общий принцип всех систем фотоэлектрических колориметров заключается н том, что поток электромагнитного излучения, прошедший через кювету с раствором или растворителем (раствором сравнения), попадает на фотоэлемент, который превращает энергию излучения в электрическую. Согласно законам фотоэффекта, сила возникающего фототока прямо пропорциональна интенсивности электромагнитного излучения, падающего на фотоэлемент. В связи с этим отношение интенсивностей потоков электромагнитных излучений в математическом выражении закона Бугера может быть заменено отношением фототоков. Таким образом, при фотоэлектрическом определении оптической плотности растворов практически измеряют не ослабление потоков электромагнитного излучения, а значение фототоков, возникающих под действием потока электромагнитных излучений. [c.328]

Важность фотоэффекта стала очевидной, когда Ленард в 1902 г. опубликовал свое исследование, посвященное взаимосвязи между частотой и интенсивностью света, с одной стороны, и числом и кинетической энергией испускаемых электронов,— с другой . Рис. 2.2 иллюстрирует взаимосвязь между частотой и кинетической энергией, приходящейся на один электрон. Пока [c.16]

Корпускулярная интерпретация фотоэффекта очевидна. Каждый фотон, поглощаемый металлом, может вызвать испускание одного электрона при условии, что энергия фотона, переданная электрону, достаточна, чтобы электрон мог покинуть поверх ность металла. С увеличением интенсивности света возрастает число фотонов, но не их энергия. Это приводит к увеличению числа испускаемых электронов, при этом их энергия остается неизменной. [c.18]

Фоторезисторы и вакуумные фотоэлементы имеют наилучшие метрологические характеристики при преобразовании интенсивности света в электрический сигнал. Фоторезисторы могут обеспечить регистрацию небольших световых потоков в широком спектральном диапазоне длин волн падающих фотонов, особенно при охлаждении их до криогенных температур (охлаждаемые болометры). Их недостатком является нелинейность световой характеристики и проявляющаяся иногда инерционность. Вакуумные фотоэлементы имеют линейную световую характеристику, но поскольку в них используется внешний фотоэффект, их чувствительность невелика, а спектральный диапазон работы меньше, что проявляется особенно сильно вблизи красной границы для квантов с малой энергией. Эти свойства обусловливают применение вакуумных фотоэлементов для точных светотехнических измерений. [c.233]

Фотоэлемент с запирающим слоем. В фотоэлементах с запирающим слоем использована способность полупроводников к внут-ренному фотоэффекту. Фотоэффектом в запирающем слое называется возникновение тока под действием света на границе между полупроводником и металлом. Само название этого фотоэффекта обусловлено тем, что на пограничных поверхностях между некоторыми полупроводниками и металлами образуется слой малой толщины (около 10 5—10 см) с большим сопротивлением и выпрямляющим действием. При освещении фотоэлемента кванты световой энергии, взаимодействуя с атомами полупроводника, передают электронам энергию, достаточную для того, чтобы оторвать их от атомов и сообщить им кинетическую энергию. Фотоэлектроны из полупроводника через запирающий (иногда его называют вентильный ) слой переходят в металл и проходят через гальванометр. Иначе говоря, в цепи фотоэлемента возникает электрический ток, который вызывает отклонение стрелки гальванометра. Величина возникающего фототока зависит от интенсивности освещения и спектрального состава света. При небольших внешних сопротивлениях между силой фототока и интенсивностью светового потока имеется прямо пропорциональная зависимость. В фотоэлектрических колориметрах применяется селеновый фотоэлемент (рис. 1.12). [c.23]

Очень важной является также спектральная чувствительность фотоэлементов, т. е. их чувствительность к свету различных длин волн. Спектральную чувствительность фотоэлементов изображают графически по оси ординат откладывают величину фототока, а по оси абсцисс — длину волны света. Для измерения интенсивности световых потоков в колориметрии применяют два типа фотоэлементов а) основанные на внешнем фотоэффекте (вакуумные фотоэлементы) [c.47]

Величина фотоэффекта увеличивается с увеличением интенсивности светового потока. [c.76]

Фотоэлемент преобразует световую энергию, проходящую через фотометрируемый раствор, в электрическую.. Согласно законам фотоэффекта, сила возникающего фототока прямо пропорциональна интенсивности падающего на фотоэлемент света. Следовательно, отношение интенсивности световых потоков, используемое в выражении основного закона светопоглощения, может быть заменено на равное ему Отношение величин фототоков. Это и используется в фотоколориметрии, где фактически сравнивают не светопоглощение растворов, а величины фототоков. [c.92]

Для этих фотоэлементов общая сила фототока не пропорциональна интенсивности светового потока их спектральная характеристика сильно сдвинута в инфракрасную область спектра. Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом обладают значительной инерционностью и большим температурным коэффициентом. Вследствие этих недостатков фотосопротивления не нашли широкого применения в фотоколориметрии. [c.81]

В 1887 г. считали, что свет является формой волнового движения с энергией, пропорциональной его интенсивности, но не зависящей от частоты. Очевидно, что такая теория не могла объяснить фотоэффект. В 1905 г. Эйнштейн [c.11]

Фотоэлемент с внутренним фотоэффектом или фотосопротивлением обычно выполнен из селена или сернистого таллия, у которых внутренний фотоэффект проявляется наиболее интенсивно. [c.127]

Для каждого вещества существует определенная длина волны (или частота колебаний) света, называемая порогом фотоэффекта, при которой начинает наблюдаться (или исчезать) фотоэффект. Сила возникающего фототока (интегральная чувствительность фотоэлемента) зависит от длины волны падающего на фотоэлемент света и от температуры. По закону Столетова, сила фототока прямо пропорциональна интенсивности падающего на фотоэлемент монохроматического пучка света. [c.92]

