โฟโตเอฟเฟ็กต์ของชั้นกั้น

พิจารณาฟิสิกส์ของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกของชั้นล็อค (กั้น) (โฟโตเอฟเฟกต์ของวาล์ว) วิเคราะห์กลไกการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าภายใต้อิทธิพลของแสงโดยใช้ตัวอย่างของ cuprous ออกไซด์

ในส่วนของการนำแสง แสดงให้เห็นว่าภายใต้อิทธิพลของแสงที่ถูกดูดกลืน อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่จากโซนที่ถูกเติมเต็มไปยังโซนอิสระ ซึ่งทำให้เกิดสภาพการนำไฟฟ้าด้วยแสง ในกรณีนี้เฉพาะการนำไฟฟ้าเพิ่มเติมเท่านั้นที่เกิดขึ้นในเซมิคอนดักเตอร์ แต่ไม่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าภายในเกิดขึ้น อย่างไรก็ตามยังเป็นที่รู้จักอีกปรากฏการณ์หนึ่ง - การปรากฏตัวของแรงเคลื่อนไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากการส่องสว่างของเซมิคอนดักเตอร์ ตัวอย่างเช่น หากคุณให้เซมิคอนดักเตอร์ได้รับแสงสว่างที่ไม่สม่ำเสมอเพื่อให้บางส่วนของตัวอย่างได้รับแสงสว่างมากขึ้นอย่างมากและบางส่วนได้รับแสงสว่างน้อยลง ในบางกรณี คุณสามารถตรวจพบความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างบริเวณที่สว่างและมืดได้ ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในช่วงเวลาของการส่องสว่าง อิเล็กตรอนเริ่มกระจายจากบริเวณที่มีแสงสว่างไปยังบริเวณที่มืดในจำนวนที่มากกว่าในทิศทางตรงกันข้าม การแพร่กระจายแบบพิเศษนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าบริเวณที่มืดในกรณีของกลไกการนำไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์จะค่อยๆ มีประจุเป็นลบ และพื้นที่ที่มีแสง - เป็นบวก เป็นผลให้สนามไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นทีละน้อยเกิดขึ้นภายในเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งในที่สุดจะสร้างสถานะสมดุลโดยมีลักษณะเฉพาะคือความจริงที่ว่าอิเล็กตรอนไหลในทั้งสองทิศทางจะเท่ากัน เมื่อเกิดความสมดุล จะมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างส่วนที่สว่างและส่วนที่มืดของเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งบางครั้งก็สูงถึง 0.2 V

อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจที่สุดของผลกระทบของแสงบนเซมิคอนดักเตอร์คือการมีอยู่ของสิ่งที่เรียกว่าโฟโตอิเล็กทริกของชั้นกั้น

ให้เราออกซิไดซ์แผ่นทองแดงโดยสร้างชั้นของคอปเปอร์ออกไซด์ Cu ไว้ 2 0 ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำแบบคลาสสิก เรามาทาโลหะบางๆ เช่น เงิน กับพื้นผิวของคิวรัสออกไซด์กัน เป็นที่รู้กันว่าชั้นโลหะบางมากนั้นโปร่งแสง จากนั้นมาสร้างวงจรไฟฟ้าง่ายๆ กัน เราจะเชื่อมต่อสายไฟเข้ากับอิเล็กโทรดเงินโปร่งแสงจากขั้วหนึ่งของกัลวาโนมิเตอร์ ซึ่งขั้วที่สองจะเชื่อมต่อกับแผ่นทองแดง วงจรนี้มีลักษณะเฉพาะคือไม่มีแหล่งกำเนิดกระแส หากคุณกำหนดกระแสคำแนะนำไปที่อิเล็กโทรดเงินโปร่งแสงด้านบน เข็มกัลวาโนมิเตอร์จะเคลื่อนไปทางด้านขวาของตำแหน่งศูนย์ เนื่องจากกระแสจะไหลในวงจร ปรากฏการณ์นี้เกิดจากการมีชั้นกั้นในระบบเซมิคอนดักเตอร์โลหะ

