सरल अनुभव प्रदर्शित करता है. यदि इलेक्ट्रोस्कोप (एक उपकरण जो विद्युत आवेश की उपस्थिति दर्शाता है) से जुड़ी नकारात्मक चार्ज वाली जिंक प्लेट को पराबैंगनी लैंप की रोशनी से रोशन किया जाए, तो इलेक्ट्रोस्कोप की सुई बहुत जल्दी शून्य अवस्था में चली जाएगी। यह इंगित करता है कि चार्ज प्लेट की सतह से गायब हो गया है। यदि यही प्रयोग धनावेशित प्लेट के साथ किया जाए तो इलेक्ट्रोस्कोप सुई बिल्कुल भी विक्षेपित नहीं होगी। यह प्रयोग सबसे पहले 1888 में रूसी भौतिक विज्ञानी अलेक्जेंडर ग्रिगोरिएविच स्टोलेटोव द्वारा किया गया था।

अलेक्जेंडर ग्रिगोरिएविच स्टोलेटोव

जब किसी पदार्थ पर प्रकाश पड़ता है तो उसका क्या होता है?

हम जानते हैं कि प्रकाश विद्युत चुम्बकीय विकिरण है, क्वांटम कणों की एक धारा - फोटॉन। जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण किसी धातु पर पड़ता है, तो इसका कुछ भाग सतह से परावर्तित हो जाता है, और कुछ सतह की परत द्वारा अवशोषित हो जाता है। अवशोषित होने पर, एक फोटॉन अपनी ऊर्जा इलेक्ट्रॉन को छोड़ देता है। इस ऊर्जा को प्राप्त करने के बाद, इलेक्ट्रॉन कार्य करता है और धातु की सतह को छोड़ देता है। प्लेट और इलेक्ट्रॉन दोनों पर ऋणात्मक आवेश होता है, इसलिए वे एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं और इलेक्ट्रॉन सतह से बाहर निकल जाते हैं।

यदि प्लेट धनात्मक रूप से आवेशित है, तो सतह से बाहर निकला नकारात्मक इलेक्ट्रॉन फिर से इसकी ओर आकर्षित होगा और इसकी सतह नहीं छोड़ेगा।

खोज का इतिहास

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की घटना की खोज 19वीं शताब्दी की शुरुआत में की गई थी।

1839 में, फ्रांसीसी वैज्ञानिक अलेक्जेंड्रे एडमंड बेकरेल ने एक धातु इलेक्ट्रोड और एक तरल (इलेक्ट्रोलाइट) के इंटरफेस पर फोटोवोल्टिक प्रभाव देखा।

अलेक्जेंडर एडमंड बेकरेल

1873 में, अंग्रेजी इलेक्ट्रिकल इंजीनियर स्मिथ विलोबी ने पाया कि यदि सेलेनियम विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संपर्क में आता है, तो इसकी विद्युत चालकता बदल जाती है।

1887 में विद्युत चुम्बकीय तरंगों पर प्रयोग करते समय, जर्मन भौतिक विज्ञानी हेनरिक हर्ट्ज़ ने देखा कि एक आवेशित संधारित्र बहुत तेजी से डिस्चार्ज होता है यदि इसकी प्लेटों को पराबैंगनी विकिरण से रोशन किया जाता है।

हेनरिक हर्ट्ज़

1888 में, जर्मन प्रायोगिक भौतिक विज्ञानी विल्हेम गैलवाक्स ने पाया कि जब किसी धातु को शॉर्ट-वेव पराबैंगनी विकिरण से विकिरणित किया जाता है, तो धातु अपना नकारात्मक चार्ज खो देती है, यानी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की घटना देखी जाती है।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के अध्ययन में एक बड़ा योगदान रूसी भौतिक विज्ञानी अलेक्जेंडर ग्रिगोरिएविच स्टोलेटोव द्वारा किया गया था, जिन्होंने 1888-1890 में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के अध्ययन पर विस्तृत प्रयोग किए थे। ऐसा करने के लिए, उन्होंने दो समानांतर डिस्क से युक्त एक विशेष उपकरण डिज़ाइन किया। इनमें से एक डिस्क कैथोड, धातु से बना, एक कांच के मामले के अंदर था। एक और डिस्क एनोड, क्वार्ट्ज ग्लास से बने केस के अंत में लगाई गई एक धातु की जाली थी। क्वार्ट्ज ग्लास को वैज्ञानिक ने संयोग से नहीं चुना था। तथ्य यह है कि यह पराबैंगनी विकिरण सहित सभी प्रकार की प्रकाश तरंगों को प्रसारित करता है। साधारण कांच पराबैंगनी विकिरण को रोकता है। हवा को आवास से बाहर पंप किया गया। प्रत्येक डिस्क पर एक वोल्टेज लागू किया गया था: कैथोड के लिए नकारात्मक, एनोड के लिए सकारात्मक।

स्टोलेटोव का अनुभव

प्रयोगों के दौरान, वैज्ञानिक ने कैथोड को कांच के माध्यम से लाल, हरे, नीले और पराबैंगनी प्रकाश से रोशन किया। धारा का परिमाण एक गैल्वेनोमीटर द्वारा दर्ज किया गया था, जिसमें मुख्य तत्व एक दर्पण था। प्रकाश धारा के परिमाण के आधार पर, दर्पण विभिन्न कोणों पर विक्षेपित हुआ। पराबैंगनी किरणों का प्रभाव सबसे अधिक था। और स्पेक्ट्रम में इनकी संख्या जितनी अधिक होगी, प्रकाश का प्रभाव उतना ही अधिक होगा।