И попадают в хорошо проводящую ток металлическую пленку из золота, платины, серебра или меди. Из металлической пленки электроны через гальванометр и железную пластинку возвращаются в первоначальное положение, т. е. в полупроводник. Таким образом, фотоэлемент преобразует световую энергию в электрическую, которая, будучи строго пропорциональна силе света, падающего на фотоэлемент, регистрируется гальванометром. Фотоэлемент позволяет достаточно точно обнаружить уменьшение интенсивности светового потока, вследствие его поглощения окрашенным раствором. В фотоколориметрии наибольшее распространение получили селеновые фотоэлементы [128] с фронтальным фотоэффектом (рис. 33). Чувствительность селенового фотоэлемента к лучам видимой области спектра показана на рис. 34. Селеновые фотоэлементы высокочувствительны, проявляют малую инерционность и хорошие эксплуатационные качества. [c.75]

Форма и интенсивность комптоновского распределения зависят от энергии регистрируемого у-излучения, размеров кристалла, наличия коллиматора и т. д. При распределение мало вследствие значительного преобладания сечения фотоэффекта над сечением комптоновского рассеяния и большого вклада многократного рассеяния. С ростом энергии у-квантов возрастает величина комптоновского распределения. На рис. 45 приведены нормированные спектры некоторых у-излучателей различной энергии. Как видно, комптоновское распределение мало для Се (Е., = 145 кэв) и оказывается уже значительным для = 1,12 Мэе). Очевидно, что комптоновское распределение от жесткого у-излучения будет фоном для более мягкого у-излучения, и поэтому оно нежелательно, [c.227]

Для определения оптической плотности применяют фотоколориметры двух типов визуальные и фотоэлектрические. В последних в видимой области света применяют, главным образом, селеновые фотоэлементы (наиболее чувствительные при к = 680 нм) — с внутренним фотоэффектом (см. стр. 270) или, реже, сурьмяно-цезиевые (А, = 480 нм)—с внешним фотоэффектом. Наибольшей точностью отличаются дифференциальные фотоэлектрические приборы, основанные на уравнипанци интенсивности двух световых пучков с номощьво щелевой диафрагмы. [c.177]

Развитие полупроводниковой технологии позволило разработать и изготавливать серийно полупроводниковые приборы для регист рации ионизирующих излучений. Работа полупроводниковых при боров [1, 21] основана на внутреннем фотоэффекте, проявляющем ся в том, что при воздействии излучения изменяется удельная элек трическая проводимость полупроводникового вещества за счет из менения числа носителей зарядов (электронов или дырок), коли чество которых связано с интенсивностью излучения и его энергий Для регистрации ионизирующих излучений используют полупровод никовые резисторы с одним проводящим слоем и устройства с не сколькими слоями, имеющими различные типы проводимости. [c.310]

Явление фотоэффекта, открытое в 1887 г. Герцем и детально исследованное А. Г. Столетовым, состоит в том, что металлы (или полупроводники) при действии на них света испускают электроны. Объяснить фотоэффект исходя из волновой теории света невозможно. Расчет показывает, что ввиду незначительных размеров электрона количество энергии, сообщаемое падающими на него электромагнитными волнами, так мало, что при освещении солнечным светом потребовалось бы облучение по крайней мере в течение нескольких часов для того, чтобы электроны накопили энергию, достаточную для выхода из металла (и то при отсутствии передачи поглощенной электронами энергии атомам). Однако вылет электронов наблюдается сразу же после освещения металла. Кроме того, согласно волновой теории, энергия 3 электронов, испускаемых металлом, должна быть пропорциональна интенсивности падающего света. Однако было установлено, что 3 от интенсивности света не зависит, а зависит от его частоты, увеличиваясь с ростом V возрастание интенсивности приводит лишь к увеличению числа вылетающих из ieтaллa электронов. [c.20]

Применение щелочных металлов. Из щелочных металлов готовят катоды вакуумных и газонаполненных (инертным газом) фотоэлементов с внещним фотоэффектом (рис. 87). В стеклянный баллон, из которого выкачан воздух, впаяна платиновая петля Л, соединенная с положительным полюсом батареи. На внутреннюю поверхность баллона нанесен тонкий слой светочувствительного вещества К, соединенный с отрицательным полюсом батареи (катодом). При освещении катода с него срываются электроны и под действием электрического поля перемещаются к аноду А. Так электрическая цепь замыкается. Чем интенсивнее поток света, тем большей силы ток зарегистрирует гальванометр. [c.338]

Радиац. датчики обычно состоят из чувствит. элемента, воспринимающего измеряемое давление, источника и приемника лучистой энергии и расположенного между ними экрана. Действие датчиков основано на зависимости от давления ннтенснвностн потока, поступающего от источника излучения к приемнику. При изменении давления чувствит. элемент вызывает пропорциональное перемещение экрана, управляющего интенсивностью потока. Нанб. распространены приборы, использующие видимый свет (оптич. датчики) либо проникающее у- или р-излучение. Источники излучения видимого света-лампы накаливания, ртутные точечные лампы высокого давления, лампы тлеющего разряда и др. жестких излучений-рентгеновские трубки, искусств, радиоактивные в-ва. Приемники видимого излучения – вакуумные и газонаполненные элементы с внеш. фотоэффектом, фотосопротивления, вентильные фотоэлементы с фотоумножителями жестких излучений – ионизац. камеры, счетчики Гейгера-Мюллера, пропорциональные, сцинтилляц. и кристаллич. счетчики. [c.646]