ในกรณีที่อยู่ระหว่างการพิจารณา อิเล็กตรอนภายใต้อิทธิพลของแสงจะเคลื่อนที่จากคิวรัสออกไซด์ผ่านชั้นกั้นเป็นทองแดง ดังนั้นแผ่นทองแดงจึงมีประจุเป็นลบ และอิเล็กโทรดโปร่งแสงมีประจุเป็นบวก ดังนั้นการฉายรังสีของพื้นผิวคิวรัสออกไซด์ด้วยแสงทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในวงจร ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันนี้พบได้ในเซมิคอนดักเตอร์อื่น ผลกระทบนี้เด่นชัดเป็นพิเศษในระบบที่มีสารกึ่งตัวนำ เช่น แทลเลียมซัลไฟด์ ซิลเวอร์ซัลไฟด์ ซีลีเนียม เจอร์เมเนียม ซิลิคอน และแคดเมียมซัลไฟด์

ปรากฏการณ์ของการเกิดขึ้นของแรงเคลื่อนไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าภายใต้อิทธิพลของแสงในระบบที่ประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์และแบบ "รู" ชั้นกั้นและอิเล็กโทรดโลหะเรียกว่าโฟโตเอฟเฟกต์ของชั้นกั้นหรือโฟโตเอฟเฟกต์ของประตู

ลักษณะของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคเกตคืออะไร? กลไกของปรากฏการณ์นี้ประกอบด้วยหลายขั้นตอน ขั้นแรกคือแสงที่ถูกดูดกลืนจะปล่อยอิเล็กตรอนและรูในเซมิคอนดักเตอร์ไปพร้อมๆ กัน ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าคู่หลุมอิเล็กตรอน การปล่อยคู่เกิดขึ้นจากความจริงที่ว่าอิเล็กตรอนจากโซนที่ถูกเติมจะถูกถ่ายโอนไปยังโซนอิสระ จึงกลายเป็นอิเล็กตรอนการนำไฟฟ้า และรูจะยังคงอยู่ในโซนที่ถูกเติมและยังได้รับโอกาสในการมีส่วนร่วมในการนำไฟฟ้าอีกด้วย

หากแสงถูกดูดซับไว้ในเซมิคอนดักเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งซึ่งไม่ได้สัมผัสกับเซมิคอนดักเตอร์ตัวอื่น คู่ที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแสงจะยิ่งเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์นี้เท่านั้น และนั่นจะเป็นจุดสิ้นสุดของสสาร สถานการณ์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงเกิดขึ้นในระบบที่เรากำลังพิจารณาประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าทางอิเล็กทรอนิกส์ (แสดงด้วยตัวอักษร n) และค่าการนำไฟฟ้าของรู (แสดงด้วยตัวอักษร p) ชั้นกั้นถูกวางไว้ระหว่างเซมิคอนดักเตอร์ทั้งสอง การสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์ p และ n ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าสัมผัสระหว่างกัน และถ้าฟังก์ชั่นการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์แบบ "รู" มากกว่าฟังก์ชั่นการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งจำเป็นสำหรับเซมิคอนดักเตอร์สองตัวที่มีองค์ประกอบทางเคมีเดียวกัน สนามไฟฟ้าสัมผัสนี้จะถูกส่งโดยตรงจากเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ไปยัง "รู" หนึ่ง. จะเกิดอะไรขึ้นกับคู่รักในกรณีนี้? เห็นได้ชัดว่าพาหะปัจจุบันของชนกลุ่มน้อย "ปล่อย" ด้วยแสงเช่นอิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์แบบรูหรือรูในอิเล็กทรอนิคส์ภายใต้อิทธิพลของสนามนี้จะผ่านชั้นปิดกั้นจากเซมิคอนดักเตอร์หนึ่งไปยังอีกอันหนึ่ง เนื่องจากพาหะกระแสไฟส่วนน้อยย้ายจากเซมิคอนดักเตอร์หนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่ง การสะสมของพาหะเหล่านี้ในส่วนหนึ่งของระบบที่อยู่ระหว่างการพิจารณาจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ในอีกส่วนหนึ่ง พาหะในปัจจุบันส่วนใหญ่จะสะสม ดังนั้นคู่ที่เกิดจากแสงจะเริ่มแยกจากกัน: อิเล็กตรอนมีสมาธิในเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์และรู - ในเซมิคอนดักเตอร์ของรู การสะสมนี้ไม่สามารถดำเนินต่อไปได้อย่างไม่มีกำหนด เนื่องจากควบคู่ไปกับการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของรูในเซมิคอนดักเตอร์แบบ "โฮเลย์" และอิเล็กตรอนในอิเล็คตรอน สนามไฟฟ้าที่พวกมันสร้างขึ้นจะเพิ่มขึ้น ซึ่งป้องกันการเปลี่ยนแปลงของพาหะส่วนน้อยจากเซมิคอนดักเตอร์ตัวหนึ่งผ่านการปิดกั้น ไปสู่สารกึ่งตัวนำอีกตัวหนึ่ง ในเวลาเดียวกัน เมื่อฟิลด์นี้เพิ่มขึ้น การไหลย้อนกลับของโฟโตแคริเออร์ส่วนน้อยก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ในที่สุด ความสมดุลแบบไดนามิกจะเกิดขึ้นเมื่อจำนวนพาหะส่วนน้อยที่เคลื่อนที่ต่อหน่วยเวลาผ่านชั้นกั้นเท่ากับจำนวนพาหะเดียวกันที่เคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามในช่วงเวลาเดียวกัน ในขณะนี้ ความต่างศักย์ขั้นสุดท้ายจะเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดด้านบนและด้านล่าง ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะแสดงถึงแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้วยแสง

