Proiectare de fotocelule de supapă
În principiu, designul tuturor fotocelulelor cu un strat de blocare este același. În fiecare caz specific, desigur, pot exista unele diferențe, dar ele nu schimbă natura generală a construcției fotocelulei. Numai forma celulei fotocelule, dimensiunile acesteia, metodele de aplicare a electrodului superior, retragerea unor astfel de electrozi etc. pot varia.
De obicei, fabricarea unei fotocelule de supapă începe cu un așa numit electrod inferior - o placă metalică de 1-2 mm grosime, pe care se aplică un strat subțire de semiconductor. Stratul semiconductor este apoi procesat pentru a crea o joncțiune p-n în grosimea sa. După aceea, pe suprafața exterioară în majoritatea cazurilor se aplică un electrod metalic superior, care este un strat subțire translucid de metal care transmite lumina.
Uneori, procesarea unui strat semiconductor pentru a crea o joncțiune pn se efectuează atunci când un electrod metalic superior este deja aplicat. Există cazuri de procesare a unui semiconductor în absența ambelor electrozi. Acestea din urmă sunt create după formarea joncțiunii p-n în stratul semiconductor. În unele fotocelule, joncțiunea p-n este formată în timpul aplicării electrodului superior.
Astfel, celula solară supapă include un electrod inferior de metal, stratul semiconductor de electroni (sau gaura), strat barieră, gaura (sau electron) strat, un electrod translucid metalic superior (Fig. 1).
Photocellul este plasat într-un dorn de plastic cu o fereastră pentru lumină. Două borne de curent sunt fixate în dorn, unul este conectat la cel inferior, celălalt - la electrodul superior. Pentru a proteja suprafața exterioară a fotocelulei de efectele nocive ale aerului atmosferic, uneori este acoperită cu un lac clar. Unele tipuri de fotocelule sunt plasate într-un mic con de sticlă, din care este pompat aerul sau este umplut cu un gaz inert.
Dacă fotocelula este fabricat dintr-un material semiconductor foarte bun conducător, cum ar fi siliciu sau germaniu, electrodul superior poate fi format ca un inel, dacă suprafața fotosensibil are o formă de disc, sau un cadru dreptunghiular. Desigur, pot exista și alte soluții.
Fluxul radiant care apare pe suprafața fotocelulei reflectă parțial din electrodul metalic translucid și este parțial absorbit în el. O parte a curentului care a trecut prin electrod este absorbit în stratul semiconductor adiacent acestuia. Ca urmare, în acest strat apar perechi de electroni. Electronii se concentrează pe electrodul care acoperă stratul semiconductor, în care se află mecanismul electronic de conducere și găurile de pe electrodul semiconductorului cu orificii. Între electrodul inferior și superior există o diferență de potențial, valoarea căreia la o anumită limită va fi mai mare, cu atât intensitatea fluxului radiant este mai mare. Prin închiderea electrozilor fotocelulei cu un circuit extern, vom crea condiții pentru fluxul de curent electric în el. Deci, până când se va aprinde fotocelula, iar în intervalul fluxurilor mici de lumină cu o valoare limită de 1 lumen, curentul de scurtcircuit al fotocelulei depinde, practic, liniar de intensitatea fluxului luminos. Atunci când o rezistență externă este inclusă în circuitul fotocelulei, această liniaritate este încălcată.
În ultimii ani, atenția fizicienilor sa concentrat asupra producției de fotocelule din materiale noi care au o sensibilitate semnificativă integrată. În acest caz, provocări suplimentare - cât mai mult posibil pentru a extinde răspunsul spectral al fotocelulei pe care el a simțit nu numai întregul spectru vizibil, dar, de asemenea, poate mai invizibil - violet infraroșu și ultra.
Creșterea sensibilității integrale și lărgirea caracteristicilor spectrale ale unei fotocelule au o semnificație imensă. O fotocelula care detectează o parte semnificativă a spectrului spectral infraroșu și ultraviolet ar avea posibilități foarte largi de aplicare într-o gamă largă de domenii tehnice. Astfel de celule solare nu există încă, luptă atât de clar pentru extinderea caracteristicilor spectrale ale celulei solare în direcția părții în infraroșu a spectrului ca surse de lumină de temperatură a căror energie eliminari radiație maximă este în regiunea infraroșu.
Procesele fotovoltaice care apar în fotocelulele de poartă au o inerție vizibilă care afectează forma caracteristicilor lor de frecvență. Această inerție apare în principal datorită faptului că fotocelulele au o capacitate proprie, mult mai mare decât capacitatea fotocelulelor cu efect fotoelectric extern. De aceea, atunci când un flux de lumină variabil cade pe o fotocelula de supapă cu o anumită frecvență, curentul care apare este dependent de această frecvență: fotocurentul scade cu frecvență în creștere. Natura acestei scăderi este diferită pentru diferite tipuri de fotocelule.
O scădere puternică a puterii de ieșire a majorității fotocelulelor de supapă, cu frecvență în creștere, limitează utilizarea lor în cazul fluxurilor de lumină variabile de frecvență relativ înaltă, de exemplu, în cinema sonor. Cu toate acestea, în ciuda inerției, cu câțiva ani în urmă, fotocelulele de sulf-tolliu au fost utilizate cu succes pentru reproducerea sunetului în unele cinematografe din Leningrad.
Valva fotocelulelor sunt fabricate din materiale semiconductoare fotosensibile diferite. Fotocelule seleniu pe scară largă. Seleniul fotocelula spectrale aproape caracteristic sensibilității ochiului uman, maximul de sensibilitate spectrală este în intervalul 5500-6000 A .. (0.55-0.6 microni), adică se află. partea vizibilă a spectrului (figura 2). Sensibilitatea integrală a unei fotocelule de seleniu atinge 600 μA / lm, adică depășește sensibilitatea fotocelulelor cu un efect fotoelectric extern.
Celulele foto din sulfura de argint (Ag2S) - FESS sunt și mai răspândite. Sensibilitatea integral FESS atinge 9000 uA / lm, destul de largi spectrale caracteristice (de la 0,4 până la 1,4 microni), cu o sensibilitate maximă în infraroșu apropiat (0.8-0.9 microni). Fotocunele de argint-argint au o stabilitate ridicată în funcționare.