Все фотометрические методы можно разделить на две группы визуальные и фотоэлектроколориметрическне. Методы, в которых интенсивность потока лучистой энергии оценивается с помощью глаза, называются визуальными. В фо-тоэлектроколориметрических методах в качестве приемника и анализатора лучистой энергии используют фотоэлемент, сила фототока в котором согласно законам фотоэффекта пропорциональна интенсивности падающего на него света. Поток лучистой энергии, прошедший через поглощающий раствор, попадает на фотоэлемент, который превращает лучистую энергию в электрическую. Сила тока, возникающего при этом, измеряется с помощью гальванометра. [c.33]

Вакуумный с кислородно-серебряно-цезиевым катодом фотоэлемент Ф-5, используемый для регистрации красной флуоресценции, принадлежит к группе фотоэлементов с внешним фотоэффектом. Такие фотоэлементы в наибольшей мере подходят для фотохимических исследований выходной ток фотоэлементов, почти линейно зависит от интенсивности монохроматического пучка света й широком интервале интенсивйостей. Эти фотоэлементы достаточно устойчивы, фактически не зависят от температуры и обыкновенно безынерционны относительно изменений интенсивности света. [c.202]

Кеннеди, Ритчи и Маккензи [128] изучали фотоэффекты в системе кислород — двуокись титана и указали на протекание Б этом случае фотоадсорбции. Поглощение кислорода при 25° было обратимым и покрытие достигало величины примерно в один монослой. Было найдено, что соблюдается параболический закон и что скорость пропорциональна интенсивности света. Наиболее активным оказалось излучение ртутной дуги при [c.361]

Среди большого многообразия фотоэлектронных приборов с внешним и внутренним фотоэффектом наиболее распространены фотоэлектронные умножители (ФЭУ). ФЭУ являются высокочувствительными приемниками излучения. Они состоят из фотокатода, системы умножения электронов (динодной системы) и анода. Падающий на фотокатод световой поток вызывает фотоэлектронную эмиссию, пропорциональную интенсивности излучения. С помощью, фокуси- [c.46]

Вентильный фотоэлемент состоит из железной пластинки, на которую нанесен слой полупроводника (селена, закиси меди или сульфида серебра), покрытый тончайшей полупрозрачной пленкой катоднораспыленного металла (золота, платины, серебра или меди). Граница между полупроводником и металлической пленкой образует так называемый запирающий слой, пропускающий ток только в одном направлении—от металлической пленки к полупроводнику (на рис. 6.1 — от золота к селену). При освещении фотоэлемента электроны в полупроводнике, получив дополнительную энергию от квантов падающего света, перескакивают через запирающий слой и попадают в хорошо проводящую ток металлическую пленку из золота, платины, серебра или меди. Из металлической пленки электроны через гальванометр и железную пластинку возвращаются в первоначальное положение, т. е. в полупроводник. Таким образом, 4ютоэлемент преобразует световую энергию в электрическую, которая, будучи строго пропорциональна силе света, падающего на фотоэлемент, регистрируется гальванометром. Фотоэлемент позволяет достаточно точно обнаружить уменьшение интенсивности светового потока, вследствие его поглощения окрашенным раствором. В фотоколориметрии наибольшее распространение получили селеновые фотоэлементы [161] с фронтальным фотоэффектом (рис. 6.1). Чувствительность селенового фотоэлемента к лучам видимой области спектра показана на рис. 6.2. Селеновые фотоэлементы высокочувствительны, проявляют малую инерционность и хорошие эксплуатационные качества. [c.93]

Ligitek | Фотодиод

Фотодиод

Фотодио́д — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.

Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n-области, за счёт чего образуется заряд и ЭДС), называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p и n находится слой нелегированного полупроводника i. p-n- и p-i-n-фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.

Структурная схема фотодиода. 1 — кристалл полупроводника; 2 — контакты; 3 — выводы; Φ — поток электромагнитного излучения; Е — источник постоянного тока; RH — нагрузка.
Принцип работы:

При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода Cp-n

Фотодиод может работать в двух режимах:

фотогальванический — без внешнего напряжения
фотодиодный — с внешним обратным напряжением
Особенности:

простота технологии изготовления и структуры
сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия
малое сопротивление базы
малая инерционность
Параметры и характеристики фотодиодов
Параметры:

чувствительность
отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала. Количественно чувствительность измеряется отношением изменения электрической характеристики, снимаемой на выходе фотоприёмника, к световому потоку или потоку излучения, его вызвавшему.
шумы
помимо полезного сигнала на выходе фотодиода появляется хаотический сигнал со случайной амплитудой и спектром — шум фотодиода. Он не позволяет регистрировать сколь угодно малые полезные сигналы. Шум фотодиода складывается из шумов полупроводникового материала и фотонного шума.
Характеристики:

вольт-амперная характеристика (ВАХ)
зависимость выходного напряжения от входного тока.
спектральные характеристики
зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется со стороны больших длин волн шириной запрещённой зоны, при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света. То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения.
световые характеристики
зависимость фототока от освещённости, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещённости. Это обусловлено тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда. То есть практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока.
постоянная времени
это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз (63 %) по отношению к установившемуся значению.
темновое сопротивление
сопротивление фотодиода в отсутствие освещения.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку “Назад” и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с вашим системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Эффект переключения фототока, вызванный интенсивностью света

Первые эксперименты

При тестировании различных комбинаций производных хинона и углеродных наноструктур, используемых в качестве модификаторов для ZnO, с особым интересом к процессам, ответственным за генерацию фототока, мы записали несколько спектров фототока с различными параметрами. потенциалы электродов и длины волн падающего света в стандартной процедуре (см. раздел «Методы»). В то время мы заметили своеобразное поведение электродов, покрытых тройным гибридным материалом, содержащим ZnO, CA и фуллеренолы (C ₆₀ (OH) _30-36, здесь обозначены как COH), которые ранее подвергались воздействию облучение (с диодом 365 нм) при произвольно выбранном потенциале -0.3 В относительно электрода сравнения Ag / AgCl. Мы наблюдали, что полярность фототока зависит от падающего светового потока: низкие интенсивности приводят к катодному выходу, а высокие интенсивности дают анодный фототок (рис. 1). Детальный анализ этого необычного отклика (дополнительный рис. 1) позволяет точно определить значение интенсивности света, при котором происходит переход.