เมื่อพูดถึงการสร้างสมดุลแบบไดนามิกนั้น ควรระลึกไว้เสมอว่าจำนวนโฟโตแคริเออร์ส่วนน้อย N ที่เคลื่อนที่ต่อหน่วยเวลาจากเซมิคอนดักเตอร์ที่ส่องสว่างผ่านชั้นปิดกั้นไปยังเซมิคอนดักเตอร์อื่นนั้นขึ้นอยู่กับความเข้มของฟลักซ์แสง เมื่อความเข้มของฟลักซ์แสงเพิ่มขึ้นค่าตัวเลขของ N จะเพิ่มขึ้น ในตอนแรกการเพิ่มขึ้นนี้เป็นไปตามกฎเชิงเส้นจากนั้นการเพิ่มขึ้นของ N จะเริ่มล่าช้ามากขึ้นเรื่อย ๆ ตามหลังการเพิ่มขึ้นของความเข้มของฟลักซ์แสง จนกระทั่งเกิดความอิ่มตัวโดยสมบูรณ์ ตามการเปลี่ยนแปลงของ N ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์การส่องสว่าง ขนาดของแรงโฟโตอิเล็กโตรโมทีฟก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ซึ่งท้ายที่สุดแล้วถือเป็นความสนใจหลักในปรากฏการณ์นี้

โดยทั่วไปแล้ว นี่คือกลไกของการเกิดขึ้นของแรงโฟโตอิเล็กโตรโมทีฟในระบบที่ประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์ p และ n และมีชั้นปิดกั้นประกบอยู่ระหว่างพวกมัน

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของเกตมีการใช้งานโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบเซมิคอนดักเตอร์ที่มีความยาวการแพร่กระจายขนาดใหญ่ของตัวพากระแสไฟ "ส่วนน้อย" และมีอายุการใช้งานยาวนานตามลำดับ

จากการพิจารณากลไกการเกิดแรงโฟโตอิเล็กโทรโมทีฟของวาล์ว เห็นได้ชัดว่าอิเล็กโทรดที่สัมผัสโดยตรงกับเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์จะมีประจุเป็นลบเสมอ ในขณะที่อิเล็กโทรดที่สัมผัสโดยตรงกับเซมิคอนดักเตอร์แบบรูจะมีประจุเป็นบวก ดังนั้นสำหรับโฟโตเซลล์วาล์วประเภทต่างๆ อิเล็กโทรดโปร่งแสงด้านบนสามารถรับประจุได้ทั้งประจุบวกและลบ

การค้นพบเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกของชั้นกั้นช่วยเพิ่มความเป็นไปได้ในการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์ในทางปฏิบัติ และสร้างพื้นฐานสำหรับการออกแบบโฟโตเซลล์วาล์ว ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานรังสีโดยตรงและโดยตรงเป็นพลังงานไฟฟ้า

น.ส.โซมินสกี้. เซมิคอนดักเตอร์ (โฟโตเอฟเฟกต์ของชั้นกั้น)

เป้าหมายของงาน:ทำความคุ้นเคยกับโฟโตเซลล์ของวาล์ว ศึกษาคุณลักษณะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน

งาน:นำครอบครัวของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันภายใต้แสงสว่างที่แตกต่างกัน กำหนดความต้านทานโหลดที่เหมาะสมที่สุด และประเมินประสิทธิภาพของตาแมว