स्टोलेटोव ने पाया कि प्रकाश के प्रभाव में केवल नकारात्मक चार्ज जारी होते हैं।

कैथोड विभिन्न धातुओं से बना होता था। प्रकाश के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील एल्यूमीनियम, तांबा, जस्ता, चांदी और निकल जैसी धातुएँ थीं।

1898 में, यह पता चला कि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के दौरान निकलने वाले नकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉन होते हैं।

और 1905 में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की घटना को ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के कानून के एक विशेष मामले के रूप में समझाया।

बाहरी फोटो प्रभाव

बाहरी फोटो प्रभाव

विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रभाव में किसी पदार्थ से इलेक्ट्रॉन निकलने की प्रक्रिया कहलाती है बाहरी फोटो प्रभाव, या फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन. सतह से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन कहलाते हैं फोटोइलेक्ट्रॉन. तदनुसार, उनकी क्रमबद्ध गति के दौरान जो विद्युत धारा बनती है, उसे कहा जाता है फोटोवर्तमान.

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का पहला नियम

फोटोकरंट की ताकत चमकदार प्रवाह घनत्व के सीधे आनुपातिक है. विकिरण की तीव्रता जितनी अधिक होगी, 1 सेकंड में कैथोड से इलेक्ट्रॉनों की संख्या उतनी ही अधिक होगी।

प्रकाश प्रवाह की तीव्रता फोटॉन की संख्या के समानुपाती होती है। जैसे-जैसे फोटॉन की संख्या बढ़ती है, धातु की सतह को छोड़ने और फोटोकरंट बनाने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या बढ़ जाती है। फलस्वरूप धारा बढ़ जाती है।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का दूसरा नियम

प्रकाश द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा प्रकाश की आवृत्ति के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है और इसकी तीव्रता पर निर्भर नहीं करती है.

सतह पर आपतित फोटॉन की ऊर्जा बराबर होती है:

ई = एच ν ,कहाँ ν - घटना फोटॉन की आवृत्ति; एच - प्लैंक स्थिरांक.

ऊर्जा प्राप्त करके इ , इलेक्ट्रॉन एक कार्य कार्य करता है φ . शेष ऊर्जा फोटोइलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा है।

ऊर्जा संरक्षण का नियम निम्नलिखित समानता का तात्पर्य करता है:

h·ν=φ + W इ , कहाँ हम - धातु से प्रस्थान के समय एक इलेक्ट्रॉन की अधिकतम गतिज ऊर्जा।

h·ν=φ + m वी 2 /2

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का तीसरा नियम

प्रत्येक पदार्थ के लिए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की एक लाल सीमा होती है, यानी प्रकाश की न्यूनतम आवृत्ति मिनट(या अधिकतम तरंग दैर्ध्य λ अधिकतम), जिस पर फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अभी भी संभव है, और यदि ν˂ ν मिनट, तो फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अब नहीं होता है।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रकाश की एक निश्चित आवृत्ति से प्रारंभ होकर प्रकट होता है मिनट . इस आवृत्ति पर, कॉल किया गया फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की "लाल" सीमा, इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन शुरू होता है।

एच ν मिनट = φ .

यदि फोटॉन आवृत्ति कम है मिनट , इसकी ऊर्जा धातु से एक इलेक्ट्रॉन को "बाहर निकालने" के लिए पर्याप्त नहीं होगी।

आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव

यदि, विकिरण के प्रभाव में, इलेक्ट्रॉन अपने परमाणुओं के साथ संबंध खो देते हैं, लेकिन ठोस और तरल अर्धचालक और ढांकता हुआ नहीं छोड़ते हैं, लेकिन उनके अंदर मुक्त इलेक्ट्रॉनों के रूप में रहते हैं, तो इस फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव को आंतरिक कहा जाता है। परिणामस्वरूप, ऊर्जा अवस्थाओं के बीच इलेक्ट्रॉनों का पुनर्वितरण होता है। आवेश वाहकों की सांद्रता बदल जाती है और a फोटोकंडक्टिविटी(प्रकाश के संपर्क में आने पर चालकता में वृद्धि)।

आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव भी शामिल है वाल्व फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, या अवरोधक परत में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव. यह फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव तब होता है, जब प्रकाश के प्रभाव में, इलेक्ट्रॉन किसी पिंड की सतह को छोड़ देते हैं और दूसरे संपर्क पिंड में चले जाते हैं - एक अर्धचालक या इलेक्ट्रोलाइट।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का अनुप्रयोग

वे सभी उपकरण जिनका संचालन सिद्धांत फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर आधारित है, कहलाते हैं फोटोकल्स. दुनिया का पहला फोटोकेल स्टोलेटोव का उपकरण था, जिसे उन्होंने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का अध्ययन करने के लिए प्रयोग करने के लिए बनाया था।

स्वचालन और टेलीमैकेनिक्स में विभिन्न प्रकार के उपकरणों में फोटोसेल का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। फोटोकल्स के बिना, कंप्यूटर संख्यात्मक नियंत्रण (सीएनसी) मशीनों को नियंत्रित करना असंभव है, जो मानव हस्तक्षेप के बिना चित्र के अनुसार भागों का निर्माण कर सकते हैं। इनकी सहायता से फिल्म से ध्वनि पढ़ी जाती है। वे विभिन्न नियंत्रण उपकरणों का हिस्सा हैं और सही समय पर डिवाइस को रोकने और ब्लॉक करने में मदद करते हैं। फोटोसेल्स की मदद से, स्ट्रीट लाइट रात होते ही चालू हो जाती है और भोर में बंद हो जाती है। वे मेट्रो में टर्नस्टाइल और जमीन पर बीकन को नियंत्रित करने में मदद करते हैं, और जब ट्रेन क्रॉसिंग के पास पहुंचती है तो बाधा को कम करते हैं। इनका उपयोग दूरबीनों और सौर पैनलों में किया जाता है।