Рис. 1

Результат предварительного эксперимента, в котором демонстрируется переключение фототока, индуцированное интенсивностью света (LIIPS).

Электрод ITO @ PET, покрытый тройным гибридным материалом CA – COH @ ZnO, облучали убывающей ( λ = 365 нм) интенсивностью света при -300 мВ по сравнению с Ag / AgCl в обогащенном кислородом электролите.

В ходе экспериментальной работы мы определили три условия, при которых возникает этот эффект – в системе присутствуют оба модификатора (т.е. COH и CA), гибридный материал должен быть подвергнут продолжительному облучению (световому пропитанию) перед нанесением. фотоэлектрохимическое измерение и электролит должен быть уравновешен воздухом во время эксперимента (т.е. он содержит растворенный кислород). Первое требование указывает на то, что между молекулярными частицами существует какое-то взаимодействие, которое подтолкнуло нас к детальному исследованию этого вопроса (см. Ниже). Второй вариант предполагает, что происходит какое-то преобразование, управляемое светом, и этот этап существенно влияет на транспорт носителей заряда в нанокомпозите – в то же время потенциал электрода, приложенный на этапе кондиционирования, может изменяться в относительно широком диапазоне (см. Рис. 2).Примечательно, что для образцов, кондиционированных без облучения (т.е. с потенциалом, приложенным в течение 10 мин в темноте), эффект LIIPS не наблюдался (дополнительный рис. 2). Третий раскрывает важную роль форм кислорода в генерации катодных фототоков во время эксперимента. Основываясь на первом наблюдении, мы сосредоточились на смесях COH и CA в поисках каких-либо изменений в спектроскопических данных.

Рис. 2: Карта, показывающая, как различные экспериментальные условия влияют на полярность фототоков для гибрида CA – COH @ ZnO.

Электродный потенциал во время этапа предварительной обработки и самого измерения, а также интенсивность света варьировались. Различными цветами (справа) обозначены области катодных фототоков при различной интенсивности падающего света. Нетрудно заметить, чем меньше поток фотонов, тем больше расширяется «остров» катодных фототоков.

Взаимодействие между модификаторами

Прежде всего, мы заметили некоторые существенные отклонения в спектрах FTIR (дополнительный рис.3) с наиболее выраженным изменением полос при ~ 1600 см ^-1, что может быть связано с модой растяжения связи C = O, происходящей из СА. В присутствии COH можно заметить сдвиг в сторону более высоких волновых чисел для одного из пиков, что, в свою очередь, можно интерпретировать как новое взаимодействие с участием одной из карбонильных групп – наиболее вероятным сценарием здесь является образование водородной связи, взаимодействующей с гидроксильным фрагментом. от COH.

Чтобы проверить это предположение, мы использовали вычисления DFT, проверяя различные конфигурации (включая различные доступные таутомеры СА) обоих молекулярных частиц, связанных водородной связью (Н-связь) или ковалентной связью (С-связь) через кислород. мост.Мы получили хорошие результаты для модели, основанной на структуре КА, представленной в одном из обзоров производных 1,4-дигидроксибензохинона ²³, связанных через атомы кислорода карбонильных групп (сторона КА) с атомами водорода гидроксильных фрагментов COH (Н-связь ; Дополнительный рис. 4a) или через атом кислорода с атомом углерода от COH (C-связь; дополнительный рис. 4b). Моделирование УФ-видимых спектров для предложенных систем выявило дополнительную полосу поглощения при ~ 550 нм в первом случае (Н-связь), наличие которой согласуется с рассчитанным переходом ВЗМО – НСМО с характером переноса заряда и подтверждено. экспериментально для свежеприготовленного образца (дополнительный рис.4в). Самое интересное то, что обсуждаемый переход исчезает, когда модификаторы соединяются ковалентной связью (С-связь) не только при моделировании, но и в УФ-видимых спектрах, записанных для смеси, подвергнутой облучению более 10 раз. min (дополнительный рис. 4d). Это явный признак того, что химический состав системы изменяется из-за взаимодействия со светом.

Дальнейший анализ УФ-видимых спектров, записанных для отдельных модификаторов и их смесей при различных значениях pH (дополнительный рис.5) выявил повышенную тенденцию к агломерации COH в присутствии CA – вывод, сделанный по появлению полосы поглощения при ~ 265 нм при pH = 0 ²⁴. Происхождение этого перехода было дополнительно подтверждено путем сравнения УФ-видимых спектров, записанных для свежих смесей CA и COH и старых (растворы, оставленные на 2 недели при комнатной температуре в темноте) – в последнем случае поглощение при 265 нм был более выраженным (дополнительный рис. 6а). Интересно, что когда раствор облучают аналогично процессу кондиционирования гибридного материала, мы можем наблюдать сопоставимое изменение профиля УФ-видимого спектра (дополнительный рис.6б). Кроме того, исчезновение полосы поглощения при ~ 550 нм также можно заметить в обоих сценариях (т.е. старении и облучении), что предполагает (согласно анализу смоделированных спектров УФ-видимой области) образование ковалентной связи между CA и COH. Этот эффект оказывается важным для механизма, ответственного за возникновение эффекта LIIPS, как он обсуждается далее в тексте.

