2. Puslaidininkiniai fotoelementai

Puslaidininkiniai fotoelementai, dar vadinami ventiliniais arba fotogalvaniniais, keičia elektromagnetinių bangų energiją į elektros energiją. Tai yra fotodiodai, dirbantys ventiliniu režimu (be išorinio šaltinio) ir sukuriantys savo evj veikiami šviesos.

Fotonai, veikdami PN sandūrą ir artimas jai sritis, generuoja krūvininkų poras, N ir P srityse atsiradę elektronai ir skylės difunduoja sandūros link ir, jeigu nespėja rekombinuoti, patenka į sandūros vidinį elektrinį lauką. Tas laukas veikia ir pačioje sandūroje atsiradusius krūvininkus. Poveikis toks, kad elektronai ir skylutės atskiriami vieni nuo kitų. Nepagrindiniams krūvininkams, pavyzdžiui, elektronams, generuotiems P srityje, vidinis elektrinis laukas yra greitinantis. Taip pat veikiamos skylutės, generuotos srityje N. Pagrindiniams krūvininkams (N srities elektronams ir P srities skylutėms) vidinis elektrinis laukas veikia kaip užtvarinis. Taigi sandūros elektrinis laukas separuoja fotonų generuotus krūvininkus ir dėl to proceso N ir P srityse susidaro krūvininkų perteklius ir ant išorinių diodų gnybtų sukuriama fotoelektrovaros jėga EΦ,. Didinant šviesos srautą, EΦ auga netiesiškai (3 pav.) ir pasiekia kelių dešimtųjų volto vertę. Prijungus apkrovos rezistorių R (1 pav.), to diodo, dabar jau vadinamo fotoelementu, grandinėje tekės srovė:

I_ \Phi= \frac{E_\Phi}{R_i + R} ,

čia Ir – paties fotoelemento vidinė varža.


3 pav. Fotoelemento foto evj priklausomybė nuo apšviestumo

Fotoelementų trūkumai:

  • didelis inertiškumas;
  • jautrio (kartu EΦ) priklausomybė nuo temperatūros.

Pirmieji fotoelementai iš vario hemioksido buvo pagaminti dar l926 m. Vėliau labai paplito seleno fotoelementai, kurių spektrinė charakteristika tokia pat kaip žmogaus akies. Tokie fotoelementai naudojami fotometriniams matavimams. Neblogi yra TaS fotoelementai, kurių jautris siekia tūkstančius mikroamperų liumenui. Dabar plačiausiai naudojami Si fotoelementai, kurių evj 0,4 – 0,5 V. Silicio fotoelementus jungiant į baterijas, vadinamas saulės baterijomis, gaunami kelių kW galios elektros energijos šaltiniai. Jų naudingumo koeficientas siekia 20%. Saulės baterijos yra pagrindinis kosminių aparatų energijos šaltinis.