वाल्व फोटो प्रभाव

अवरोधक परत में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव - विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रभाव में होता है वैद्युतवाहक बल(फोटोवोल्टेज) एक प्रणाली में जिसमें दो अलग-अलग पीपी या पीपी और धातु से संपर्क होता है। सबसे बड़ा व्यावहारिक रुचि की बात है एफ. वी. पी-आई संक्रमण में और हेटेरोजंक्शनएफ.वी. फोटोवोल्टिक में उपयोग किया जाता है। जनरेटर, पीपी में फोटोडायोड, फोटोट्रांजिस्टरवगैरह।

. 2004 .

देखें अन्य शब्दकोशों में "वाल्व फोटो प्रभाव" क्या है:

क्वांटम यांत्रिकी ... विकिपीडिया

ऊर्जा के अनुसार इलेक्ट्रॉनों का पुनर्वितरण। ठोस और तरल पीपी और डाइलेक्ट्रिक्स में स्थितियाँ, विद्युत चुंबकत्व के प्रभाव में होती हैं। विकिरण. एफ.वी. एक नियम के रूप में, इसका पता माध्यम में वर्तमान वाहकों की सांद्रता में परिवर्तन से लगाया जाता है, अर्थात... की उपस्थिति से। बिग इनसाइक्लोपीडिक पॉलिटेक्निक डिक्शनरी

वाल्व फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव- आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, जिसमें ईएमएफ होता है। [अनुशंसित शर्तों का संग्रह. अंक 79. भौतिक प्रकाशिकी। यूएसएसआर की विज्ञान अकादमी। वैज्ञानिक एवं तकनीकी शब्दावली समिति। 1970] विषय: भौतिक प्रकाशिकी सामान्य शब्द परिवर्तन... ... तकनीकी अनुवादक मार्गदर्शिका

फोटो प्रभाव, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रभाव में अंतर-परमाणु बंधों से एक ठोस शरीर के इलेक्ट्रॉनों की रिहाई से जुड़ी घटनाओं का एक समूह। ये हैं: 1) बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, या फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन, सतह से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन... ... आधुनिक विश्वकोश

विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रभाव में किसी ठोस (या तरल) से इलेक्ट्रॉनों की रिहाई से जुड़ी एक घटना। ये हैं:..1) बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, प्रकाश के प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन (फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन), ? विकिरण, आदि;..2)… … बड़ा विश्वकोश शब्दकोश

फोटो प्रभाव- (1) दो असमान अर्धचालकों के बीच या विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रभाव में एक अर्धचालक और एक धातु के बीच इलेक्ट्रोमोटिव बल (फोटोईएमएफ) का वाल्व उत्पादन; (2) एफ. बाहरी (फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन) इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन ... बिग पॉलिटेक्निक इनसाइक्लोपीडिया

ए; एम. भौतिक. प्रकाश ऊर्जा के प्रभाव में किसी पदार्थ के गुणों में परिवर्तन; प्रकाश विद्युत प्रभाव। * * * फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रभाव में किसी ठोस (या तरल) से इलेक्ट्रॉनों की रिहाई से जुड़ी एक घटना है। अंतर करना:... ... विश्वकोश शब्दकोश

वाल्व फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव

अवरोधक परत का फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव- उज़ट्वारिनिस फ़ोटोफ़ेक्टस स्टेटसस टी स्रिटिस फ़िज़िका एटिटिकमेनिस: अंग्रेजी। बाधा परत फोटो प्रभाव; बाधा परत फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव; फोटोवोल्टिक प्रभाव वोक. Sperrschichtphotoeffekt, एम रस। गेट फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, एम; फोटोवोल्टिक प्रभाव, मी;

टीवी इलेक्ट्रॉनों की रिहाई से जुड़ी एक घटना। बिजली के प्रभाव में शरीर (या तरल)। मैग. विकिरण. वे भेद करते हैं: ext. प्रकाश (फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन), वाई विकिरण, आदि के प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों का पीएच उत्सर्जन; आंतरिक एफ. वृद्धि... ... प्राकृतिक विज्ञान। विश्वकोश शब्दकोश

कार्य का लक्ष्य:वाल्व फोटोकेल से परिचित होना, इसकी वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं का अध्ययन।

काम:विभिन्न रोशनी के तहत वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं का एक परिवार लें, इष्टतम लोड प्रतिरोध निर्धारित करें और फोटोकेल की दक्षता का मूल्यांकन करें।

उपकरण और सहायक उपकरण:, सिलिकॉन फोटोकेल, प्रतिरोध भंडार, मिलीवोल्टमीटर, मिलीमीटरमीटर।

परिचय

वाल्व फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव में वाल्व में एक फोटो-ईएमएफ की उपस्थिति होती है, यानी, जब यह प्रकाशित होता है तो सुधार, संपर्क होता है। सबसे बड़ा व्यावहारिक अनुप्रयोग पी-एन जंक्शन में देखा गया गेट फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव है। ऐसा संक्रमण आमतौर पर क्रिस्टलीय अर्धचालक के आंतरिक क्षेत्र में होता है, जहां डोपेंट का प्रकार (स्वीकर्ता से दाता तक) और संबंधित प्रकार की चालकता (छेद से इलेक्ट्रॉन तक) बदल जाती है।