Гибридные материалы

Теперь, если мы рассмотрим чистый ZnO, полупроводник n-типа ~ 3.2–3,3 эВ, прямая запрещенная зона ^25,26, мы наблюдали типичное поведение, описанное в многочисленных статьях, и чисто анодный отклик на облучение с энергией фотонов, превышающей ширину оптической запрещенной зоны. Примечательно, что никаких признаков фотоэлектрохимического эффекта переключения фототока (дополнительный рис. 7a, b) замечено не было. Единственная отличительная особенность образца ZnO, выявленная в этом исследовании, по сравнению с данными, найденными в литературе ^27,28, – это его относительно низкое значение потенциала плоской полосы, которое было определено равным -0.92 В от NHE (дополнительный рис. 8) и довольно низкая энергия уровня Ферми по отношению к краю валентной зоны – запрещенная зона Φ _BP, определенная на основе измерений UPS, была равна 1,8 эВ (дополнительный рис. 9а). Однако эти расхождения могут быть результатом реструктуризации поверхности, вызванной гомогенизацией материала перед измерениями (см. Раздел «Методы»).

Интересные изменения можно наблюдать при модификации ZnO либо с помощью CA, либо системы, состоящей как из CA, так и COH.Примечательно, что в случае использования одного COH происходит разделение материалов, указывающее на то, что без опосредованного влияния CA взаимодействие COH с поверхностью ZnO незначительно – результат, который хорошо коррелирует с отсутствием каких-либо существенных различий в электронной структуре ZnO и COH @ ZnO определено на основе измерений UPS (единственное изменение – увеличение барьера межфазного дипольного слоя на ~ 0.2 эВ в последней системе), поэтому мы не обсуждаем далее образцы COH @ ZnO. В то же время CA координируется с поверхностью – скорее всего, через соседние гидроксильные и карбонильные группы ^12,29 – и сильно влияет не только на концентрацию носителей заряда (электронов) (как следует из наклонов, показанных на дополнительном рис.8), но также вызывает изменение полярности фототока для богатого кислородом электролита и потенциалов отрицательного электрода (дополнительный рис. 7c, d). В целом это согласуется с сильно акцепторным характером КА, и механизм переключения фототока может иметь аналогичную природу, как обсуждалось в наших предыдущих работах ^12,13. Дополнительное четкое свидетельство этого нового сильного взаимодействия между поверхностью ZnO и модификаторами можно найти в спектрах FTIR – можно заметить значительные сдвиги и / или частичное тушение полос поглощения, происходящих от гидроксильных и карбонильных групп CA (дополнительный рис.10).

Загадочная вещь здесь заключается в том, что хотя мы ясно видим дополнительные полосы поглощения в УФ-видимых спектрах композитов (дополнительный рис. 11), мы не наблюдали какой-либо фотосенсибилизации в спектрах действия фототока. Для системы, содержащей оба модификатора, мы зарегистрировали усиленные катодные фототоки и небольшой анодный сдвиг (около 0,1 В) переключающего потенциала (т. Е. Значения потенциала, при котором полярность фототока меняется на противоположную, дополнительный рис. 7e, f). В то же время мы увидели некоторые серьезные расхождения между тремя исследованными материалами, когда реакция на облучение была измерена в конфигурации зонда Кельвина (т.е.е. определение поверхностного фотоэдс, дополнительный рис. 12) – хотя во всех случаях мы наблюдали профили, типичные для полупроводника n-типа, их формы различаются (особенно в случае системы CA – COH @ ZnO), которые вместе с небольшими вариациями во временах релаксации, может быть связано с изменением процессов накопления носителей заряда в присутствии COH. И последнее, но не менее важное: при одновременном использовании двух модификаторов мы регистрировали резкие сигналы также для более длинных волн, наблюдение, которое, по-видимому, согласуется с предложенным переходом HOMO – LUMO в CA – COH части композита, который также приводит к заряду перераспределение.

Эффект ЛИИПС

Вышеупомянутое изменение механизмов накопления и транспорта носителей заряда, вызванное наличием дополнительных состояний захвата электронов, приводит к своеобразной реакции на облучение в случае композиционных материалов. Мы уже упоминали, что наиболее выраженные изменения могут быть замечены в электролитах, богатых кислородом, в частности, сильное усиление катодных фототоков происходит, когда в системе присутствует КА, и этот эффект дополнительно усиливается при добавлении COH.Это наблюдение согласуется с предыдущими исследованиями TiO ₂, CdS и PbMoO ₄, модифицированных СА или различными антрахиноновыми красителями ^12,13,30,31. В этих системах, в зависимости от приложенного потенциала, может происходить окисление воды или восстановление растворенного кислорода, что приводит к переключению фототока потенциал / длина волны.

Когда мы детально проанализировали исходные данные, мы заметили, что в коротковолновой области происходит дополнительное переключение фототока для образца CA – COH @ ZnO, которое нельзя объяснить, основываясь только на энергетике системы.Единственная разумная причина может заключаться в характеристиках источника света, которые не являются плоскими по интенсивности в этой области. По этой причине мы решили исследовать реакцию чистого ZnO и его гибридов на облучение на длине волны 365 нм с приложенным потенциалом, равным -300 мВ (что соответствует условиям, при которых мы впервые наблюдали переключение) в течение трех интенсивности света. Оказалось, что эффект ЛИИПС наблюдается исключительно в случае тройного гибрида (дополнительный рис.13) и требует облучения образца под воздействием потенциала из определенного окна потенциала перед основным измерением (рис. 2).

Примечательно, что величиной LIIPS можно управлять несколькими способами, например. через время облучения на этапе кондиционирования (когда время короче 10 мин, переключение полярности фототока обычно менее выражено для промежуточных интенсивностей света; поэтому мы назвали этот диапазон светового потока, где поведение системы трудно предсказать, и переключение может быть неполным, переходным).Более того, в ходе дальнейших исследований нам удалось доказать, что явление носит устойчивый характер, так как его проявление не зависит от направления изменения интенсивности света (дополнительный рис. 14) и не может быть полностью обращено вспять даже при обширных циклических изменениях. вольтамперометрическая обработка в доступном электрохимическом окне (-0,4 / + 0,5 В по сравнению с Ag / AgCl; хотя на нее в некоторой степени влияет переходный диапазон интенсивности; дополнительный рисунок 15).

