Что такое селеновый фотоэлемент
Селеновый фотоэлемент
Селеновый фотоэлемент представляет собой слой селена, на который напылением наносится тонкий слой серебра, а снизу находится стальная или железная пластинка (рис.3).
Рис.3. Устройство селенового фотоэлемента.
Для чистого селена характерна дырочная проводимость (рис. 4).
Процессы, происходящие в селеновом фотоэлементе при действии света.
Свет, падая на прозрачный слой серебра (Ag), частично вступает во взаимодействие с ним, выбивая из него фотоэлектроны, а частично проходит в слой селена (Se), который, поглощая свет, увеличивает свою внутреннюю энергию и нагревается. В результате нагрева селен меняет свою модификацию на кристаллическую, и в этой части селена появляются свободные электроны (рис. 5). Возникает п-р переход (запирающий слой), открытый для дырок и закрытый для электронов. Дырки переходят в нижний слой селена, электроны остаются в его верхнем слое (рис. 6), в результате серебряная и железная пластинки заряжаются разноименно. Таким образом возникает разность потенциалов, и гальванометр регистрирует ее величину.
Селеновый фотоэлемент, медно-закисный, германиевый, сернисто-таллиевый относятся к вентильным фотоэлементам, большим преимуществом которых является то, что они работают без источника тока.
Дата добавления: 2016-10-07 ; просмотров: 9007 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Селеновый фотоэлемент
Селеновые фотоэлементы производятся в Харькове п Ленинграде в количестве нескольких десятков тысяч в год. Сернотал-лиевые фотоэлементы проходят еще стадию испытаний, после чего можно будет приступить к постановке производства и к широкому внедрению их в практику. [2]
Селеновые фотоэлементы производятся в Харькове и Ленинграде в количестве нескольких десятков тысяч в год. [3]
Селеновый фотоэлемент имеет чувствительность по току, равную 200 мкА / лм. Принимая, что такая же чувствительность имеет место при освещении фотоэлемента монохроматическим светом длиной волны 551 нм, определите, сколько фотонов приходится на 1 электрон, участвующий в фототоке. [4]
Селеновый фотоэлемент 7 служит для превращения световой энергии в электрическую. [5]
Селеновый фотоэлемент принадлежит к классу фотоэлементов с запирающим слоем. На поверхность селена методом катодного напыления наносится тончайший слой золота или платины 4, пропускающий световые лучи. [6]
Селеновые фотоэлементы обладают малой инерцией. Однако при переменном световом потоке ( особенно при включении фотоэлемента на усилитель) необходимо учитывать собственную емкость фотоэлемента ( образованную электродами, разделенными тонким полупроводящим слоем), значительно большую, чем емкость фотоэлементов с внешним фотоэффектом. Эту емкость следует считать включенной параллельно внутреннему сопротивлению ( запирающего слоя) фотоэлемента. [7]
Селеновые фотоэлементы пригодны для измерений только в видимой части спектра. Они обладают высокой чувствительностью, и при их применении не требуется усиливать возникающий фототек, измерение которого возможно обычным стрелочным гальванометром. Селеновые фотоэлементы нельзя применять для измерения в узких участках спектра, так как используемые в этих случаях узкополосные светофильтры значительно ослабляют световые потоки. [8]
Селеновый фотоэлемент /, снабженный ирисовой диафрагмой, удобно крепится на тубусе микроскопа с Помощью кольца для микрофотонасадки. [13]
Селеновые фотоэлементы высокочувствительны, проявляют малую инерционность и хорошие эксплуатационные качества. [14]
III. Фотогальванический эффект. Устройство и принцип работы селенового фотоэлемента.
Внутренний фотоэффект – явление при котором электроны, вырвавшись из атома, становятся свободными, но остаются в самом веществе. Одной из разновидностей внутреннего фотоэффекта является фотогальванический эффект,при котором на границе раздела двух сред (металл – полупроводник или полупроводник – полупроводник) с разными типами проводимости возникает фото ЭДС, пропорциональная лучистому потоку.
Рассмотрим устройство селенового фотоэлемента ( Рис. 4 ).
лучистая энергия
2.Слой селена, напыляемый на пластмассу
3.Очень тонкий (прозрачный) слой
металла, напыляемый на селен.
Рис. 4. Селеновый фотоэлемент
Селеновый фотоэлемент представляет собой круглую или прямоугольную пластмассовую пластину (1), на которую напыляется слой селена (2). На селеновый слой напыляется очень тонкий прозрачный слой металла (3). Граница раздела металла и селена называется запирающим слоем, так как он пропускает носителя зарядов (электроны) только в одном направлении из полупроводника в металл.