यदि पी- और एन-प्रकार के अर्धचालकों के बीच कोई संपर्क नहीं है, तो उनके ऊर्जा आरेख (छवि 1) में फर्मी स्तर अलग-अलग ऊंचाइयों पर स्थित हैं: पी-प्रकार में वैलेंस बैंड के करीब, एन-प्रकार में करीब। चालन बैंड के लिए (पी-सेमीकंडक्टर A2 से कार्य फ़ंक्शन हमेशा n-सेमीकंडक्टर A1 के कार्य फ़ंक्शन से अधिक होता है)।

https://pandia.ru/text/78/022/images/image006_62.gif" width=”12″ऊंचाई=”221″>एक अनलिट पी-एन जंक्शन की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता चित्र 3 (वक्र 2) में दिखाई गई है ) इसे अभिव्यक्ति द्वारा वर्णित किया गया है जहां जेएस अनलिट पी-एन जंक्शन की संतृप्ति धारा है; के बोल्ट्जमैन का स्थिरांक है; ई इलेक्ट्रॉन चार्ज है; टी तापमान है; यू बाहरी वोल्टेज है। संकेत "" संबंधित को संदर्भित करता है

सीधे आगे या रिवर्स वोल्टेज के लिए

बाह्य क्षेत्र का नियंत्रण.

यदि आप पी-क्षेत्र से एक फोटोसेल को रोशन करते हैं, तो अर्धचालक की एक पतली सतह परत में अवशोषित प्रकाश फोटॉन, अपनी ऊर्जा को वैलेंस बैंड के इलेक्ट्रॉनों में स्थानांतरित कर देंगे और उन्हें चालन बैंड में स्थानांतरित कर देंगे, जिससे मुक्त इलेक्ट्रॉन और छेद बनेंगे (फोटोइलेक्ट्रॉन और फोटोहोल) अर्धचालक में समान मात्रा में। पी-क्षेत्र में बनने वाले फोटोइलेक्ट्रॉन यहां अल्पसंख्यक वाहक हैं। क्रिस्टल के साथ चलते हुए, वे छिद्रों के साथ आंशिक रूप से पुनः संयोजित होते हैं। लेकिन यदि पी-क्षेत्र की मोटाई छोटी है, तो उनका एक महत्वपूर्ण हिस्सा पी-एन जंक्शन तक पहुंचता है और अर्धचालक के एन-क्षेत्र में गुजरता है, जिससे विपरीत दिशा में बहने वाला एक फोटोक्रेक्ट जेपीएच बनता है। फोटोहोल, आंतरिक छिद्रों की तरह, एन-क्षेत्र में प्रवेश नहीं कर सकते हैं, क्योंकि ऐसा करने के लिए उन्हें पी-एन जंक्शन के क्षेत्र में संभावित बाधा को दूर करना होगा। इस प्रकार, पी-एन जंक्शन फोटोइलेक्ट्रॉन और फोटोहोल को अलग करता है।

यदि सर्किट खुला है, तो एन-क्षेत्र में पारित फोटोइलेक्ट्रॉन वहां संतुलन के सापेक्ष एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन एकाग्रता बनाते हैं, जिससे अर्धचालक के इस हिस्से को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है। फोटोहोल पी-क्षेत्र को सकारात्मक रूप से चार्ज करते हैं। अर्धचालक के दोनों भागों के बीच एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है, जिसे फोटो-ईएमएफ कहा जाता है। परिणामी फोटो-ईएमएफ को आगे (थ्रूपुट) दिशा में पी-एन जंक्शन पर लागू किया जाता है, इसलिए संभावित बाधा की ऊंचाई तदनुसार कम हो जाती है। यह बदले में तथाकथित लीकेज करंट Jу की उपस्थिति का कारण बनता है, जो आगे की दिशा में बहती है। फोटो-ईएमएफ का परिमाण तब तक बढ़ता है जब तक कि बहुसंख्यक वाहकों की बढ़ती धारा फोटोकरंट की भरपाई नहीं कर देती।

यदि आप पी-एन जंक्शन को लोड प्रतिरोध आरएन (छवि 4) के लिए बंद कर देते हैं, तो सर्किट के माध्यम से एक करंट जे प्रवाहित होगा, जिसे दो धाराओं के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है:

जे = जेएफ - जेयू। (2)

लीकेज करंट Jу की गणना एक अनलिट पी-एन जंक्शन के लिए सूत्र (1) द्वारा की जाती है जब एक बाहरी वोल्टेज Un = J rн को आगे की दिशा में लागू किया जाता है:

https://pandia.ru/text/78/022/images/image012_31.gif" width=”25” ऊंचाई=”28 src=”>~ F. (3)

निष्क्रिय मोड में, सर्किट खुला है (आरएन = https://pandia.ru/text/78/022/images/image014_26.gif" width='147' ऊंचाई='57 src='>, (4)

