Фотоэлемент, электронный прибор, в котором в результате поглощения энергии падающего на него оптического излучения генерируется эдс (фотоэдс) или электрический ток (фототок). Действие Фотоэлемент основывается на фотоэлектронной эмиссии или фотоэффекте внутреннем.

Схематическое изображение фотоэлемента с внешним (а) и внутренним (б) фотоэффектом; К — фотокатод; А — анод; Ф — световой поток; n и p — области полупроводника с донорной и акцепторной примесями; Е — источник постоянного тока, служащий для создания в пространстве между К и А электрического поля, ускоряющего фотоэлектроны; R_н — нагрузка; пунктирной линией обозначен р — n-переход.

  Фотоэлемент, действие которого основано на фотоэлектронной эмиссии, представляет собой (рис., а) электровакуумный прибор с 2 электродами – фотокатодом и анодом (коллектором электронов), помещенными в вакуумированную либо газонаполненную стеклянную или кварцевую колбу. Световой поток, падающий на фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию с его поверхности; при замыкании цепи Фотоэлемент в ней протекает фототок, пропорциональный световому потоку. В газонаполненных Фотоэлемент в результате ионизации газа и возникновения несамостоятельного лавинного электрического разряда в газах фототок усиливается. Наиболее распространены Фотоэлемент с сурьмяно-цезиевым и кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодами.

  Фотоэлемент, действие которого основано на внутреннем фотоэффекте, – полупроводниковый прибор с гомогенным электронно-дырочным переходом (р–n-переходом) (рис., б), полупроводниковым гетеропереходом или контактом металл-полупроводник (см. Шотки диод). Поглощение оптического излучения в таких Фотоэлемент приводит к увеличению числа свободных носителей внутри полупроводника. Под действием электрического поля перехода (контакта) носители заряда пространственно разделяются (например, в Фотоэлемент с р–n-переходом электроны накапливаются в n-oбласти, а дырки – в р-области), в результате между слоями возникает фотоэдс; при замыкании внешней цепи Фотоэлемент через нагрузку начинает протекать электрический ток. Материалами, из которых выполняют полупроводниковые Фотоэлемент, служат Se, GaAs, CdS, Ge, Si и др.

  Фотоэлемент обычно служат приёмниками излучения или приёмниками света (полупроводниковые Фотоэлемент в этом случае нередко отождествляют с фотодиодами); полупроводниковые Фотоэлемент используют также для прямого преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию – в солнечных батареях, фотоэлектрических генераторах.

Основные параметры и характеристики Фотоэлемент 1) Интегральная чувствительность (ИЧ) – отношение фототока к вызывающему его световому потоку при номинальном анодном напряжении (у вакуумных Фотоэлемент) или при короткозамкнутых выводах (у полупроводниковых Фотоэлемент). Для определения ИЧ используют, как правило, эталонные источники света (например, лампу накаливания с воспроизводимым значением цветовой температуры нити, обычно равным 2840 К). Так, у вакуумных Фотоэлемент (с сурьмяно-цезиевым катодом) ИЧ составляет около 150 мка/лм, у селеновых – 600–700 мка/лм, у германиевых – 3×10⁴мка/лм. 2) Спектральная чувствительность – величина, определяющая диапазон значений длин волн оптического излучения, в котором практически возможно использовать данный Фотоэлемент Так, у вакуумных Фотоэлемент с сурьмяно-цезиевым катодом этот диапазон составляет 0,2–0,7 мкм, у кремниевых – 0,4–1,1 мкм, у германиевых – 0,5–2,0 мкм. 3) Вольтамперная характеристика – зависимость фототока от напряжения на Фотоэлемент при постоянном значении светового потока; позволяет определить оптимальный рабочий режим Фотоэлемент Например, у вакуумных Фотоэлемент рабочий режим выбирается в области насыщения (область, в которой фототок практически не меняется с ростом напряжения). Значения фототока (вырабатываемого, например, кремниевым Фотоэлемент, освещаемым лампой накаливания) могут при оптимальной нагрузке достигать (в расчёте на 1 см²освещаемой поверхности) несколько десятков ма (для кремниевых Фотоэлемент, освещаемых лампой накаливания), а фотоэдс – нескольких сотен мв. 4) Кпд, или коэффициент преобразования солнечного излучения (для полупроводниковых Фотоэлемент, используемых в качестве преобразователей энергии), – отношение электрической мощности, развиваемой Фотоэлемент в номинальной нагрузке к падающей световой мощности. У лучших образцов Фотоэлемент кпд достигает 15–18%.

  Фотоэлемент используют в автоматике и телемеханике, фотометрии, измерительной технике, метрологии, при оптических, астрофизических, космических исследованиях, в кинои фототехнике, факсимильной связи и т.д.; перспективно использование полупроводниковых Фотоэлемент в системах энергоснабжения космических аппаратов, морской и речной навигационной аппаратуре, устройствах питания радиостанций и др.

 

  Лит.: Рывкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Васильев А. М., Ландсман А. П., Полупроводниковые фотопреобразователи М 1971.

  М. М. Колтун.