fotoogniwo - 22-moje, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania


Nr ćwiczenia:

22

Temat ćwiczenia:

Zastosowanie fotoogniwa

do pomiarów fotometrycznych

Wydział:

FTiMK

Data:

01.11.2000

Zespół nr:

5

Imię i nazwisko:

Mariusz Rutkowski

Rok:

II

Ocena:

W zjawisku fotoelektrycznym zaporowym (fotowoltaicznym) wykorzystuje się fotoogniwo. Zjawisko to polega na powstawaniu siły elektromotorycznej na styku dwu półprzewodników o różnym typie przewodnictwa lub półprzewodnika i metalu pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego z zakresu częstości optycznych. Wartość powstającej siły elektromotorycznej zależy od rodzaju materiału oraz natężenia oświetlenia jego powierzchni. Obecnie największe znaczenie mają fotoogniwa ze złączem p-n.

Typowe fotoogniwa ze złączem p-n składa się z elektrody bazowej, wykonanej z metalu, na której znajduje się warstwa półprzewodnika. Warstwa ta jest pokryta półprzeźroczystą cienką powłoką złota lub platyny, stanowiącą drugą elektrodę. Między elektrodami oświetlanego fotoogniwa wytwarza się różnica potencjałów, która powoduje przepływ prądu w obwodzie zewnętrznym. Prąd ten nazywamy fotoelektrycznym lub fotoprądem, a wartość jego w przypadku małego oporu w obwodzie zewnętrznym jest w szerokim zakresie oświetleń liniową funkcją natężenia oświetlenia E. Ta własność ułatwia zastosowanie fotoogniwa do pomiarów fotometrycznych (pomiar natężenia oświetlenia, światłości, strumienia świetlnego, współczynnika absorpcji światła).

Efekt fotoelektryczny związany jest z powstawaniem swobodnych nośników wewnątrz półprzewodnika, na który pada promieniowanie elektromagnetyczne, czyli ze zjawiskiem fotoelektrycznym wewnętrznym. Zjawisko fotoelektryczne powoduje zmianę oporu złącza, podobnie jak w fotodiodach.

Charakterystyka oświetleniowa fotoogniwa:

Charakterystyka oświetleniowa przedstawia zależność natężenia fotoprądu if od natężenia oświetlenia E powierzchni fotoogniwa. Natężenie oświetlenia charakteryzuje powierzchniową gęstość strumienia promieniowania:

0x01 graphic

gdzie: 0x01 graphic
- strumień świetlny padający na element powierzchni

ds. - element powierzchni

Jednostką natężenia oświetlenia w układzie SI jest 1lux.

Gdy rozważane źródła światła są małe w porównaniu z jego odległością r od oświetlanej powierzchni, to natężenie wyraża się wzorem:

0x01 graphic

gdzie: I - światłość źródła

0x01 graphic
- kąt między normalną od oświetlanej powierzchni i kierunkiem rozchodzenia się

światła

Na podstawie charakterystyki oświetleniowej można obliczyć czułość oświetleniową fotoogniwa:

0x01 graphic

Współczynnik absorpcji:

Prawo absorpcji: jeżeli przez jednorodny, bezbarwny i przeźroczysty ośrodek biegnie równoległa wiązka promieni świetlnych prostopadle do powierzchni ośrodka, to ulega ona osłabieniu zgodnie z równaniem:

0x01 graphic

gdzie: 0x01 graphic
- gęstość strumienia energii przed wniknięciem wiązki w absorbent

J - gęstość strumienia energii po przejściu przez warstwę ośrodka o grubości d

0x01 graphic
- współczynnik absorpcji (odwrotność odległości)

Wiązka światła białego jest mieszaniną fal o różnych długościach λ i różnych współczynnikach absorpcji. Współczynnik μ jest średnim współczynnikiem absorpcji dla promieniowania widzialnego. Jednak dla przeźroczystych, bezbarwnych ośrodków zależność μ i λ jest niewielka, o czym świadczy fakt, że wiązka światła białego po przejściu przez taki ośrodek pozostaje nadal bezbarwna.

Aby dokonać pomiarów natężenia światła wystarczy wyznaczyć współczynnik μ w tym celu można wykorzystać fotoogniwo. Natężenie fotoprądu jest wprost proporcjonalne do J, zatem:

0x01 graphic

gdzie: k - współczynnik proporcjonalności

if0 - natężenie fotoprądu zarejestrowane przed przejściem światła przez ośrodek

if - natężenie fotoprądu zarejestrowane po przejściu światła przez ośrodek o grubości d

Czyli:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Zasada działania fotoogniwa ze złączem p-n:

W złączu p-n powstaje ładunek przestrzenny, wytwarzający pole elektryczne skierowane od półprzewodnika typu n do półprzewodnika typu p. Jest to warstwa zaporowa. Złącze znajduje się w sąsiedztwie oświetlonej powierzchni i padające na niego fotony generują w miejscu, gdzie są pochłaniane pary elektron - dziura. Jeżeli pary nośników osiągną na skutek dyfuzji obszar złącza, to nastąpi ich rozdzielenie. Pole elektryczne złącza przesuwa elektrony w głąb półprzewodnika typu n, natomiast dziurom pozwala przedostać się do półprzewodnika typu p. Zostaje zachwiana równowaga złącza i dodatkowo wytworzy się różnica potencjałów przez ładowanie się obszaru n ujemnie, a p dodatnio. Jest to zaporowe zjawisko fotoelektryczne. Na elektrodach dołączonych do złącza powstaje napięcie, które w zamkniętym obwodzie elektrycznym spowoduje przepływ prądu. W ten sposób fotoogniwo zmienia energię światła wprost na energię prądu elektrycznego. Wydajność ogniw jest niewielka. Fotoogniwa wykorzystuje się jako źródła energii do zasilania układów elektronicznych pracujących w trudno dostępnych miejscach, jako czujniki w układach automatyki, elementy baterii słonecznych oraz w fotometrycznych przyrządach pomiarowych.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
I AD, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania, Sprawka, ćwiczenie 22 przyjęte
obliczenia poprawione, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania, Sprawka, ćwiczenie 22 przyjęte
22.2, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania
Lab fiz 43 2, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania
Lab fiz 15, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania
Lab fiz 44, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania
17 - hallotron, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania
74A, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania
Ściąga 2 sem, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania
Zrodlo swiatla za pomoco fotometru, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania
30, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania
47, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania
konspekt f3, Studia, Semestr 1, Fizyka, Sprawozdania

więcej podobnych podstron