जहां से यह उसका अनुसरण करता है

https://pandia.ru/text/78/022/images/image013_28.gif" width=”19” ऊंचाई=”15 src=”>). जब बाहरी भार 0 से बदलता है तो हमें एक सेक्शन मिलता है अरे, जो निरंतर चमकदार प्रवाह पर फोटोवोल्टिक मोड में पी-एन जंक्शन की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता है। कथानक सूरजजब पी-एन जंक्शन, अनुभाग पर प्रत्यक्ष बाहरी वोल्टेज लागू किया जाता है तो यह एक फोटोकेल के संचालन की विशेषता बताता है एडी- रिवर्स बाहरी वोल्टेज (फोटोडायोड ऑपरेटिंग मोड)।

जब चमकदार प्रवाह बदलता है, तो वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ बदल जाती हैं और उनका आकार बदल जाता है। विभिन्न रोशनी में फोटोवोल्टिक मोड में एक गेटेड फोटोवोल्टिक सेल की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं का परिवार चित्र में प्रस्तुत किया गया है। 5.

https://pandia.ru/text/78/022/images/image017_20.gif" width=”231” ऊंचाई=”12”>

लोड प्रतिरोध (ctg α = rн) के मूल्य द्वारा निर्धारित कोण α पर मूल से खींची गई सीधी रेखाएं उन बिंदुओं पर विशेषता को काटती हैं जिनके एब्सिस्सा लोड में वोल्टेज ड्रॉप देते हैं, और निर्देशांक बाहरी सर्किट में करंट देते हैं ( U1 = J1 r1). चित्र में छायांकित क्षेत्र भार rn1 को आवंटित शक्ति P1 के समानुपाती है:

https://pandia.ru/text/78/022/images/image020_15.gif" width='136' ऊंचाई='52 src='>, (7)

जहां https://pandia.ru/text/78/022/images/image022_14.gif" ऊंचाई = "50">.gif" चौड़ाई = "12">

https://pandia.ru/text/78/022/images/image026_13.gif" width=”21” ऊंचाई=”12”> https://pandia.ru/text/78/022/images/image031_11.gif" width=”12″ ऊंचाई=”31″> n-प्रकार सिलिकॉन, एक एकल क्रिस्टल से काटा गया, जिसकी सतह पर गर्म करके ~ 1200 0C के तापमान पर BCl3 वाष्प में एक पतली फिल्म बनती है 2 पी-प्रकार सिलिकॉन। पी-क्षेत्र के साथ बाहरी सर्किट का संपर्क एक धातु पट्टी के माध्यम से किया जाता है 3 , इसकी सतह पर छिड़काव किया गया। संपर्क बनाने के लिए 4 एन-क्षेत्र के साथ, बाहरी फिल्म का हिस्सा रेत से साफ हो जाता है।

कार्य के निष्पादन की प्रक्रिया

अभ्यास 1।वाल्व फोटोकेल की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता को हटाना

1. इस मैनुअल का अध्ययन करने के बाद, इंस्टॉलेशन से स्वयं को सावधानीपूर्वक परिचित करें।

2. प्रतिरोध आरएन को 10 से 900 ओम में बदलते हुए, निरंतर रोशनी के साथ, 8 - 10 वोल्टेज और वर्तमान मान (प्रकाश स्रोत से फोटोकेल तक की दूरी) लें एल= 5 सेमी).

3. चरण 2 को दोहराएँ एल= 10 और 15 सेमी.

4. धारा-वोल्टेज विशेषताओं के एक परिवार का निर्माण करें।

कार्य 2.वाल्व फोटोसेल की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं का अध्ययन

1. प्रत्येक रोशनी के लिए, संबंधित वर्तमान-वोल्टेज विशेषता से, अधिकतम फोटोकरंट पावर Pmax निर्धारित करें और इस मामले के लिए, सूत्र (7) का उपयोग करके, फोटोकेल की दक्षता की गणना करें। रोशनी ई की गणना स्रोत की चमकदार तीव्रता जेएल और दूरी के माध्यम से की जाती है एलसूत्र के अनुसार.

2. सभी रोशनी के लिए पीमैक्स जानने के बाद, सूत्र (6) का उपयोग करके इष्टतम लोड प्रतिरोध आरएन की गणना करें। थोक आरएन का एक ग्राफ बनाएं। ऑप्ट = एफ(ई).

3. जेके के ग्राफ़ का निर्माण करें। з = एफ(ई) और यूएक्स। एक्स = एफ(ई).

नियंत्रण प्रश्न

1. आंतरिक प्रकाशविद्युत प्रभाव की घटना क्या है?

2. n-प्रकार अर्धचालक और p-प्रकार अर्धचालक के बीच क्या अंतर है?

3. वांछित प्रकार की अर्धचालक चालकता कैसे प्राप्त की जाती है?

4. n- और p-प्रकार के अर्धचालकों का ऊर्जा आरेख बनाएं।

5. पी-एन जंक्शन के संपर्क संभावित अंतर की घटना के तंत्र की व्याख्या करें।

6. एसी रेक्टिफायर के रूप में पी-एन जंक्शन की क्रिया के तंत्र की व्याख्या करें।

7. गेट फोटोसेल कैसे काम करता है?

8. गेटेड फोटोसेल का उद्देश्य क्या है?

9. क्या गेटेड फोटोसेल का उपयोग आयनकारी विकिरण के डिटेक्टर के रूप में किया जा सकता है?

10. गेटेड फोटोसेल का उपयोग कहाँ किया जाता है?

11. वाल्व फोटोसेल के फोटो-ईएमएफ की घटना का तंत्र क्या है?

12. फर्मी स्तर क्या है?

