§ 35.12. Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом.
Внутренний фотоэффект используется для превращения энергии излучения в электрическую энергию в полупроводниковых фотоэлементах с
-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
-типа, окруженную слоем кремния
-типа толщиной около одного микрометра с контактами для присоединения к внешней цепи. Вспомним, что все нескомпенсировайные заряды сосредоточены.в
-переходе, а
-область, так же как и
-область, электрически нейтральна (§ 21.4).
Рис. 35.9,
При освещении поверхности элемента в тонком наружном слое
-типа генерируются пары «электрон — дырка», большинство которых, не успев рекомбинировать вследствие малой толщины слоя, попадает в
-переход. В
-переходе происходит разделение зарядов: под действием поля электроны перебрасываются в
ласть, а дырки отбрасываются в
-область. Это означает, что при освещении между электродами возникает э. д. с., величина которой достигает примерно 0,5 В. При замыкании электродов элемент может создавать ток до 25 мА (25-10-8 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.
Рис. 35.10.
Рис. 35,11.
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
-перехода. Такого рода фотоэлементы получили название вентильных (рис. 35.10, а). Условное изображение полупроводниковых фотоэлементов показано на рис. 35.10, б.