При контакте металла и полупроводника ( селен полупроводник n типа ) произойдет диффузия электронов из полупроводника в металл через границу контакта и приконтактный участок полупроводника вследствие убыли электронов зарядится положительно по отношению к металлу, то есть возникнет контактная разность потенциалов (КПР).
Тонкий слой металла пропускает фотоны лучистой энергии (видимого света, инфракрасного, ультрафиолетового излучения, рентгеновских лучей) в селен. В полупроводнике происходит внутренний фотоэффект, освобожденные фотоэлектроны переходят из полупроводника в металл.
Если подключить к металлу и полупроводнику измерительный прибор, то при освещении контактного слоя в цепи возникнет электрический ток, который называется фототок.
IV. Фоторезистор.
Фоторезистор— это фотоэлектрический прибор на внутреннем фотоэффекте.
Под действием лучистой энергии (видимого света, ультрафиолетового или инфракрасного излучения, рентгеновских лучей) в веществе освобождаются от связей в атоме и становятся свободными электроны, которые увеличивают проводимость вещества. Данный вид фотоэффекта называетсяфоторезистивным эффектом.
Фоторезистор представляет собой пластмассовую пластинку, на которую нанесен тонкий слой полупроводникового вещества (сернистые или селенистые соединения свинца, висмута или калия) С обоих сторон полупроводникового слоя делаются выводы для подключения резистора в электрическую цепь, а сам слой для защиты от влаги и механических воздействий покрывается прозрачным лаком.
Фоторезисторы используются в медицинских приборах для измерения гемоглобина в крови, для определения степени насыщения крови кислородом.
V. Применение фотоэлектронных приборов
В медицине (ФЭП).
1. В спектроскопических приборах, для спектрального анализа химического состава вещества.
2. В фотометрических приборах для определения концентрации растворов
3. В счетчиках радиоактивных частиц.
4. Для измерения слабых световых потоков (при биофизических исследованиях для определения сверхслабой биолюминисценции).
1. В инфракрасной микроскопии
2. Для изучении люминисцирующих лекарственных веществ в ИК области спектра.
3. В тепловизорах – приборах, позволяющих регистрировать местные повышения температуры для определения подкожных злокачественных опухолей, расширения вен, подкожных воспалительных процессов.
4. В рентгеноскопии.
5. Для усиления яркости рентгенографичкеского изображения, что позволяет уменьшить дозу облучения.
Полупроводниковые фотоэлементы применяются:
1. В счетчиках клеток крови.
2. В измерителях освещенности, цветовой температуры.
3. в различных устройствах автоматики
4. В дозиметрах инфракрасного и ультрафиолетового излучений
ГОСТ 2388-70 Фотоэлементы селеновые для фотометрирования и колориметрирования пиротехнических средств. Общие технические требования
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Общие технические требования
Ипк издательство стандартов
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ФОТОЭЛЕМЕНТЫ СЕЛЕНОВЫЕ ДЛЯ ФОТОМЕТРИРОВАНИЯ И КОЛОРИМЕТРИРОВАНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
Общие технические требования
Selenium photocells for photometric and
colorimetric measurement of pirotechnical agents.
General technical requirements
Настоящий стандарт распространяется на селеновые фотоэлементы, предназначенные для фотометрирования и колориметрирования пламени пиротехнических составов.
Стандарт устанавливает требования к фотоэлементам, применяемым при фотометрировании и колориметрировании светящегося пламени единичных световых вспышек с временем достижения максимума силы света не менее 0,001с и модулированного света с частотой не более 100 Гц; при этом освещенность на фотоэлементе должна быть от 2 до 2000лк.
Требования п.п. 1.6, 1.7, 2.3 и приложение настоящего стандарта являются обязательными, другие требования рекомендуемыми.
(Измененная редакция, Изм. № 3).
1. Технические требования
2. Методы испытаний
3. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение
1. Технические требования
1.1. Фотоэлементы должны соответствовать требованиям настоящего стандарта и технической документации, утвержденной в установленном порядке.
1.2. Фотоэлементы должны надежно работать в диапазоне температур от минус 20 до плюс 40°С и относительной влажности до 80 %.
Примечание. Разрешается работать с фотоэлементами при температуре ниже минус 20 и выше плюс 40°С при условии, что измеренная интегральная чувствительность при этих температурах соответствует значениям, указанным в п. 1.6а.
1.3. Конструкция фотоэлемента должна обеспечивать:
а) герметичность светочувствительного элемента;
б) надежный контакт выводных клемм с электродами светочувствительного элемента;
в) возможность закрытия светочувствительного элемента съемной крышкой в нерабочем состоянии;
г) надежное крепление светофильтра;
д) возможность установки на штатив.