อุปกรณ์และอุปกรณ์เสริม:, ตาแมวซิลิคอน, ที่เก็บความต้านทาน, มิลลิโวลต์มิเตอร์, มิลลิแอมป์มิเตอร์

การแนะนำ

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของวาล์วประกอบด้วยลักษณะของโฟโตแรงเคลื่อนไฟฟ้าในวาล์ว เช่น การแก้ไข หน้าสัมผัสเมื่อมีแสงสว่าง การใช้งานจริงที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของเกทที่พบในจุดเชื่อมต่อ p-n การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวมักเกิดขึ้นในบริเวณภายในของเซมิคอนดักเตอร์แบบผลึก โดยที่ประเภทของสารเจือปน (จากตัวรับไปยังผู้บริจาค) และประเภทการนำไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง (จากรูไปยังอิเล็กตรอน) เปลี่ยนไป

หากไม่มีการสัมผัสระหว่างเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p และ n ระดับ Fermi ในแผนภาพพลังงาน (รูปที่ 1) จะอยู่ที่ความสูงต่างกัน: ในประเภท p ใกล้กับแถบเวเลนซ์มากขึ้น ในประเภท n ใกล้กว่า ไปยังแถบการนำไฟฟ้า (ฟังก์ชันการทำงานของ p-semiconductor A2 จะเกินฟังก์ชันการทำงานของ n-semiconductor A1 เสมอ)

https://pandia.ru/text/78/022/images/image006_62.gif" width="12" height="221">ลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของทางแยก p-n ที่ไม่ได้รับแสงสว่างจะแสดงในรูปที่ 3 (เส้นโค้ง 2 ) อธิบายได้ด้วยนิพจน์ โดยที่ JS คือกระแสอิ่มตัวของจุดเชื่อมต่อ p-n ที่ไม่มีแสงสว่าง k คือค่าคงที่ของ Boltzmann e คือประจุของอิเล็กตรอน T คืออุณหภูมิ U คือแรงดันไฟฟ้าภายนอก เครื่องหมาย "" หมายถึงค่าที่สอดคล้องกัน

ตรงไปยังแรงดันไปข้างหน้าหรือย้อนกลับ

การควบคุมสนามภายนอก

หากคุณให้แสงสว่างแก่ตาแมวจากบริเวณ p โฟตอนแสงที่ถูกดูดซับในชั้นผิวบางๆ ของเซมิคอนดักเตอร์ จะถ่ายโอนพลังงานของพวกมันไปยังอิเล็กตรอนของแถบเวเลนซ์ และถ่ายโอนไปยังแถบการนำไฟฟ้า ทำให้เกิดอิเล็กตรอนและรูอิสระ (โฟโตอิเล็กตรอนและโฟโตโฮล) ในเซมิคอนดักเตอร์ในปริมาณที่เท่ากัน โฟโตอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นในภูมิภาค p นั้นเป็นพาหะของชนกลุ่มน้อยที่นี่ เมื่อเคลื่อนที่ไปตามคริสตัล พวกมันจะรวมตัวกันอีกครั้งโดยมีรูบางส่วน แต่ถ้าความหนาของ p-region มีขนาดเล็ก ส่วนสำคัญก็จะไปถึงจุดเชื่อมต่อ p-n และผ่านเข้าไปในบริเวณ n ของเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้เกิดโฟโตปัจจุบัน Jph ไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม โฟโตโฮลก็เหมือนกับรูภายในที่ไม่สามารถเจาะเข้าไปในบริเวณ n ได้ เนื่องจากการทำเช่นนี้จะต้องเอาชนะสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นในบริเวณรอยต่อ p-n ดังนั้นทางแยก p-n จะแยกโฟโตอิเล็กตรอนและโฟโตโฮลออกจากกัน

หากวงจรเปิดอยู่ โฟโตอิเล็กตรอนที่ผ่านเข้าไปในบริเวณ n จะสร้างความเข้มข้นของอิเล็กตรอนส่วนเกินที่นั่นสัมพันธ์กับสมดุล ดังนั้นจึงชาร์จส่วนนี้ของเซมิคอนดักเตอร์ในทางลบ โฟโตโฮลชาร์จ p-region ในทางบวก ความต่างศักย์เกิดขึ้นระหว่างทั้งสองส่วนของเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งเรียกว่า photo-EMF photo-emf ที่ได้จะถูกนำไปใช้กับทางแยก p-n ในทิศทางไปข้างหน้า (ปริมาณงาน) ดังนั้นความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นจะลดลงตามไปด้วย สิ่งนี้จะทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่ากระแสรั่วไหลJуซึ่งไหลไปในทิศทางไปข้างหน้า ขนาดของ photo-EMF จะเพิ่มขึ้นจนกระทั่งกระแสที่เพิ่มขึ้นของพาหะส่วนใหญ่จะชดเชยโฟโตปัจจุบัน

