Definition
Ein photoelektrischer Wandler ist ein Halbleiterbauteil, das Lichtenergie in elektrische Energie umwandelt. Er verwendet ein lichtempfindliches Element, das Elektronen emittiert, wenn es von Licht getroffen wird, wodurch die elektrischen Eigenschaften des Elements verändert und ein Strom proportional zur Intensität des absorbierten Lichts induziert wird. Die folgende Schaltzeichnung illustriert die Struktur des Halbleitermaterials.
Ein photoelektrischer Wandler absorbiert das auf sein Halbleitermaterial auftreffende Licht. Diese Absorption aktiviert die Elektronen des Materials, sodass sie sich bewegen. Die Elektronenbewegung erzeugt eines von drei Effekten:
Eine Veränderung des Widerstands des Materials.
Eine Veränderung des Ausgangsstroms des Halbleiters.
Eine Veränderung der Ausgangsspannung des Halbleiters.
Klassifizierung photoelektrischer Wandler
Photoelektrische Wandler werden wie folgt klassifiziert:
Photoemissionszelle
Eine Photoemissionszelle wandelt Photonen in elektrische Energie um. Sie enthält einen Anodenstab und eine Kathodenplatte, die beide mit einem photoemissiven Material wie Caesiumantimon beschichtet sind.
Wenn Lichtstrahlung die Kathodenplatte trifft, beginnen Elektronen, von der Kathode zur Anode zu fließen. Beide, die Anode und die Kathode, sind in einem geschlossenen, undurchsichtigen evakuierten Rohr versiegelt. Wenn Lichtstrahlung das versiegelte Rohr erreicht, werden Elektronen von der Kathode emittiert und bewegen sich in Richtung Anode.
Die Anode wird an einem positiven Potential gehalten, was einen photoelektrischen Strom durch sie fließen lässt. Die Größe dieses Stroms ist direkt proportional zur Intensität des Lichts, das durch das Rohr fällt.
Photoleitende Zelle
Eine photoleitende Zelle wandelt Lichtenergie in elektrischen Strom um. Sie verwendet Halbleitermaterialien wie Cadmiumselenid, Germanium (Ge) oder Selen (Se) als lichtempfindliches Element.
Wenn ein Lichtstrahl das Halbleitermaterial trifft, nimmt seine Leitfähigkeit zu, und das Material wirkt wie ein geschlossener Schalter. Der Strom fließt dann durch das Material und lenkt den Zeiger eines Messgeräts ab.
Photovoltaische Zelle
Eine photovoltaische Zelle ist eine Art aktiver Wandler. Der Strom beginnt in der photovoltaischen Zelle zu fließen, wenn eine Last angeschlossen wird. Silicium und Selen werden häufig als Halbleitermaterialien verwendet. Wenn das Halbleitermaterial Licht (nicht Wärme) absorbiert, beginnen seine freien Elektronen sich zu bewegen – ein Phänomen, das als photovoltaischer Effekt bekannt ist.
Die Bewegung der Elektronen erzeugt einen Strom in der Zelle, der als photoelektrischer Strom bezeichnet wird.
Photodiode
Eine Photodiode ist ein Halbleiterbauteil, das Licht in Strom umwandelt. Wenn eine Photodiode Lichtenergie absorbiert, beginnen die Elektronen in ihrem Halbleitermaterial sich zu bewegen. Die Photodiode hat eine sehr kurze Reaktionszeit und ist so konzipiert, dass sie unter Rückwärtsvorspannung arbeitet.
Phototransistor
Ein Phototransistor ist ein Bauteil, das Lichtenergie in elektrische Energie umwandelt und sowohl Strom als auch Spannung erzeugt.
Photovoltaische Zelle
Eine photovoltaische Zelle ist ein bipolares Gerät, das aus Halbleitermaterial besteht, das in einem transparenten Behälter eingeschlossen ist, sodass Licht leicht das lichtempfindliche Element erreichen kann. Wenn das Element Licht absorbiert, beginnt ein Strom vom Basisanschluss zum Emitterschluss des Geräts zu fließen, der dann in Spannung umgewandelt wird.
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