13. वाल्व फोटोकल्स की अपेक्षाकृत कम दक्षता के कई कारणों का नाम बताइए।

14. विद्युत ऊर्जा के स्रोतों के रूप में आपके ज्ञात अन्य स्रोतों की तुलना में वाल्व फोटोकल्स के लाभ का नाम बताइए।

15. गेटेड फोटोकल्स के व्यापक उपयोग में क्या कठिनाइयाँ हैं? संभावनाओं।

ग्रंथ सूची

1. ट्रोफिमोव भौतिकी। एम.: उच्चतर. स्कूल, 19 पी.

2. भौतिकी में प्रयोगशाला कार्यशाला / एड। . एम.: उच्चतर. स्कूल, 19 पी.

बाहरी आंतरिक और वाल्व फोटोइफेक्ट हैं। बाह्य फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव) विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रभाव में किसी पदार्थ द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन है। बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव ठोस पदार्थों (धातुओं, अर्धचालकों, ढांकता हुआ) के साथ-साथ गैसों और व्यक्तिगत परमाणुओं और अणुओं (फोटोआयनीकरण) में भी देखा जाता है। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की खोज (1887) जी. हर्ट्ज़ द्वारा की गई थी, जिन्होंने डिस्चार्ज प्रक्रिया के बल को तब देखा था जब स्पार्क गैप को पराबैंगनी विकिरण से विकिरणित किया गया था।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का पहला मौलिक अध्ययन रूसी वैज्ञानिक ए.जी. द्वारा किया गया था। स्टोलेटोव। एक वैक्यूम ट्यूब में दो इलेक्ट्रॉन (अध्ययन के तहत धातु से बने कैथोड के और स्टोलेटोव की योजना में एनोड ए, एक धातु जाल का उपयोग किया गया था) को बैटरी से जोड़ा जाता है ताकि पोटेंशियोमीटर आर का उपयोग करके आप न केवल मान बदल सकें, बल्कि संकेत भी बदल सकें। उन पर लागू वोल्टेज का. जब कैथोड को मोनोक्रोमैटिक प्रकाश (क्वार्ट्ज विंडो के माध्यम से) से रोशन किया जाता है तो उत्पन्न धारा को सर्किट से जुड़े एक मिलीमीटर द्वारा मापा जाता है। कैथोड को विभिन्न तरंग दैर्ध्य के प्रकाश से विकिरणित करके, स्टोलेटोव ने निम्नलिखित पैटर्न स्थापित किए जिन्होंने आज तक अपना अर्थ नहीं खोया है:

1. पराबैंगनी विकिरण का प्रभाव सबसे अधिक होता है।

2. प्रकाश के संपर्क में आने पर कोई पदार्थ केवल ऋणात्मक आवेश खोता है।

जे.जे. थॉमस ने 1898 में प्रकाश के प्रभाव (विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र में विचलन द्वारा) उत्सर्जित कणों के आवेश को मापा। इन मापों से पता चला कि प्रकाश के संपर्क में आने पर इलेक्ट्रॉन उत्पन्न हुए।

आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव

आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अर्धचालक या ढांकता हुआ के अंदर विद्युत चुम्बकीय विकिरण के कारण बाध्य अवस्थाओं से बाहर की ओर निकले बिना इलेक्ट्रॉनों का एक मुक्त संक्रमण है। परिणामस्वरूप, शरीर के अंदर वर्तमान वाहकों की सांद्रता बढ़ जाती है, जिससे फोटोकंडक्टिविटी (प्रकाशित होने पर फोटोकंडक्टर या ढांकता हुआ की विद्युत चालकता में वृद्धि) या ईएमएफ की उपस्थिति होती है।

वाल्व फोटो प्रभाव

गेट फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव - ईएमएफ (फोटो-ईएमएफ) तब होता है जब दो अलग-अलग अर्धचालक या एक अर्धचालक और एक धातु का संपर्क प्रकाशित होता है (बाहरी विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में)। इस प्रकार वाल्व फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव सौर ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में सीधे परिवर्तित करने का रास्ता खोलता है

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज यू पर वर्तमान के प्रभाव के तहत कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह द्वारा उत्पन्न फोटोवर्तमान I की निर्भरता है। यह निर्भरता कैथोड के दो अलग-अलग रोशनी ई से मेल खाती है (दोनों मामलों में प्रकाश आवृत्ति समान है)। जैसे-जैसे यू बढ़ता है, प्रकाश धारा धीरे-धीरे बढ़ती है, अर्थात। फोटोइलेक्ट्रॉनों की बढ़ती संख्या एनोड तक पहुंचती है। वक्रों की सपाट प्रकृति से पता चलता है कि कैथोड से इलेक्ट्रॉन अलग-अलग गति से उत्सर्जित होते हैं। वर्तमान I का अधिकतम मान - संतृप्ति फोटोकरंट - यू के मान से निर्धारित होता है जिस पर कैथोड द्वारा उत्सर्जित सभी इलेक्ट्रॉन एनोड तक पहुंचते हैं।

धारा-वोल्टेज विशेषता से यह पता चलता है कि यू = 0 पर फोटोकरंट गायब नहीं होता है। नतीजतन, प्रकाश द्वारा कैथोड से बाहर निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों में एक निश्चित प्रारंभिक वेग v होता है, और इसलिए गैर-शून्य गतिज ऊर्जा होती है, और बाहरी क्षेत्र के बिना एनोड तक पहुंच सकते हैं। फोटोकरंट को शून्य करने के लिए, विलंब वोल्टेज यू 0 लागू करना आवश्यक है। यू = यू 0 पर, कोई भी इलेक्ट्रॉन, यहां तक ​​कि कैथोड छोड़ते समय अधिकतम गति वी अधिकतम वाले भी, मंदक क्षेत्र को पार नहीं कर सकते हैं और एनोड तक पहुंच सकते हैं। इस तरह,

