Фотоэлемент - фотоэлектронный прибор, в к-ром в результате поглощения энергии падающего на него оптич. излучения
генерируется эдс (фотоэдс)или электрич. ток (фототок).
Ф., действие к-рого основано
на фотоэлектронной эмиссии (внеш. фотоэффекте), представляет собой электровакуумный
прибор с двумя электродами - фотокатодом и анодом (коллектором электронов),
помещёнными в вакууми-рованный либо газонаполненный стеклянный баллон. Фо-токатодом
Ф. служит фоточувствит. слой, к-рый наносится либо непосредственно на участок
стеклооболочки, либо на металлич. слой (подложку), предварительно осаждённый
на стекло, либо на поверхность металлич. пластинки, смонтированной внутри баллона;
анод имеет вид металлич. кольца или сетки (рис. 1). Световой поток, падающий
на фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию с поверхности катода; при замыкании
цепи Ф. в ней протекает фототок, пропорц. световому потоку (рис. 2, а). Для
улучшения временного разрешения и увеличения пика импульсов фототока катод и
анод Ф. обычно располагают плоскопараллельно с зазором 0,3-3 мм, а их выводы
выполняют в виде отрезка коаксиальной или полосковой линии, согласованной
по волновому сопротивлению с нагрузкой. В газонаполненных Ф. в результате ионизации
газа и возникновения несамостоят. лавинного разряда фототок усиливается (напp.,
коэф. усиления при заполнении Аr составляет 6-8).
Рис. 1. Типичные конструкции
вакуумных фотоэлементов:
А - выводы анода; К - выводы фотокатода; ОК - выводы
металлического охранного кольца (устанавливается
для исключения попадания токов утечки на нагрузку).
Рис. 2. Схема фотоэлемента
с внешним (а)и внутренним ( б)фотоэффектом: К - фотокатод; А - анод; Ф - световой
поток; р и п -области полупроводника с донорной и акцепторной
проводимостями; Е-источник постоянного тока,
служащий для создания в пространстве между К и А электрического
поля, ускоряющего фотоэлектроны; Rн - нагрузка.
Пунктирной линией обозначен р - n-переход.
Наиб. распространение среди
Ф. с внеш. фотоэффектом получили вакуумные Ф. (ВФ) с сурьмяно-цезиевым, многощелочным
и кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодами. Применение газонаполненных Ф.
ограничено из-за недостаточной стабильности приборов и нелинейности их световой
характеристики - зависимости фототока от падающего светового потока.
Ф., действие к-рого основано
на внутр. фотоэффекте, представляет собой полупроводниковый прибор с выпрямляющим
полупроводниковым переходом (р - п-перехо-дом), изотипным гетеропереходом или контактом металл- полупроводник (см. Контактные явления в полупроводниках). При поглощении оптич. излучения в таком Ф. (рис. 2,б) увеличивается
число свободных носителей заряда внутри полупроводника, к-рые пространственно
разделяются электрич. полем перехода (контакта). Избыток носителей заряда, возникающий
по обе стороны от потенц. барьера, создаёт в полупроводниковом Ф. (ПФ) разность
потенциалов, т. е. фотоэдс. При замыкании внеш. цепи ПФ через нагрузку начинает
протекать электрич. ток. В качестве материала для ПФ наиб. часто применяют Se,
GaAs, CdS, Ge и Si.
Ф. обычно служат приёмниками
оптич. излучения, в т. ч. приёмниками видимого света (ПФ в этом случае нередко
отождествляют с фотодиодами); ПФ используют также для прямого преобразования
энергии солнечного излучения в электрич. энергию - в солнечных батареях, фото-электрич. генераторах.
Основные параметры и
характеристики фотоэлемента. Световая (интегральная) чувствительность
(S)- отношение фототока к вызывающему его
световому потоку при номинальном анодном напряжении (у ВФ) или при короткозамкнутых
выводах (у ПФ). Для определения S используют, как правило, калиброванные
источники света (напр., лампу накаливания с воспроизводимым значением цветовой
температуры нити, обычно равным 2860 К). Так, у ВФ S составляет 30-150 мкА/лм,
у селеновых Ф.- 600-700 мкА/лм, у германиевых - 3.104
мкА/лм. С п е к т р а л ь н а я ч у в с т в и т е л ь н о с т ь (Sl)-
отношение фототока к вызывающему его лучистому потоку с длиной волны l. У ВФ
диапазон спектральной чувствительности находится в области спектра 115-1200
нм (в зависимости от чувствительности фотокатода и коэф. спектрального пропускания
материала входного окна), у кремниевых Ф. он составляет 400-1100 нм, у германиевых
- 500-2000 нм. В о л ь т-а м п е р н а я х а р а к т е р
и с т и к а- зависимость фототока от напряжения на Ф. при пост. значении светового
потока; позволяет определить оптим. рабочий режим Ф. У ВФ рабочий режим выбирается
в области насыщения (область, в к-рой фототек практически не меняется с ростом
напряжения); такой режим обычно устанавливается при напряжениях 50-100 В. У
ПФ (напр., кремниевого, освещаемого лампой накаливания) значения фототока могут
достигать при оптим. нагрузке (в расчёте на 1 см2 освещаемой поверхности)
неск. десятков мА, а фо-тоэдс - неск. сотен мВ. Т е м н о в о й т о к (для ВФ)
- ток в отсутствие освещения; определяется термоэмиссией фо-токатода и токами
утечки, его величина 10-8-10-14А. Кпд, или к о э ф. п
р е о б р а з о в а н и я с о л н е ч н о г о и
з л у ч е н и я (для ПФ, используемых в качестве преобразователей энергии),-
отношение электрич. мощности, развиваемой Ф. в номинальной нагрузке, к падающей
световой мощности; кпд достигает 15-18%.
Ф. широко применяются в автоматике и телемеханике, фотометрии, измерит. технике, метрологии, при оптич. астрофиз. исследованиях, в кино- и фототехнике, факсимильной связи и т. д.; перспективно использование ПФ в системах энергоснабжения космич. аппаратов, в морской и речной навигац. аппаратуре, устройствах питания радиостанций и др.
Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.
Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.
Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.
Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