หากคุณปิดจุดเชื่อมต่อ p-n ไปที่ความต้านทานโหลด rn (รูปที่ 4) กระแส J จะไหลผ่านวงจร ซึ่งสามารถแสดงเป็นผลรวมของกระแสสองกระแส:

เจ = เจฟ – ก. (2)

กระแสไฟรั่ว Jу คำนวณโดยสูตร (1) สำหรับทางแยก p-n ที่ไม่มีแสงสว่างเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าภายนอก Un = J rн ในทิศทางไปข้างหน้า:

https://pandia.ru/text/78/022/images/image012_31.gif" width="25" height="28 src=">~ F. (3)

ในโหมดไม่ได้ใช้งาน วงจรจะเปิดอยู่ (rn = https://pandia.ru/text/78/022/images/image014_26.gif" width="147" height="57 src=">, (4)

เหตุใดจึงเป็นไปตามนั้น

https://pandia.ru/text/78/022/images/image013_28.gif" width="19" height="15 src=">) เมื่อโหลดภายนอกเปลี่ยนจาก 0 เป็นเราจะได้รับส่วน แย่จังซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสของจุดเชื่อมต่อ p-n ในโหมดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่ฟลักซ์การส่องสว่างคงที่ โครงเรื่อง ดวงอาทิตย์แสดงลักษณะการทำงานของตาแมวเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าภายนอกโดยตรงกับทางแยก p-n ส่วน กง– แรงดันไฟภายนอกย้อนกลับ (โหมดการทำงานของโฟโตไดโอด)

เมื่อฟลักซ์การส่องสว่างเปลี่ยนแปลง ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและรูปร่างจะเปลี่ยนไป ตระกูลของลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันของเซลล์แสงอาทิตย์แบบมีรั้วรอบขอบชิดในโหมดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่มีการส่องสว่างต่างๆ แสดงไว้ในรูปที่ 1 5.

https://pandia.ru/text/78/022/images/image017_20.gif" width="231" height="12">

เส้นตรงที่ลากจากจุดกำเนิดที่มุม α กำหนดโดยค่าของความต้านทานโหลด (ctg α = rн) ตัดกันคุณลักษณะที่จุดที่จุดตัดขวางทำให้แรงดันตกคร่อมโหลด และพิกัดให้กระแสในวงจรภายนอก ( U1 = J1 r1) พื้นที่ที่แรเงาในรูปเป็นสัดส่วนกับกำลัง P1 ที่จัดสรรให้กับโหลด rn1:

https://pandia.ru/text/78/022/images/image020_15.gif" width="136" height="52 src=">, (7)

โดยที่ https://pandia.ru/text/78/022/images/image022_14.gif" height="50">.gif" width="12">

https://pandia.ru/text/78/022/images/image026_13.gif" width="21" height="12"> https://pandia.ru/text/78/022/images/image031_11.gif" width="12" height="31"> ซิลิคอนชนิด n ตัดจากผลึกเดี่ยว บนพื้นผิวโดยให้ความร้อนที่ อุณหภูมิประมาณ ~ 1200 0C ฟิล์มบาง ๆ จะถูกสร้างขึ้นในไอ BCl3 2 ซิลิกอนชนิด p การสัมผัสวงจรภายนอกกับ p-region นั้นทำผ่านแถบโลหะ 3 , ฉีดพ่นลงบนพื้นผิว เพื่อสร้างการติดต่อ 4 สำหรับบริเวณ n ฟิล์มด้านนอกส่วนหนึ่งจะถูกขัดออก

ขั้นตอนการปฏิบัติงาน

แบบฝึกหัดที่ 1การถอดคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของตาแมววาล์ว

1. หลังจากศึกษาคู่มือนี้แล้ว ให้ทำความคุ้นเคยกับการติดตั้งอย่างละเอียด

2. การเปลี่ยนความต้านทาน rn จาก 10 เป็น 900 โอห์มพร้อมไฟส่องสว่างคงที่รับค่าแรงดันและกระแส 8 - 10 (ระยะห่างจากแหล่งกำเนิดแสงถึงตาแมว ล= 5 ซม.)