Здесь мы можем констатировать, что эффект вызван не просто каким-то накоплением заряда, а скорее следствием трансформации гибридного материала, характерной для тройной системы.На основании уже представленных данных мы пришли к выводу, что длительное взаимодействие со светом приводит к модификации внутри пары CA – COH ³², закрепленной на поверхности ZnO – наиболее вероятный сценарий предполагает образование новой ковалентной связи между оба модификатора, приводящие к созданию дополнительного пути для транспорта носителей заряда, который способствует генерации катодных фототоков. След этого преобразования можно заметить как новый пик на дифференциальной импульсной вольтамперограмме (DPV) примерно при -400 мВ vs.Ag / AgCl (дополнительный рисунок 16).

Чтобы проверить, происходят ли какие-либо структурные изменения, когда модификаторы присутствуют в системе или после того, как процедура кондиционирования применяется к тройному материалу, использовалась сканирующая электронная микроскопия (дополнительный рис. 17). Мы пришли к выводу, что существенных расхождений в морфологии исследуемых материалов нет. Единственное отличие, которое, однако, является спорным, – это повышенная тенденция к агломерации в случае тройного гибрида (ср.Дополнительный рис. 17c или 17d с 17a или 17b). Мы дополнили изображения SEM данными энергодисперсионного рентгеновского анализа (EDS), который подтвердил состав образцов.

Для выяснения механизма LIIPS была использована спектроскопия электрохимического импеданса, зависящая от интенсивности света ³³, для определения времени жизни электронов. Значения, полученные для ZnO, лежат в диапазоне 0,5–1,17 с (что хорошо соответствует ранее опубликованным данным ³⁴), а влияние фотостарения практически незначительно.В соответствии с предыдущими исследованиями, более короткие времена жизни наблюдаются с увеличением интенсивности падающего света ^35,36.

Модификация поверхности ZnO молекулами CA приводит к небольшому уменьшению значения для наименьшего потока фотонов, что соответствует ожиданиям – введение модификатора, обладающего сильным акцепторным характером, должно способствовать уходу электронов с возможностью для некоторые вторичные процессы. Когда интенсивность света увеличивается, время жизни достигает значения, сравнимого с чистым ZnO – скорее всего, из-за ограниченного числа молекул, координированных с поверхностью ZnO, и насыщения процессов, в которых участвует CA.

Интересно, что для предварительно обработанного бинарного гибрида время жизни электронов при наименьшем потоке фотонов более чем в два раза больше, чем для свежего образца. Это на самом деле проливает свет на то, как может выглядеть первая стадия образования ковалентной связи CA – COH (см. Раздел «Обсуждение») – возможное объяснение включает частичное восстановление CA электронами из зоны проводимости ZnO, что меняет ее характер. в сторону более электронодонорной, препятствует вторичным процессам, за которые отвечает CA, и блокирует, в некоторой степени, межфазный перенос электронов.

Наиболее поразительное изменение происходит, когда в системе присутствует COH. Для свежего образца время жизни более чем в четыре раза больше, чем в случае чистого ZnO или гибрида CA @ ZnO, и немного увеличивается с потоком фотонов – это, вероятно, связано с захватом электронов внутри COH. Однако удивительно, что для необработанной системы не наблюдалось эффекта LIIPS, что может указывать на то, что COH, связанный водородными связями с CA, неэффективен в процессе восстановления кислорода.

После этапа кондиционирования значение при более низкой интенсивности падает до уровня, наблюдаемого для системы CA @ ZnO, но становится намного больше (до 6.6 с) при интенсивности света 1 мВт · см ⁻². Мы предполагаем, что подходящий путь для межфазного переноса электронов становится доступным, когда COH ковалентно связывается с CA. В результате COH эффективно служит буфером для электронов при более низкой интенсивности света, и предпочтение отдается «быстрому» восстановлению кислорода, давая катодные фототоки. В то же время более высокий поток фотонов приводит к заполнению электронных состояний COH, что, в свою очередь, позволяет электронам перемещаться к подложке, что приводит к анодному отклику.

Представленное обсуждение дает четкое свидетельство сложного, зависящего от интенсивности света поведения тройного гибрида. Наряду с изменением полярности фототока результаты указывают на конкурентный характер двух процессов межфазного переноса электрона, характеризующихся существенно разными константами скорости, что позволяет предположить, что на поверхности протекают две различные химические реакции. Наиболее вероятные из них связаны с окислением воды и восстановлением кислорода (см. Ниже).

Эффективность преобразования фототока фотоанодов из нанотрубок TiO2 в зависимости от интенсивности освещения, Electrochimica Acta

В настоящей работе мы исследуем фотоотклик фотоанодов из нанотрубок TiO ₂ в зависимости от интенсивности освещения и сравниваем его с компактными анодными слоями TiO ₂.В то время как для компактных слоев, в соответствии с ожиданиями, IPCE практически не зависит от интенсивности света, мы обнаружили для морфологии нанотрубок значительное увеличение величины IPCE с понижением интенсивности освещения. Кроме того, при малых интенсивностях света наблюдается заметное изменение спектров IPCE, существенное замедление кинетики переходного фототока, увеличение постоянных времени переноса заряда и анодный сдвиг оптического потенциала плоских зон.Мы связываем чувствительность IPCE и других эффектов фотоотклика в основном с накоплением и захватом дырок, вызванными более высокой интенсивностью освещения – этот эффект особенно силен из-за геометрии трубок. Наблюдаемые эффекты имеют важное значение для интерпретации и сопоставимости данных фототока TiO ₂ NT.

