Bài giảng Vật lí 12 - Bài học 31: Hiện tượng quang điện trong quang điện trở và pin quang điện

Nội dung text: Bài giảng Vật lí 12 - Bài học 31: Hiện tượng quang điện trong quang điện trở và pin quang điện

1. a) Hiện tượng quang điện trong • Khái niệm: Hiện tượng tạo thành các êlectron dẫn và lỗ trống trong bán dẫn, do tác dụng của ánh sáng có bước sóng thích hợp, gọi là hiện tượng quang điện trong. • Điều kiện: Muốn gây được hiện tượng quang điện trong, thì ánh sáng kích thích phải có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng giá trị 0, gọi là giới hạn quang điện của bán dẫn. Vì năng lượng cần thiết để giải phóng êlectrôn liên kết trong bán dẫn nhỏ hơn công thoát A của êlectrôn từ mặt kim loại, nên giới hạn quang điện của nhiều bán dẫn nằm trong vùng hồng ngoại.
2. b) Hiện tượng quang dẫn • Khái niệm: Hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào gọi là hiện tượng quang dẫn. • Giải thích: Hiện tượng quang dẫn được dựa trên hiện tượng quang điện trong. + Khi bán dẫn được chiếu bằng nguồn ánh sáng thích hợp thì trong bán dẫn có thêm êlectron dẫn và lỗ trống được tạo thành, nên mật độ hạt tải điện trong bán dẫn tăng, độ dẫn điện tăng, thì điện trở suất của bán dẫn giảm. + Cường độ ánh sáng chiếu vào càng mạnh thì điện trở suất của bán dẫn càng nhỏ.
3. 2. Quang điện trở Khái niệm: Quang điện trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn. Đặc điểm: Điện trở của của quang điện trở có thể thay đổi từ vài mêga ôm khi không được chiếu sáng và khi được chiếu sáng bằng ánh sáng thích hợp điện trở giảm xuống còn vài chục ôm. a. Cấu tạo: 4 4 + Một lớp chất bán dẫn (2) phủ lên một 3 3 5 tấm nhựa cách điện (1). 2 G R + Hai điện cực (3) gắn vào lớp bán dẫn. 1 + Hai điện cực nối ra ngoài bằng dây dẫn (4) qua điện kế G, (5) nguồn (6) và điện 6 trở R (7).
4. b. Hoạt động + Khi quang trở được chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp thì trong mạch có dòng điện. + Cường độ dòng điện trong mạch phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào và hiệu điện thế hai đầu điện cực. c. Ứng dụng Quang trở được dùng trong các mạch điều khiển tự động .
5. 3. Pin quang điện • Khái niệm: Pin quang điện là nguồn điện trong đó quang năng biến đổi trực tiếp thành điện năng. • Cấu tạo: + Một tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ lớp mỏng bán dẫn loại p. Lớp tiếp xúc p-n được hình thành ở hai bán dẫn. + Mặt trên cùng là một lớp kim loại mỏng trong suốt với ánh sáng và dưới cùng là một đế kim loại. + Các lớp kim loại này đóng vai trò các điện cực.
6. • Hoạt động: dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra ở lớp chuyển tiếp p-n. + Khi ánh sáng có bước sóng thích hợp chiếu vào lớp kim loại mỏng ở trên cùng, ánh sáng sẽ đi xuyên qua lớp kim loại và lớp bán dẫn p, đến lớp chuyển tiếp p-n gây ra hiện tượng quang điện trong và giải phóng ra các cặp êlectron và lỗ trống ở đó. + Điện trường ở lớp chuyển tiếp p-n đẩy các lỗ trống về phía p và đẩy các êlectron về phía n. Nên lớp kim loại mỏng trên lớp bán dẫn p nhiễm điện dương và trở thành điện cực dương của pin; còn đế kim loại dưới bán dẫn loại n nhiễm điện âm trở thành điện cực âm của pin. + Suất điện động của pin quang điện có giá trị vào cỡ 0,5V đến 0,8V.