3. ทำซ้ำขั้นตอนที่ 2 สำหรับ ล= 10 และ 15 ซม.

4. สร้างกลุ่มคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน

ภารกิจที่ 2การศึกษาลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟของตาแมววาล์ว

1. สำหรับการส่องสว่างแต่ละครั้ง จากคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันที่สอดคล้องกัน ให้กำหนดกำลังโฟโตปัจจุบันสูงสุด Pmax และสำหรับกรณีนี้ โดยใช้สูตร (7) ให้คำนวณประสิทธิภาพของโฟโตเซลล์ การส่องสว่าง E คำนวณผ่านความเข้มของการส่องสว่าง Jl ของแหล่งกำเนิดและระยะทาง ลตามสูตร

2. เมื่อทราบ Pmax สำหรับการส่องสว่างทั้งหมด ให้คำนวณความต้านทานโหลดที่เหมาะสม rn โดยใช้สูตร (6) ขายส่ง สร้างกราฟของ rn เลือก = ฉ(E)

3. สร้างกราฟของ Jк. з = f(E) และ Ux x = ฉ(อี)

คำถามควบคุม

1. ปรากฏการณ์ของโฟโตอิเล็กทริคภายในคืออะไร?

2. อะไรคือความแตกต่างระหว่างเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n และเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p?

3. ค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ประเภทที่ต้องการบรรลุได้อย่างไร?

4. วาดแผนภาพพลังงานของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n และ p

5. อธิบายกลไกการเกิดความต่างศักย์หน้าสัมผัสของจุดเชื่อมต่อ p-n

6. อธิบายกลไกการออกฤทธิ์ของจุดเชื่อมต่อ p-n ที่เป็นวงจรเรียงกระแสไฟฟ้ากระแสสลับ

7. ตาแมวประตูทำงานอย่างไร?

8. ตาแมวมีรั้วรอบขอบชิดมีจุดประสงค์อะไร?

9. ตาแมวที่มีรั้วรอบขอบชิดสามารถใช้เป็นเครื่องตรวจจับรังสีไอออไนซ์ได้หรือไม่?

10. ตาแมวมีรั้วรอบขอบชิดใช้ที่ไหน?

11. กลไกการเกิด photo-EMF ของตาแมววาล์วคืออะไร?

12. ระดับแฟร์มีคือเท่าไร?

13. บอกเหตุผลหลายประการที่ทำให้โฟโตเซลล์วาล์วมีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ

14. ตั้งชื่อข้อดีของตาแมววาล์วว่าเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าเหนือที่อื่นที่คุณรู้จัก

15. อะไรคือความยากในการใช้โฟโตเซลล์แบบมีรั้วรอบขอบชิดอย่างแพร่หลาย? อนาคต

บรรณานุกรม

1. ฟิสิกส์ของโทรฟิมอฟ ม.: สูงกว่า. โรงเรียน 19 น.

2. ห้องปฏิบัติการปฏิบัติการทางฟิสิกส์ / อ. . ม.: สูงกว่า. โรงเรียน 19 น.

มีโฟโตเอฟเฟกต์ภายในและวาล์วภายนอก เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคภายนอก (เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก) คือการแผ่รังสีของอิเล็กตรอนโดยสารภายใต้อิทธิพลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ผลกระทบของโฟโตอิเล็กทริกภายนอกนั้นพบได้ในของแข็ง (โลหะ เซมิคอนดักเตอร์ ไดอิเล็กทริก) เช่นเดียวกับในก๊าซและอะตอมและโมเลกุลแต่ละตัว (โฟโตอิออน) จี. เฮิรตซ์ค้นพบเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก (พ.ศ. 2430) ซึ่งสังเกตแรงของกระบวนการคายประจุเมื่อช่องว่างประกายไฟถูกฉายรังสีด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต

