Фотоелектричний перетворювач
Визначення
Фотоелектричний перетворювач - це напівпровідниковий пристрій, який перетворює світлову енергію на електричну. Він використовує фоточутливий елемент, який виділяє електрони при освітленні, що змінює електричні властивості елемента і спричиняє струм, пропорційний інтенсивності поглинутого світла. Схема нижче ілюструє структуру напівпровідникового матеріалу.
Фотоелектричний перетворювач поглинає світлове випромінювання, що потрапляє на його напівпровідниковий матеріал. Це поглинання надає енергії електронам матеріалу, що призводить до їхнього руху. Електронна подвижність викликає одне з трьох ефектів:
Класифікація фотоелектричних перетворювачів
Фотоелектричні перетворювачі класифікуються наступним чином:
Фотоемісійна комірка
Фотоемісійна комірка перетворює фотони на електричну енергію. Вона містить анодну штангу та катодну пластину, обидві покриті фотоемісійним матеріалом, таким як цезієвий сурмій.
Коли світлове випромінювання ударяє у катодну пластину, електрони починають рухатися від катода до анода. Обидва, анод і катод, запечатані в замкнутій, непрозорій вакуумній трубці. Коли світлове випромінювання досягає запечатаної трубки, електрони віддаються з катода і рухаються до анода.
Анод підтримується на додатному потенціалі, що призводить до потоку фотоелектричного струму через нього. Масштаб цього струму прямо пропорційний інтенсивності світла, що проходить через трубку.
Фотоопорна комірка
Фотоопорна комірка перетворює світлову енергію на електричний струм. Вона використовує напівпровідникові матеріали, такі як кадмієвий селен, германій (Ge) або селен (Se) як фоточутливий елемент.
Коли світловий промінь ударяє у напівпровідниковий матеріал, його провідність збільшується, і матеріал діє як закритий перемикач. Тоді струм протікає через матеріал, відхиляючи стрілку вольтметра.
Фотовольтаїчна комірка
Фотовольтаїчна комірка - це тип активного перетворювача. Струм починає протікати в фотовольтаїчній комірці, коли до неї під'єднують навантаження. Широко використовуються кремній і селен як напівпровідникові матеріали. Коли напівпровідниковий матеріал поглинає світло (а не тепло), його вільні електрони починають рухатися - цей явище називається фотовольтаїчним ефектом.
Рух електронів генерує струм в комірці, відомий як фотоелектричний струм.
Фотодіод
Фотодіод - це напівпровідниковий пристрій, який перетворює світло на струм. Коли фотодіод поглинає світлову енергію, електрони в його напівпровідниковому матеріалі починають рухатися. Фотодіод має дуже короткий час відгуку і призначений для роботи за оберненим напруженням.
Фототранзистор
Фототранзистор - це пристрій, який перетворює світлову енергію на електричну, генеруючи як струм, так і напругу.
Фотовольтаїчна комірка
Фотовольтаїчна комірка - це біполярний пристрій, складений з напівпровідникового матеріалу, заключеного в прозорий контейнер, що дозволяє світлу легко досягати фоточутливого елемента. Коли елемент поглинає світло, струм починає протікати від основи до емітера пристрою, який потім перетворюється на напругу.