जहां n कैथोड द्वारा प्रति 1s उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या है।

एमवी 2 अधिकतम /2= ई यू 0

वे। निरोधक वोल्टेज U0 को मापकर, फोटोइलेक्ट्रॉनों की गति और गतिज ऊर्जा के अधिकतम मान निर्धारित करना संभव है।

विभिन्न सामग्रियों की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं का उत्सर्जन करते समय (सतह की आवृत्ति महत्वपूर्ण है, इसलिए माप वैक्यूम में और ताजा सतहों पर किए जाते हैं) कैथोड पर विकिरण की घटना की विभिन्न आवृत्तियों और कैथोड की विभिन्न ऊर्जा रोशनी पर और सामान्यीकरण करते हैं प्राप्त आंकड़ों से बाह्य फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के निम्नलिखित तीन नियम स्थापित किये गये।

सौर बैटरी- सौर विकिरण ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए एक उपकरण। सौर बैटरी का संचालन वाल्व फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर आधारित होता है (वीएफई). वाल्व फोटो प्रभाव- असमान तत्वों से युक्त संरचना को रोशन करते समय ईएमएफ (फोटोईएमएफ) की घटना। ऐसी संरचना के घटक धातु और अर्धचालक (शॉट्की संपर्क) हो सकते हैं; विभिन्न प्रकार की चालकता वाले दो अर्धचालक ( पी- एनसंक्रमण); दो अर्धचालक, रासायनिक संरचना (हेटरोस्ट्रक्चर) में भिन्न। इस घटना की खोज सबसे पहले 1930 में एल. ग्रुंडाहल और उनसे स्वतंत्र रूप से बी. लैंग ने की थी। [यूएफएन, 1934] धातु पर आधारित शोट्की संपर्कों में कॉपर और क्यूप्रस ऑक्साइड (घन- घन 2 हे) . हालाँकि, ऐसे उपकरणों की दक्षता केवल कुछ प्रतिशत थी, इसलिए उस समय इनका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता था। सौर पैनलों का व्यावहारिक अनुप्रयोग ( एसबी) तब प्राप्त हुए जब शोट्की संपर्कों को पहले जर्मेनियम से प्रतिस्थापित किया गया, फिर सिलिकॉन फोटोकल्स से पी- एनसंक्रमण, जिसमें काफी अधिक दक्षता है। सौर पैनलों का उपयोग मुख्य रूप से अंतरिक्ष यान पर विद्युत जनरेटर के रूप में किया जाता था। पहले से ही तीसरे कृत्रिम पृथ्वी उपग्रह (1958) को सौर पैनलों से ऊर्जा की आपूर्ति की गई थी। वर्तमान में, एसबी का उत्पादन उद्योग द्वारा किया जाता है, इसकी क्षमता दसियों किलोवाट और दक्षता होती है। नई अर्धचालक सामग्रियों से बनी हेटरोस्ट्रक्चर पर आधारित बैटरियां 30% तक पहुंच जाती हैं।

गेट फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का भौतिक आधार

गेट फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव दो मूलभूत घटनाओं पर आधारित है:

आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव किसी भी संतुलन चार्ज वाहक की पीढ़ी नहीं है जब अर्धचालक को ऐसी पीढ़ी के लिए पर्याप्त क्वांटम ऊर्जा के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण से विकिरणित किया जाता है (कार्य "सजातीय अर्धचालक में आंतरिक फोटो प्रभाव" देखें)। अधिकतम दक्षता सौर सेल केवल "आंतरिक फोटोकंडक्टिविटी" के मामले में ही संभव है, अर्थात। ऐसी स्थितियाँ जब, एक प्रकाश क्वांटम के अवशोषण पर, एक इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड से चालन बैंड में स्थानांतरित हो जाता है और गैर-संतुलन चार्ज वाहक की एक जोड़ी दिखाई देती है - एक इलेक्ट्रॉन और एक छेद।

लेकिन ये कोई भी संतुलन चार्ज वाहक स्थानिक रूप से अलग नहीं होते हैं और जब तक इलेक्ट्रॉन और छेद अंतरिक्ष में अलग नहीं हो जाते तब तक फोटोईएमएफ उत्पन्न नहीं होता है। यह कार्य अर्धचालक और धातु (शॉट्की संपर्क) के बीच या अर्धचालक ( पी- एनसंक्रमण, हेटरोस्ट्रक्चर)

आइए हम गैर-संतुलन आवेश वाहकों को अलग करने की प्रक्रिया पर विचार करें पी- एनसंक्रमण। चित्र 1 एक गेटेड फोटोकेल का एक विशिष्ट डिज़ाइन दिखाता है पी- एनसंक्रमण (फोटोडायोड), और चित्र 2 में - बाहरी सर्किट में एक फोटोकेल का समावेश।