การศึกษาพื้นฐานครั้งแรกของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย A.G. สโตเลตอฟ อิเล็กตรอนสองตัว (แคโทด K ทำจากโลหะที่อยู่ระหว่างการศึกษาและขั้วบวก A ในโครงการของ Stoletov ซึ่งใช้ตาข่ายโลหะ) ในหลอดสุญญากาศเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่เพื่อให้การใช้โพเทนชิออมิเตอร์ R คุณสามารถเปลี่ยนได้ไม่เพียง แต่ค่าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเครื่องหมายด้วย ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับพวกมัน กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อแคโทดส่องสว่างด้วยแสงสีเดียว (ผ่านหน้าต่างควอทซ์) วัดโดยมิลลิแอมมิเตอร์ที่เชื่อมต่อกับวงจร ด้วยการฉายรังสีแคโทดด้วยแสงที่มีความยาวคลื่นต่าง ๆ Stoletov ได้สร้างรูปแบบต่อไปนี้ซึ่งยังไม่สูญเสียความหมายมาจนถึงทุกวันนี้:

1. รังสีอัลตราไวโอเลตมีผลมากที่สุด

2. เมื่อสัมผัสกับแสง สารจะสูญเสียเพียงประจุลบเท่านั้น

เจ.เจ. โทมัสในปี พ.ศ. 2441 ได้วัดประจุของอนุภาคที่ปล่อยออกมาภายใต้อิทธิพลของแสง (โดยการเบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก) การวัดเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้นเมื่อสัมผัสกับแสง

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคภายใน

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายในคือการเปลี่ยนแปลงอย่างอิสระของอิเล็กตรอนภายในเซมิคอนดักเตอร์หรือไดอิเล็กทริกจากสถานะที่ถูกผูกไว้ซึ่งเกิดจากการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าโดยไม่หลุดออกไปด้านนอก เป็นผลให้ความเข้มข้นของพาหะในปัจจุบันในร่างกายเพิ่มขึ้นซึ่งนำไปสู่การเกิดโฟโตคอนดักเตอร์ (การเพิ่มขึ้นของการนำไฟฟ้าของโฟโตคอนดักเตอร์หรืออิเล็กทริกเมื่อส่องสว่าง) หรือการปรากฏตัวของแรงเคลื่อนไฟฟ้า

โฟโต้เอฟเฟกต์ของวาล์ว

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคเกต - emf (photo-emf) เกิดขึ้นเมื่อการสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์หรือเซมิคอนดักเตอร์ที่แตกต่างกันสองตัวและโลหะสว่างขึ้น (ในกรณีที่ไม่มีสนามไฟฟ้าภายนอก) โฟโตอิเล็กทริคเอฟเฟกต์ของวาล์วจึงเปิดทางสำหรับการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง

ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค

ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกคือการพึ่งพาโฟโตปัจจุบันที่ฉันสร้างขึ้นโดยการไหลของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดภายใต้อิทธิพลของกระแสบนแรงดันไฟฟ้า U ระหว่างอิเล็กโทรด การพึ่งพาอาศัยกันนี้สอดคล้องกับการส่องสว่างที่แตกต่างกันสองแบบ E e ของแคโทด (ความถี่แสงจะเท่ากันในทั้งสองกรณี) เมื่อ U เพิ่มขึ้น โฟโตกระแสจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น เช่น โฟโตอิเล็กตรอนจำนวนมากขึ้นถึงขั้วบวก ลักษณะทางเรียบของเส้นโค้งแสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมาจากแคโทดด้วยความเร็วที่ต่างกัน ค่าสูงสุดของกระแส I us - โฟโตปัจจุบันอิ่มตัว - ถูกกำหนดโดยค่า U ซึ่งอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากแคโทดไปถึงขั้วบวก

จากลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแส จะตามมาว่าที่ U = 0 กระแสโฟโตปัจจุบันจะไม่หายไป ผลที่ตามมาคือ อิเล็กตรอนที่ถูกผลักออกจากแคโทดด้วยแสงจะมีความเร็วเริ่มต้นที่แน่นอน v ดังนั้นจึงเป็นพลังงานจลน์ที่ไม่เป็นศูนย์ และสามารถเข้าถึงขั้วบวกได้โดยไม่ต้องมีสนามภายนอก เพื่อให้โฟโตกระแสกลายเป็นศูนย์ จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าหน่วงเวลา U 0 . ที่ U = U 0 ไม่มีอิเล็กตรอนตัวใดแม้แต่ตัวที่มีความเร็วสูงสุด v สูงสุดเมื่อออกจากแคโทด ก็สามารถเอาชนะสนามหน่วงและไปถึงขั้วบวกได้ เพราะฉะนั้น,

