548 2

16 Wt ASNOÓCl OPTYCZNE MATERIAŁÓW

spójne przestrzennie i czasowa Pożądane jest natomiast, by nalc/ato do widma widzialnego. To wymaganie spełniają niektóre półprzewodnikowe związki chemiczne utworzoneprr.es pierwiastki grupy 13 (IIIA) i 15 (VA). np. GnP. GaAs. GaP.As,., i Ga, Al,. ,As.

Ogniu o słoneczne. Działanie ogniwa słonecznego jest przeciwne do działania diody świecącej. W tym przypadku fotony generują napięcie, a nie odwrotnie. Działanie ogniwa słonecznego pokazano na rys. 16.16. Zasada działania polega na tym. ze w bezpośrednim sąsiedztwie złącza p-n następuje rekombinacja dziur / elektronami, powodująca utworzenie cienkiego obszaru o ładunku dodatnim po stronie n i odpowiadającego mu obszaru o ładunku ujemnym po stronic p (rys. 16.16*). Jest tak dlatego, gdyl każda strona złącza przed rekombinacją jest elektrycznie obojętna, a zatem utrata elektronów w części n złącza musi prowadzić do nadmiaru ładunków dodatnich w tej części i podobnie utrata dziur w części p złącza - do nadmiaru ładunków ujemnych w tej części. W poprzek złącza jest więc utworzony gradient potencjału. Jeżeli na takie złącze pada światło o energii fotonów większej od energii przerwy energetycznej, to każdy foton wytwarza parę clck-tron-dztura. Występujący na złączu gradient potencjału powoduje, że tworzone przez padające fotony dziury przechodzą z części n dop. natomiast elektrony z części P do n (rys. 16.l6b), a to powoduje przepływ prądu. Takie złącze, po włączeniu w obwód elektryczny, jest źródłem energii.

Obszar

zubożony

dzięki rekombinacji elektronów Z dziurami

^Q)    000© °©    ©O©

©0000000© tadumfc ♦ —

ładuntk - —•>

000000000

00000000

P

b)			n	światło
	0	© ©	©/	®/V ©/	©
0	0	0 0	/e		©
+			V	-MUk-
		© 5		©HT
0	0	0 0	0	0 0 0	0

00000000

P

RYS. 16.16. Schemat złącza p-n: a) rekombinacja elektronów z dziurami w sąsiedztwie złącza powoduje utworzenie się po stronie n złącz* warstwy naładowanej dodatnio, a po stronic /> warstwy naładowanej ujemnie, b) tworzenie przez światło par elcklron-dziura w sąsiedztwie złącza i występowanie po stronie n złącza warstwy naładowanej dodatnio, a po stronic p warstwy naładowanej ujemnie powoduje, te elektrony przemieszczają się na stronę n. a dziury na stronę p tłąc/a

Podsumowanie

¹ ‘‘-'naSę, optyczne materiałów su rezultatem ich oddziały wanta /. promieniowaniem

elektromagnetycznym, interpretowanym jako strunach fotonów Możliwe oddziały-.ima wiązki światła padającego na materiał obejmują załamanie, odbicie, absorpcję i transmisję. Wiązka Światła przechodząca /. jednego ośrodka do drugiego jest na granicy ośrodków załamana, a szybkość Światła ułega zmianie Współczynnik /.dumania jest stosunkiem szybkości Światła w próżni do szybkości światła w rozpatrywanym materiale. Odbicie światła występuje wówczas, gdy fotony są absorbowane dzięki wzbudzeniu elektronów, a powrotowi elektronów wzbudzonych do stanów niżej energetycznych towarzyszy reemisja fotonów Absorpcja występuje natomiast wówczas, gdy fotony przechodząc przez materiał, tracą energię.

Fotony są wytwarzane w materiale podczas przejęcia elektronów ze stanów w zbudzonych do stanów niżej energetycznych Emisja św iatła podczas przejścia elektronów ze stanu wzbudzonego do stanów niżej energetycznych jest nazywana luminescencją. Bardzo szybka emisja światła po wzbudzeniu elektronów jest nazywana fluorcscencją. natomiast znacznie wolniejsza - fosforoscencją.

Metale są nieprzezroczyste, gdyż w ich powierzchniowej warstwie następuje absorpcja światła padającego i ponowna emisja światła. Absorpcja światła w metalach jest spowodowana wzbudzeniem elektronów do pustych stanów energetycznych powyżej poziomu Fermiego, natomiast ponowna emisja światła jest spowodowana powrotem elektronów wzbudzonych do stanów niżej energetycznych. Materiały niemetaliczne mogą być przezroczyste lub nieprzezroczyste. Materiały charakteryzujące się wąską przerwą energetyczną między pasmem walencyjnym i przewodnictwa (poniżej 1.8 cV) są nieprzezroczyste, gdyż energia fotonów światła widzialnego jest wystarczająca do wzbudzenia w nich elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Przezroczystymi są natomiast materiały charakteryzujące się przerwą energetyczną większą od energii fotonów z zakresu światła widzialnego (powyżej 3.1 eV), gdyż w nich fotony światła widzialnego nie są w stanie przekazać elektronom swojej energii przez ich wzbudzenie. Przezroczystość materiału ograniczają cząstki innej fazy. granice ziam oraz pory. gdyż na granicach międzyfazowych następuje załamanie wiązki światła.

Zadania

Zadanie 16.1. Oblicz energię fotonu o minimalnej długości fali z zakresu światła widzialnego.

Odpowiedź: 3.1 eV.

Zadanie 16.2. Oblicz krytyczną wartość kąta padania a_k, powyżej której światło me przechodzi ze szkła kwarcowego do wody.

Odpowiedz: 3_k = 65,9°.

549