प्रकाशित होने पर पी- क्षेत्र, विकिरण इसमें अवशोषित होता है और इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े उत्पन्न करता है। चूँकि इन और अन्य वाहकों की सांद्रता सतह पर अधिकतम होती है, इसलिए वे अधिक गहराई तक फैलते हैं पी–क्षेत्र, को पी- एनसंक्रमण। इलेक्ट्रॉन (अल्पसंख्यक वाहक) आर-क्षेत्रों) को संपर्क क्षेत्र द्वारा स्थानांतरित किया जाता है एन-क्षेत्र, इसे नकारात्मक रूप से चार्ज करना। मुख्य आवेश वाहकों के लिए (इस मामले में, ये छेद हैं) सीमा पर एक संभावित अवरोध है जिसे वे दूर करने में सक्षम नहीं हैं और इसलिए छेद बने रहते हैं पी- क्षेत्र, इसे सकारात्मक रूप से चार्ज करना। इस प्रकार, संपर्क का विद्युत क्षेत्र स्थानिक रूप से प्रकाश के प्रभाव में बने गैर-संतुलन इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को अलग करता है। में हो रही एन-क्षेत्र, इलेक्ट्रॉन इसमें धनात्मक अंतरिक्ष आवेश को कम कर देते हैं, और छिद्र शेष रह जाते हैं पी-क्षेत्र, वॉल्यूमेट्रिक नकारात्मक चार्ज को कम करें (कार्य देखें "अर्धचालक में संपर्क घटना")। यह के लिए दाखिल करने के बराबर है पी- एनआगे पूर्वाग्रह संक्रमण φ , संभावित बाधा को एक राशि से कम करना इφ , कहाँ इ - इलेक्ट्रॉन आवेश (चित्र 3)।

चित्र 3. प्रकाशितपी- एन-संक्रमण। फोटोवोल्टेज की मात्रा से इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों दोनों के लिए संभावित अवरोध कम हो जाता है।

इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करना पी-एन- संक्रमण एक फोटोक्रेक्ट बनाता है - मैं एफ, क्योंकि यह अल्पसंख्यक वक्ताओं द्वारा निर्मित किया गया है, इसलिए इसे एक नकारात्मक संकेत दिया गया है। अवरोध को कम करने से मुख्य वाहकों की धारा में वृद्धि होती है, जिसे फोटोकल्स कहा जाता है लीकेज करंट

मैं पर = मैं एस ऍक्स्प(इφ / के.टी.). (1)

इस प्रकार, निम्नलिखित धाराएँ जंक्शन से प्रवाहित होती हैं: अल्पसंख्यक वाहक: -मैं एस, मुख्य मीडिया: मैं एस ऍक्स्प(ईφ /केटी)और फोटोकरंट:- मैंएफ . के माध्यम से कुल वर्तमान पी-एन- संक्रमण के बराबर है

मैं = मैं एस (exp(eφ/kT) -1) - I एफ . (2)

अल्पसंख्यक वाहक धारा

, (3)

अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता कहां और कहां हैं; प्रसार लंबाई हैं; और इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के प्रसार गुणांक हैं। प्रथम सन्निकटन के अनुसार, फोटोक्रेक्ट, फोटोसेल की रोशनी के समानुपाती होता है एफ।

बाहरी भार पर वाल्व फोटोसेल के फोटोईएमएफ की निर्भरता

समीकरण 2 एक आदर्श फोटोडायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता का वर्णन करता है। ओम के नियम के अनुसार, बाहरी सर्किट में करंट (चित्र 2) के बराबर है

(2) और (4) से बाहरी सर्किट खुला होने पर, यानी। पर आर →∞, हम फोटोईएमएफ (फोटोईएमएफ "नो-लोड") प्राप्त करते हैं

यदि भार प्रतिरोध छोटा है ( आर →0), तब शॉर्ट सर्किट करंट केवल फोटोकरंट के बराबर होगा मैं केज़ = मैं एफ।एक आदर्श गेट फोटोकेल की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की उपस्थिति चित्र में दिखाई गई है। 4.

चित्र.4. सिलिकॉन फोटोकेल की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ। डॉटए चित्र में इष्टतम बाहरी भार (फोटोवोल्टिक जनरेटर की उच्चतम शक्ति के साथ) के साथ संचालन से मेल खाता है

एफ.2.4 और चित्र.4 के अनुसार, बढ़ते लोड प्रतिरोध के साथ, फोटोईएमएफ बढ़ता है, सीमा मूल्य तक पहुंचता है φ XX, और प्रकाश धारा कम हो जाती है। फोटोइलेक्ट्रिक जनरेटर द्वारा बाहरी सर्किट को आपूर्ति की जाने वाली शक्ति बराबर होती है मैं एफ · φ. बाहरी सर्किट प्रतिरोध के इष्टतम विकल्प के साथ, यह शक्ति अधिकतम होगी (चित्र 4)।

चित्र 3 के अनुसार, फोटोईएमएफ का अधिकतम मान φ अधिकतम ≈ के मान से अधिक नहीं हो सकता इ जी / इ, कहाँ इ जी – अर्धचालक का बैंड गैप. वास्तव में, कई कारणों से जिन्हें हमने पहले सन्निकटन में ध्यान में नहीं रखा, फोटोवोल्टेज का अधिकतम मूल्य लगभग 2/3 होगा इ जी / इ. बैंडगैप के साथ सिलिकॉन (Si) सौर कोशिकाओं के लिए इ जी≈ 1 eV यह φ अधिकतम ≈600 mV के बराबर होगा, जर्मेनियम (Ge) से फोटोकल्स φ अधिकतम ≈400 mV, गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) से फोटोकल्स φ अधिकतम ≈ 1 V. उच्च वोल्टेज प्राप्त करने के लिए, फोटोकल्स श्रृंखला में जुड़े हुए हैं एक दूसरे से, उच्च धाराएँ प्राप्त करने के लिए - समानांतर में, इस प्रकार एक सौर बैटरी बनाते हैं (चित्र 5,6)।