Принцип работы фото-электропреобразователя (ФЭП) основан на таком факторе, как использование фотоэффекта, представляющего собой превращение энергии электромагнитного излучения (световой энергии) в электрическую. Различают три основных вида фотоэффекта: внешний фотоэффект, состоящий в том, что под действием излучения электроны вырываются с поверхности металла катода в окружающий вакуум; внутренний фотоэффект - изменение электропроводности полупроводников под действием света; фотоэффект запирающего слоя, образующегося при контакте двух полупроводник» с л- и р-типами проводимости. Для преобразования энергии электромагнитного излучения в целях энергетики практически может быть использован только последний фотоэффект, называемый также фотоэффектом на р-я-переходе.
Использование фотоэффекта
Так как в я-полупроводнике имеются в избытке свободные электроны, а в р-полупроводнике - положительные дырки, то при контакте этих полупроводников происходит диффузия электронов в р-полупроводник, а дырок - в n-полупроводник. Процесс диффундирования продолжается до тех пор, пока избыточная концентрация отрицательных и положительных зарядов в контактной плоскости (запирающем слое) не создаст разность потенциалов, уравновешивающую диффузию зарядов. Однако эта контактная разность потенциалов не может быть использована, так как в замкнутой цепи она будет уравновешена такой же разностью, но противоположного знака.
Если на запирающий слой подать свет, то в обоих полупроводниках появятся дополнительные пары электрон - дырка, которые под действием контактной разности потенциалов перемешиваются: электроны - в n-полупроводник, заряжая его отрицательно, а дырки - в р-полупроводник, заряжая его положительно. При поддержании непрерывного освещения контактной поверхности дополнительная разность потенциалов создаст постоянный электрический ток во внешней цепи.
Использование фотоэнергетики
Для возможности освещения поверхности контакта на р-полупроводник наносится тонкая, практически прозрачная пленка «-полупроводника, через которую падающий луч света достигает контактной поверхности. Так получаются солнечные элементы, которые в совокупности образуют солнечную батарею. Изготовляемые в настоящее время ФЭП создаются на основе кремния или германия. Для кремниевого солнечного ФЭП теоретически к. п. д. достигает 25 %, практически же он не превышает 15 %.
Однако опыт мирового развития работ по фотоэнергетике показал, что ФЭП с более высокими показателями (к. п. д. около 20 %) получится, если использовать не кремниевую основу, а арсенид галлия. Солнечные батареи в настоящее время широко используются в качестве бортовых источников электроэнергии на космических аппаратах.
|
|