中文翻译：

TiO ₂ 纳米管光阳极的光电流转换效率与光照强度的关系

中， TiO ₂ 管光阳极的光响应的关系，并将其与 TiO ₂ 进行比较 _{尽管对于的. ， IPCE 与光强度无关，但发现管的形态显着增加 IPCE 的大小，同时降低了照明强度对于低光强度， IPCE电流动力学的显着减慢，电荷常数的增加以及光学平带电势的阳极移位。我们 IPCE 的敏感性和其他陷获 – 由于管的几何形状，这种效应强。观察到的效果对 TiO 的解释和可比性具有重要意义 ₂ NT 电流数据。}

Эффект силы света | PVEducation

Изменение интенсивности света, падающего на солнечный элемент, изменяет все параметры солнечного элемента, включая ток короткого замыкания, напряжение холостого хода, эффективность FF , а также влияние последовательных и шунтирующих сопротивлений.Интенсивность света на солнечном элементе называется количеством солнц, где 1 солнце соответствует стандартной освещенности при AM1,5, или 1 кВт / м ². Например, система с мощностью 10 кВт / м ², падающая на солнечный элемент, будет работать при 10 солнцах или 10-кратном увеличении. Фотоэлектрический модуль, предназначенный для работы в условиях 1 солнечного света, называется модулем с «плоской пластиной», а модули, использующие концентрированный солнечный свет, называются «концентраторами».

Влияние концентрации на ВАХ солнечного элемента.Последовательное сопротивление в большей степени влияет на характеристики при высокой интенсивности, а сопротивление шунта больше влияет на характеристики элемента при низкой интенсивности света.

Концентраторы

Концентратор – это солнечный элемент, предназначенный для работы при освещении более одного солнца. Падающий солнечный свет фокусируется или направляется оптическими элементами, так что световой луч высокой интенсивности падает на небольшой солнечный элемент. Концентраторы имеют несколько потенциальных преимуществ, включая более высокий потенциал эффективности, чем солнечные элементы с одним солнечным элементом, и возможность более низкой стоимости.Ток короткого замыкания от солнечного элемента линейно зависит от интенсивности света, так что устройство, работающее под 10 солнцами, будет иметь ток короткого замыкания в 10 раз больше, чем такое же устройство при работе на одном солнце. Однако этот эффект не обеспечивает повышения эффективности, поскольку падающая мощность также линейно увеличивается с концентрацией. Вместо этого преимущества эффективности возникают из-за логарифмической зависимости напряжения холостого хода от короткого замыкания. Следовательно, при концентрации V _oc увеличивается логарифмически с интенсивностью света, как показано в уравнении ниже;

где X – концентрация солнечного света.

Из приведенного выше уравнения, удвоение интенсивности света (X = 2) вызывает повышение напряжения V _OC на 18 мВ.

Стоимость концентрирующей фотоэлектрической системы может быть ниже, чем у соответствующей плоской фотоэлектрической системы, поскольку требуется только небольшая площадь солнечных элементов.

Эффективность концентрации может быть уменьшена из-за увеличения потерь в последовательном сопротивлении по мере увеличения тока короткого замыкания, а также из-за увеличения температуры работы солнечного элемента. Поскольку потери из-за тока короткого замыкания зависят от квадрата тока, потери мощности из-за последовательного сопротивления увеличиваются как квадрат концентрации.

Низкая интенсивность света

Солнечные элементы ежедневно меняют интенсивность света, при этом падающая мощность от солнца колеблется от 0 до 1 кВт / м. ². При слабом освещении влияние сопротивления шунта становится все более важным. По мере уменьшения интенсивности света точка смещения и ток через солнечный элемент также уменьшаются, и эквивалентное сопротивление солнечного элемента может начать приближаться к шунтирующему сопротивлению. Когда эти два сопротивления одинаковы, доля общего тока, протекающего через сопротивление шунта, увеличивается, тем самым увеличивая частичные потери мощности из-за сопротивления шунта.Следовательно, в облачных условиях солнечный элемент с высоким шунтирующим сопротивлением сохраняет большую долю своей первоначальной мощности, чем солнечный элемент с низким шунтирующим сопротивлением.

Поляризационно-зависимые фототоки в тонких пленках топологического изолятора Bi₂Se₃

Абстрактные

Топологические изоляторы – это новый класс трехмерных квантовых материалов, внутренняя часть или объем которых является изолятором, а поверхность – проводником. Bi₂Se₃ – прототип топологического изолятора, который физики Массачусетского технологического института изготавливают и изучают.Различные интересные свойства топологического изолятора включают протекание чистых спиновых токов и топологическую защиту. Чистый спиновой ток, в отличие от электрического тока, представляет собой чистый поток вращения без чистого потока заряда. Недавние исследования в Массачусетском технологическом институте показали, что сияющий лазерный свет с круговой поляризацией на топологическом изоляторе превращает чистый спиновый ток его поверхности в спин-поляризованный электрический ток. Зонная структура основной части топологического изолятора напоминает структуру обычного изолятора; зона проводимости и валентная зона разделены, между ними находится уровень Ферми.Однако для Bi₂Se₃ закон дисперсии проводящей поверхности может быть смоделирован конусом Дирака, пересекающим уровень Ферми. Электроны с противоположными спинами находятся на противоположных сторонах конуса Дирака. Освещение топологического изолятора светом с левой или правой круговой поляризацией уменьшает заселенность одной стороны конуса Дирака, оставляя на другой стороне требуемый электрический ток со спиновой поляризацией. В эксперименте, проведенном для этой диссертации, тонкие пленки Bi₂Se₃ были выращены на подложках из сапфира методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ).Затем на поверхности тонкой пленки изготавливали электрические устройства микронного размера, которые использовали для измерения поверхностных токов. Этапы этого эксперимента включали определение качества поверхности сапфировой подложки с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ), изготовление электрических устройств с Bi₂Se₃ с помощью процессов оптической литографии, ионного измельчения и электронно-лучевого осаждения металла. Фототоки в этих электрических устройствах были вызваны манипуляциями с оптикой и лазерами и измерялись с помощью малошумящей электроники.Экспериментальные результаты показали, что действительно можно индуцировать спин-поляризованные электрические токи на тонких пленках Bi₂Se₃, выращенных методом МПЭ. Требуемый фототок наблюдался, когда размер пятна лазерного луча был увеличен для одновременного освещения всего устройства Bi₂Se₃. Эти результаты нельзя было воспроизвести, когда лазер был более плотно сфокусирован на меньшей площади. Сканирование сфокусированного лазерного луча через Bi₂Se₃ подтвердило, что в разных точках индуцируются разные фототоки; Эти результаты привели нас к выводу, что в нашем устройстве было что-то неоднородное.Причина неоднородности этого устройства все еще исследуется.

