Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом

Внутренний фотоэффект используется для превращения энергии излучения в электрическую энергию в полупроводниковых фотоэлементах с p—n-переходом. Большое распространение получили кремниевые фотоэлементы, используемые для преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию и получившие название солнечных батарей.

Солнечные батареи преобразуют в электрическую энергию около 12% падающей на них энергии солнечного излучения, что превышает коэффициент использования солнечного излучения при фотосинтезе в листьях растений.

Элемент кремниевой солнечной батареи (рис. 35.9) представляет собой пластину кремния n-типа, окруженную слоем кремния p-типа толщиной около одного микрометра с контактами для присоединения к внешней цепи. Вспомним, что все нескомпенсированные заряды сосредоточены в р—n-переходе, а p-область, так же как и n-область, электрически нейтральна.

При освещении поверхности элемента в тонком наружном слое p-типа генерируются пары «электрон — дырка», большинство которых, не успев рекомбинировать вследствие малой толщины слоя, попадает в p—n-переход. В p—n-переходе происходит разделение зарядов: под действием поля электроны перебрасываются в n-область, а дырки отбрасываются в p-область. Это означает, что при освещении между электродами возникает э. д, е., величина, которой достигает примерно 0,5 В. При замыкании электродов элемент может создавать ток до 25 мА (25*10^-3 А) с каждого квадратного сантиметра освещаемой поверхности.

Наибольшая чувствительность кремниевых фотоэлементов приходится на зеленые лучи, т. е. на длины волн, которым соответствует максимум энергии солнечного излучения. Этим, в частности, и объясняется их довольно высокий к. п. д. Солнечные батареи, устанавливаемые на искусственных спутниках Земли и космических кораблях, дают электрическую энергию для бортовой аппаратуры.

В фотоэлементах используются и другие полупроводники, например, селен, тонкий слой которого наносится на металл. Между полупроводником и металлом при этом возникает запирающий слой, действие которого аналогично действию p—n-перехода. Такого рода фотоэлементы получили название вентильных (рис. 35.10, а). Условное изображение полупроводниковых фотоэлементов показано на рис. 35.10, б.