laba_312_shablon
.docПГУПС
Кафедра физики
Лабораторная работа № 312
«Определение электродвижущей силы фотоэлемента с запирающим слоем»
Проверил: Выполнил: Отенко А.В.
ЭС-504
2006 год.
Цель работы:
Задачей настоящей работы является измерение фото - ЭДС Еф и фототока Iф, возникающих в селеновом фотоэлементе под действием света. Изменяя освещённость Е поверхности фотоэлемента, т.е. мощность светового потока на единицу площади поверхности, исследуют зависимость Еф и Iф от освещённости Е и строят графики этих зависимостей. При относительно небольших освещённостях Еф и Iф пропорциональны Е.
Краткое теоретическое обоснование:
Различают три вида фотоэлементов:
-
Внешний фотоэффект - вырывание светом из твёрдых и жидких веществ электронов.
-
Внутренний фотоэффект (фотопроводимость) - увеличение электропроводимости полупроводников и диэлектриков за счёт возрастания в них под действием света числа свободных носителей тока.
-
Вентильный фотоэффект (фотоэффект в запирающем слое) – возникновение ЭДС вследствие внутреннего фотоэффекта вблизи поверхности контакта между металлом и полупроводником или двумя полупроводниками с разными типами электропроводности.
В зависимости от вида фотоэффекта, на котором основано действие фотоэлемента, различают: вакуумные фотоэлементы (внешний фотоэффект), фотосопротивления (внутренний фотоэффект), вентильные фотоэлементы (вентильный фотоэффект). В настоящей работе исследуется селеновый вентильный фотоэлемент.
Устройство и принцип действия селенового вентильного фотоэлемента:
Поток
света
А К
n
- селен P-N
переход
р
- селен
Электродами фотоэлемента служат железо и золото. Железный электрод А изготавливается в виде подложки толщиной около 1 мм. Золото напыляется на селен в виде тонкого полупрозрачного слоя К (катодное распыление), пропускающего свет и обеспечивающего удовлетворительную электропроводность. Слой селена подвергается термической обработке с целью создания в его слое p-n перехода. Внутри селена образуется запирающий слой, пропускающий электроны только в одном направлении.
При освещении золотой плёнки свет проходит через этот полупрозрачный электрод и попадает на селен. Если энергия фотона (- постоянная Планка, - частота света) достаточна для образования пары электрон – дырка, то при поглощении потока фотонов вследствие вентильной проводимости p – n перехода между электродами возникает фото – ЭДС.
Если цепь замкнута, то фото – ЭДС вызовет ток, который будет идти до тех пор, пока освещается фотоэлемент.
Схема установки:
E
K2
+
M
-
Ro
K1
+
-
F - фотоэлемент
G - гальванометр
Е - элемент, создающий падение напряжения на Ro
M - магазин сопротивлений
mA - миллиамперметр, измеряющий ток в цепи элемента
Ro - эталонное сопротивление
К1 и К2 – ключи.
Таблица измерений:
Номер изме-рения |
Рас-стояние r см. |
Освещённость Е |
Фототок Iф |
Ток i в цепи элемента Е |
Фото – ЭДС Еф, Вольты |
|||
фоты |
люксы |
деления |
mA |
деления |
А |
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Дополнительные данные:
Сила света источника – свеча, Сопротивление R0 - Ом, Цена деления гальванометра – А, Шкала миллиамперметра – мА, количество делений – .
Расчетные формулы:
Для расчёта использовались следующие формулы:
,
где ф – фото – ЭДС, i – сила тока в цепи элемента , R0 – сопротивление, подключённое параллельно с источником ЭДС.
,
где E – освещённость фотоэлемента, J – сила света источника, r – расстояние до источника.
С использованием этих формул были заполнены все недостающие столбцы таблицы.