Fotoprzewodnik

Definicja

Fotoprzemiennik to urządzenie półprzewodnikowe, które przekształca energię światła w energię elektryczną. Wykorzystuje on element fotosensytywny, który emituje elektrony, gdy jest oświetlany, co zmienia właściwości elektryczne elementu i indukuje prąd proporcjonalny do intensywności pochłoniętego światła. Poniższy schemat ilustruje strukturę materiału półprzewodnikowego.

Fotoprzemiennik absorbuje promieniowanie świetlne padające na materiał półprzewodnikowy. Ta absorpcja pobudza elektrony materiału, powodując ich ruch. Ruchowość elektronów powoduje jedno z trzech efektów:

• Zmiana oporu materiału.

• Zmiana prądu wyjściowego półprzewodnika.

• Zmiana napięcia wyjściowego półprzewodnika.

Klasyfikacja fotoprzemienników

Fotoprzemienniki klasyfikowane są następująco:

Komórka fotoemisyjna

Komórka fotoemisyjna przekształca fotony w energię elektryczną. Zawiera ona anodową drucik i katodową płytę, obie pokryte materiałami fotoemisyjnymi, takimi jak antymon cezowy.

Gdy promieniowanie świetlne uderza w płytę katodową, elektrony zaczynają płynąć od katody do anody. Oba elektrody są zamknięte w hermetycznej, nieprzezroczystej próżniowej rurce. Gdy promieniowanie świetlne dociera do zamkniętej rurki, elektrony są emitowane z katody i poruszają się w kierunku anody.

Anoda jest utrzymywana pod dodatnim potencjałem, co powoduje, że przez nią płynie prąd fotoelektryczny. Wielkość tego prądu jest bezpośrednio proporcjonalna do intensywności światła przechodzącego przez rurkę.

Komórka fotoopornicza

Komórka fotoopornicza przekształca energię świetlną w prąd elektryczny. Wykorzystuje ona materiały półprzewodnikowe, takie jak selenkad, german (Ge) lub selen (Se) jako element fotosensytywny.

Gdy promień świetlny uderza w materiał półprzewodnikowy, jego przewodność wzrasta, a materiał działa jak zamknięty przełącznik. Prąd płynie przez materiał, odchylając wskaźnik miernika.

Komórka fotowoltaiczna

Komórka fotowoltaiczna to rodzaj aktywnego przetwornika. Prąd zaczyna płynąć w komórce fotowoltaicznej, gdy do niej podłączony jest obciążenie. Najczęściej używanymi materiałami półprzewodnikowymi są krzem i selen. Gdy materiał półprzewodnikowy absorbuje światło (nie ciepło), jego wolne elektrony zaczynają się poruszać – zjawisko to nazywane jest efektem fotowoltaicznym.

Ruch elektronów generuje prąd w komórce, znany jako prąd fotoelektryczny.

Fotodioda

Fotodioda to urządzenie półprzewodnikowe, które przekształca światło w prąd. Gdy fotodioda absorbuje energię świetlną, elektrony w jej materiale półprzewodnikowym zaczynają się poruszać. Fotodioda ma bardzo krótki czas odpowiedzi i jest zaprojektowana do działania przy odwróconym biegunie.

Fototranzystor

Fototranzystor to urządzenie, które przekształca energię świetlną w energię elektryczną, generując zarówno prąd, jak i napięcie.

Komórka fotowoltaiczna

Komórka fotowoltaiczna to bipolarne urządzenie składające się z materiału półprzewodnikowego umieszczonego w przezroczystym pojemniku, co umożliwia łatwe dotarcie światła do elementu fotosensytywnego. Gdy element absorbuje światło, prąd zaczyna płynąć od bazy do emitera urządzenia, który następnie jest przekształcany w napięcie.