Описание

Диссертация (S.B.) – Массачусетский технологический институт, факультет физики, 2012.

Внесено в каталог из версии диссертации в формате PDF.

Включает библиографические ссылки (стр. 67-68).

Отдел

Массачусетский Институт Технологий. Кафедра физики.

Издатель

Массачусетский технологический институт

Физика элементарных частиц – Зависимость фототока от частоты

На этот вопрос уже есть ответ :

Закрыт 5 лет назад.

Звучит как вопрос новичка, но не мог бы кто-нибудь объяснить мне, почему фототок не увеличивается, когда мы увеличиваем частоту падающего излучения? Я имею в виду, что увеличение частоты будет означать, что фотоны будут иметь более высокую энергию (E = hf), и эта увеличенная энергия должна соответствовать испускаемому фотоэлектрону. Поскольку фотоэлектроны имеют более высокую кинетическую энергию, они, очевидно, будут иметь более высокую скорость, а поскольку они будут иметь более высокую скорость, то в соотв.согласно этой формуле I = nea (vd), ток должен увеличиваться, но этого не происходит (по крайней мере, так написано в моем школьном учебнике). Было бы здорово, если бы кто-нибудь мог мне это объяснить!

Edit: я не предполагал, что более высокая частота сбивает несколько электронов. То, о чем я прошу, можно объяснить так. Скажем, для простоты, что фотодетектор находится в километре от фотоэлектронов, и он показывает ток как количество электронов, которые достигают его каждую секунду.Теперь давайте возьмем случай, когда, скажем, излучаемый свет испускает в общей сложности 10 электронов из данного светочувствительного материала с заданной частотой и интенсивностью, 5 со скоростью 1 км / с, а остальные 5 со скоростью 500. РС. Очевидно, что через секунду только 5 электронов достигли бы фотодетектора, и он показал бы ток как 5 электронов в секунду. Теперь, в другом случае с тем же устройством, давайте увеличим частоту света, не меняя его интенсивности, так что скорости испускаемых электронов примерно удвоятся.Несмотря на то, что испускаемые электроны остались прежними, скорости электронов теперь будут составлять 2 км / с для 5 электронов и 1 км / с для других 5 электронов. Теперь, очевидно, через секунду, все 10 электронов достигли бы фотодетектора по сравнению с только 5, когда частота была низкой, и фотодетектор показывал бы ток как 10 электронов в секунду. Это определенно противоречит тому факту, что фототок не зависит от частоты (учитывая, что частота выше работы выхода светочувствительного материала), поэтому я просто спрашиваю, как объяснить это противоречие.

Спасибо!

Влияние зависящей от топографии связи света через апертуру ближнего поля на локальный фототок солнечного элемента

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Влияние зависящей от топографии связи света через апертуру ближнего поля на локальный фототок солнечного элемента

Цао, З. (автор, ответственный за переписку) FZJ *; Эрмес, М.; Ленен, С.; Кариус, R.FZJ *; Биткау К. (Ответственный автор) FZJ *

2018
RSC Publ. Кембридж

Эта запись в других базах данных:

Пожалуйста, используйте постоянный идентификатор в цитатах: doi: 10.1039 / C7CP06783F

Abstract: Сканирующий ближнепольный оптический микроскоп апертурного типа (а-СБОМ) легко используется для оптических и оптоэлектронных характеристик широкого спектра химических, биологических и оптоэлектронных образцов с субволновым оптическим разрешением. Эти образцы в основном демонстрируют наноразмерные топографические вариации, которые связаны с локальной неоднородностью материала, обнаруженной либо оптическим контрастом, либо вторичными эффектами, такими как фотопроводимость или фотолюминесценция.На сегодняшний день при интерпретации и оценке результатов измерений с помощью СБОМ или производных методов часто учитывается только локальная неоднородность материала. Возможное влияние оптического взаимодействия между сканирующим зондом и топографией поверхности обсуждается редко. В этой статье мы представляем экспериментальное и теоретическое исследование влияния наноразмерных топографических особенностей на результаты измерений СБОМ. Мы проводим локальные измерения фототока на тонкопленочном солнечном элементе с a-SNOM в качестве источника освещения.Четкая корреляция между откликом фототока и локальной топографией наблюдается во всех измерениях с контрастом сигнала до ~ 30%, хотя образец имеет однородную диэлектрическую проницаемость и электрические свойства. С помощью моделирования во временной области с конечной разностью (FDTD) эта корреляция воспроизводится, и локальная световая связь идентифицируется как механизм, который определяет локальный отклик фототока. Наши результаты показывают, что на измерения любого образца с неоднородностью материала на основе SNOM будет накладываться локальный эффект световой связи, если существует вариация топографии поверхности.