1.4. Все металлические детали фотоэлемента должны быть защищены антикоррозионными покрытиями, вид которых указывают в чертежах на фотоэлемент.
1.5. Корпус фотоэлемента должен быть изготовлен из диэлектрика, обеспечивающего сопротивление между токоснимающими деталями не менее 100МОм.
1.6. Световые и электрические характеристики фотоэлементов, применяемых при фотометрировании и колориметрировании, при сопротивлении нагрузки не более 100 Ом должны удовлетворять следующим требованиям:
а) интегральная чувствительность при снятом светофильтре не должна быть менее 300мкА/лм при освещенности 1000лк на поверхности светочувствительного элемента;
б) линейность (отклонение от прямой пропорциональности между фототоком и освещенностью) в диапазоне освещенности от 2 до 2000лк не должна превышать ±5%;
в) утомляемость (изменение фототока со временем) при освещенности 2000лк через 10мин после начала освещения фотоэлемента не должна превышать 2% от величины начального фототока;
г) температурный коэффициент для интервала температур от минус 20 до плюс 40°С при освещенности 2000лк не должен превышать 0,2% на 1°С.
1.7. Корригирующий светофильтр, применяемый для фотометрирования, должен приводить относительную спектральную чувствительность фотоэлемента к относительной световой эффективности монохроматического излучения по ГОСТ 8.332. Допускаемые отклонения не должны превышать значений, приведенных в табл. 1.
Разновидности фотоэлементов.
|
I. Фотоэлементы с запирающимся слоем.Из вентильных фотоэлементов с запирающимся слоем наибольшее распространение получил селеновый фотоэлемент (рис.4.). Они представляет собой железную пластинку (1), покрытую слоем элементарного селена (2), поверхность селена покрыта очень тонкой полупрозрачной плёнкой золота или платины (3), на которое помещено металлическое контактное кольцо (4). Для защиты фотоэлемент помещают в футляр из пластмассы с выводами от контактов, отверстие прикрывают тонкой стеклянной пластинкой или целлулоидной плёнкой. Принцип действия фотоэлемента заключается в следующем. 
Рис. 4. Устройство селенового
Характеристика:
2. Обладают малой инертностью, то есть после выключения источника
света величина фототока не ползёт.
3. Селеновые фотоэлементы дешёвые и механически прочные.
5. Доброкачественные фотоэлементы уменьшают свою чувствительность
на протяжении года не более чем на 1 %. Селеновые фотоэлементы стареют, то есть со временем вырабатывают меньший ток (рис.5).
Рис. 5. Зависимость чувствительности фотоэлемента от времени
В настоящее время, селеновые фотоэлементы употребляются наиболее часто, однако, будущего у них нет, от них постепенно отказываются и со временем заменят лучшими образцами.
2. Фотосопротивления. В основе действия фотосопротивления лежит уменьшение сопротивления вещества при облучении его светом определённой длины волны. Фотоактивными в этом случае могут быть различные полупроводники, из которых чаще всего применяют таллофид (сплав сульфида таллия с оксидом таллия), сернистый свинец и реже селен. Таллофидные и сернистосвинцовые сопротивления обладают большой чувствительностью в инфракрасной области спектра, но имеют ряд недостатков, поэтому применение ограниченно.
3. Фотоэлементы, основанные на внешнем фотоэффекте(вакуумные фотоэлементы). Действие фотоэлементов с внешним фотоэффектом основано на выбивании электронов под действием света из светочувствительного слоя, расположенного на катоде. Катод, как правило, содержит щелочной металл. Все фотоэлементы данного типа выполняются в виде стеклянных сосудов, одна половина которых покрыта светочувствительным слоем, либо внутри помешается светочувствительная пластина (см. рис.6). Перед катодом (катод 1) располагается анод (2), выполненный в виде кольца и служащий для собирания выбитых электронов. Размеры анода должны быть невелики, чтобы не препятствовать свободному доступу света к катоду.
| Рис.6. Схема вакуумного фотоэлемента. |
Характеристика:
Достоинства:
1. Выходной прибор может быть грубым, так как питается усиленным
током.
2. Фотоэлемент можно снабдить самописцем.
3. Прибор можно подключить к системе автоматического контроля.
4. Показания фотоэлементов отличаются большой (высокой)
стабильностью при долговременной работе (более 10 лет).
1. Фототок очень малый.
2. Для стабилизации работы фотоэлемента требуется внешний источник тока.
3. Обязательно наличие электронного усилителя, что вызывает
увеличения стоимости фотоэлемента.
4. Вакуумные фотоэлементы имеют темновые токи, появляющиеся в
результате термоэлектронной эмиссии и токов проводимости по стеклу. В
современных приборах предусматривается специальное устройство для устранения темновых токов.