Одним з найбільш важливих пріоритетів у розвитку людства є відкриття і використання нових видів енергії, одним з яких стало відкриття явища фотоефекту. З 1876 року, коли у Великобританії був створений перший фотоелемент, до наших днів учені працюють над вдосконаленням цієї технології, підвищенням її ефективності. Однак справжня історія використання напівпровідникових перетворювачів почалася в 1958-му, коли на третьому радянському як джерело енергії були встановлені сонячні кремнієві батареї, з тих пір основне джерело енергії в космосі. У 1974 році вчені приступили до промислового виробництва сонячних батарей на гетероструктурах, тоді ж цими батареями стали оснащуватися штучні супутники. Зараз у світі йде робота над подвоєнням потужності сонячних фотоелектричних установок. Це найбільш перспективний спосіб отримання та використання енергії на Землі. Поки, правда, це найдорожчий вид енергії, але в перспективі її вартість буде порівнянна з тією, що виробляється на атомних станціях. Тим більше що така енергія екологічно безпечна і запаси її практично невичерпні. За оцінками фахівців, у 2020 році до 20% світової електроенергії здійснюватиметься за рахунок фотоелектричного перетворення сонячної енергії в машинобудуванні, приладобудуванні медицині, космосі та інших галузях. . Вже зараз багато напрямів, на яких сонячна енергія знаходить широке застосування-це мобільна телефонний зв'язок, якої необхідна автономне живлення антен за відсутності ліній електропередач.
Нобелівський лауреат Ханс Бете висловив гіпотезу про те, що джерелом енергії, яку випромінюють Сонце і зірки, є термоядерний синтез. По суті, наше світило - це колосальний термоядерний реактор. Строго кажучи, життя на планеті існує за рахунок одного головного джерела - термоядерної реакції Сонця. Далі продукти цієї реакції надходять на Землю у вигляді світлової енергії, яка нас зігріває, перетвориться в електрику або акумулюється у вигляді нафти, газу, вугілля. Саме завдяки такому величезному потоку енергії, в тій чи іншій формі надходить від Сонця, можна взагалі говорити про таке складне явищі, як життя. Одним з напрямків енергетики майбутнього є сонячна енергетика. На сьогоднішній день найбільш ефективним способом перетворення сонячної енергії є напівпровідниковий фотоефект Внутрішній чи полупрводніковий фотоефект - збільшення електропровідності напівпровідників або діелектриків під дією світла. Причиною фотопровідності є збільшення концентрації носіїв заряду (електронів) в зоні провідності і дірок у валентній зоні. Для цього явища притаманне таке поняття як Фотопроводимость - додаткова електропровідність напівпровідників, зумовлена ​​䳺ю світла. Фотопровідність залежить від роду напівпровідника, його температури, а також виду та кількості домішок в ньому. Bнyтpeннuй фoтoеффeкт нa6людaeтcя npu ocвeщeніі пoлyпpoвoднuкoв і дuелeктpuкoв, ecлu енepruя фoтoнa дocтaтoчнa для nepe6poca елeктpoнa з вaлeнтнoй зoни в зoнy npoвoдімocті. B деяких noлynpoвoднікax фoтoеффeкт o6нapyжівaeтcя тaкжe у тoму cлyчae, ecлі енeprія елeктpoнa дocтaтoчнa для nepe6poca елeктpoнoв в зoнy npoвoдімocті c дoнopниx npімecниx ypoвнeй або з вaлeнтнoй зoни. Taк в noлynpoвoднікax і діелeктpікax вoзнікaeт фотопровідність. Інтepecнaя paзнoвіднocть внyтpeннero фoтoеффeктa нa6людaeтcя в кoнтaктe елeктpoннoro і диpoчнoro noлynpoвoднікoв. B етoм cлyчae noд дeйcтвіeм cвeтa вoзнікaют елeктpoни і дыpки, кoтopиe paздeляютcя старого електричного noлeм pn-nepexoдa: елeктpoни nepeмeщaютcя в noлynpoвoднік тіna n, a диpкі - в noлynpoвoднік тіna p. Пpи етoм мeждy диpoчним і елeктpoнним noлynpoвoднікaмі ізмeняeтcя кoнтaктнaя paзнocть noтeнціaлoв no cpaвнeнію c paвнoвecнoй, т.e. вoзнікaeт фoтoелeктpoдвіжyщaя cилa. Taкyю фopмy внyтpeннero фoтoеффeктa нaзивaют вeнтільним фoтoеффeктoм.
Oн мoжeт 6ить іcnoльзoвaн для нenocpeдcтвeннoro npeo6paзoвaнія енeprіі елeктpoмarнітнoro ізлyчeнія в енeprію елeктpічecкoro тoкa.
Елeктpoвaкyyмниe або noлynpoвoднікoвиe npі6opи, npіні, іn pa6oти кoтopиx ocнoвaн нa фoтoеффeктe, нaзивaют фoтoелeктpoннимі.
Фотоелектричні явища виникають при поглинанні речовиною електромагнітного випромінювання оптичного діапазону. До цих явищ належить і зовнішній фотоефект. Зовнішнім фотоефектом називають явище виривання електронів з речовини під дією падаючого света.Явленіе зовнішнього фотоефекту відкрито в 1887 р. Герцем, а детально досліджено Столєтова. Теорія фотоефекту на основі квантових уявлень створена Ейнштейном.
Явище фотоефекту отримало широке практичне застосування. Прилади, в основі принципу дії яких лежить фотоефект, називаються фотоелементами. Фотоелементи, що використовують зовнішній фотоефект, перетворять енергію випромінювання в електричну лише частково. Так як ефективність перетворення невелика, то в якості джерел електроенергії фотоелементи не використовують, але зате застосовують їх в різних схемах автоматики для управління електричними ланцюгами за допомогою світлових пучків.
Внутрішній фотоефект використовують в фоторезисторах. Вентильний фотоефект, що виникає в напівпровідникових фотоелементах з pn переходом, використовується для прямого перетворення енергії випромінювання в електричну енергію (сонячні батареї). Необхідні умови для виникнення внутрішнього фотоефекту-частка повинна бути пов'язаною, і енергія фотона повинна перевищувати її енергію зв'язку. Внутрішній фотоефект може відбуватися в напівпровідниках і діелектриках (і в металах теж).
З допомогою законів збереження енергії та імпульсу можна показати, що фотон не може бути поглинений вільної часткою. У металі електрон взаємодіє з атомами кристалічної решітки. Тому при поглинанні електроном фотона частина імпульсу фотона може бути передана кристалічній решітці металу. Фотоефект використовується в фотоелектронних приладах, які отримали різноманітні застосування в науці і техніці. На фотоефекті засноване перетворення світлового сигналу в електричний. Електричний опір напівпровідника падає при висвітленні; це використовується для пристрою фотосопротивлений. При висвітленні області контакту різних напівпровідників виникає фото-ерс, що дозволяє перетворювати світлову енергію в електричну (фотографія справа). Фотоелектронні помножувачі дозволяють реєструвати дуже слабке випромінювання, аж до окремих квантів. Аналіз енергій і кутів вильоту фотоелектронів дозволяє досліджувати поверхні матеріалів. У 2004 році японські дослідники створили новий тип напівпровідникового приладу - фотоконденсатор, нерозривно з'єднує в собі фотоелектричний перетворювач і засіб зберігання енергії. У перетворенні світла новий прилад виявився вдвічі ефективніше простих кремнієвих сонячних батарей.
Список літератури
Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту .referat.ru/
