Фотоэлементы с внешним фотоэффектом

При освещении металлов или полупроводников электронам этих веществ сообщается энергия, которая может быть достаточной для их выхода из вещества или для освобождения от межатомных связей. Такое действие лучистой энергии называют фотоэффектом.

Приборы, в которых используется фотоэффект, называют фотоэлементами.

Существует три вида фотоэлементов:

1) с внешним фотоэффектом, в которых электроны под действием света выходят из металла;

2) с внутренним фотоэффектом (фотосопротивления), в которых освободившиеся от межатомных связей электроны не уходят за пределы вещества, а повышают его электропроводность (эти фотоэлементы меняют свое сопротивление в зависимости от освещенности);

3) с вентильным фотоэффектом, у которых электроны переходят из слоя освещенного вещества в другой слой, отделенный от первого тонким запирающим слоем, обладающим большим электрическим сопротивлением, и тем самым создают разность потенциалов.

В геофизической аппаратуре находят применение фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Такой фотоэлемент (рис. 73а) представляет собой стеклянный эвакуированный или заполненный инертным газом баллон 3, в котором размещены металлический анод 1 и фотокатод 2. Под действием лучистой энергии, падающей на катод, последний эмиттирует электроны.

Фотокатод выполняется из металла, наносимого на подкладку, напыленную на стекло баллона. Поэтому светочувствительная поверхность фотокатода обращена внутрь баллона. Применяются главным образом кислородно‑цезиевые и сурьмяно‑цезиевые катоды. При включении фотоэлемента в цепь внешнего источника напряжения (положительный потенциал подается на анод) в этой цепи проходит ток, величии на которого зависит от частоты и интенсивности излучения, действующего на фотокатод. На сопротивлении (рис. 73б), включенном в цепь фотоэлемента, получается пропорциональное току напряжение, которое обычно усиливается.

Рис. 73. Фотоэлемент с внешним фотоэффектом:

а) схема устройства; б) схема включения

Величина тока эмиссии, определяемого количеством эмиттируемых катодом электронов в единицу времени, прямо пропорциональна лучистому потоку Ф, падающему на катод:

i_Ф = kФ,

где k – коэффициент пропорциональности.

Максимальная энергия электронов, выходящих из фотокатода, возрастает пропорционально частоте ν излучения и не зависит от величины лучистого потока:

где hν – произведение постоянной Планка на частоту излучения, равное энергии кванта света;

eφ₀ – энергия выхода электрона из катода;

– кинетическая энергия, которой обладает электрон в момент выхода из катода.

Дата добавления: 2015-05-06