โดยที่ n คือจำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดต่อ 1 วินาที

mv 2 สูงสุด /2= e U 0

เหล่านั้น. ด้วยการวัดแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุม U0 คุณสามารถกำหนดค่าสูงสุดของความเร็วและพลังงานจลน์ของโฟโตอิเล็กตรอนได้

เมื่อปล่อยลักษณะแรงดันไฟฟ้ากระแสของวัสดุต่าง ๆ (ความถี่ของพื้นผิวเป็นสิ่งสำคัญ ดังนั้นการวัดจะดำเนินการในสุญญากาศและบนพื้นผิวใหม่) ที่ความถี่ต่าง ๆ ของการแผ่รังสีที่ตกกระทบบนแคโทดและการส่องสว่างพลังงานที่แตกต่างกันของแคโทดและลักษณะทั่วไป จากข้อมูลที่ได้รับ กฎสามข้อต่อไปนี้ของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคภายนอกได้ถูกสร้างขึ้น

โฟโต้เอฟเฟกต์ของวาล์ว

แอนิเมชั่น

คำอธิบาย

โฟโตอิเล็กทริคแบบเกต (สิ่งกีดขวาง) เกิดขึ้นในเซมิคอนดักเตอร์ที่ต่างกัน (ในองค์ประกอบทางเคมีหรือเจือด้วยสิ่งเจือปนไม่สม่ำเสมอ) รวมถึงที่หน้าสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์กับโลหะ ในบริเวณที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน มีสนามไฟฟ้าภายในที่เร่งตัวพาพาหะที่ไม่สมดุลส่วนน้อยที่เกิดจากรังสี เป็นผลให้พาหะภาพถ่ายของป้ายต่างๆ ถูกแยกออกจากกัน โฟโตโวลเตจของเกตสามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้อิทธิพลของพาหะส่วนน้อยที่สร้างแสง โฟโตโวลเตจของเกตมีความสำคัญอย่างยิ่งในชุมทาง p-n และชุมทางเฮเทอโร เช่น สัมผัสกันระหว่างสารกึ่งตัวนำสองตัวที่มีองค์ประกอบทางเคมีต่างกัน

ในรูป รูปที่ 1 แผนผังแสดงการแยกคู่ที่เกิดขึ้นเมื่อจุดเชื่อมต่อ pn สว่างขึ้น

การแยกคู่อิเล็กตรอน-โฮลที่ถูกกระตุ้นด้วยแสงที่ทางแยก p-n

ข้าว. 1

การมีส่วนร่วมในปัจจุบันนั้นมาจากผู้ให้บริการทั้งสองรายที่สร้างขึ้นโดยตรงในพื้นที่ของทางแยก p-n และผู้ให้บริการที่ตื่นเต้นในภูมิภาคที่มีการเปลี่ยนผ่านใกล้และเข้าถึงพื้นที่สูงโดยการแพร่กระจาย จากผลของการแยกคู่ การไหลของอิเล็กตรอนที่ถูกแก้ไขในภูมิภาค n และรูในภูมิภาค p จะเกิดขึ้น เมื่อวงจรเปิดอยู่ EMF จะถูกสร้างขึ้นในทิศทางไปข้างหน้า (ไปข้างหน้า) ของจุดเชื่อมต่อ p-n เพื่อชดเชยกระแสนี้

ขึ้นอยู่กับการเติมทั้งสองด้านของจุดเชื่อมต่อเฮเทอโรจังก์ชัน มันเป็นไปได้ที่จะสร้างจุดเชื่อมต่อเฮเทอโร p-n (แอนไอโซไทป์) และจุดเชื่อมต่อเฮเทอโร n-n หรือจุดเชื่อมต่อเฮเทอโร p-p (ไอโซไทป์)

การรวมกันของเฮเทอโรจังก์ชั่นและโมโนจังก์ชั่นต่างๆ ทำให้เกิดโครงสร้างเฮเทอโรจังก์ชั่นบางอย่าง

วิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือการเชื่อมเฮเทอโรอิคชันแบบผลึกเดี่ยวระหว่างวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอาร์เซไนด์ ฟอสไฟด์ และแอนติโมไนด์ของ Ga และ Al เนื่องจากรัศมีโควาเลนต์อยู่ใกล้กัน

โฟโตเซลล์ที่ใช้จุดแยก p-n หรือจุดเชื่อมต่อเฮเทอโรมีความเฉื่อยต่ำและให้การแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง

ลักษณะการกำหนดเวลา

เวลาเริ่มต้น (บันทึกเป็น -3 ถึง -1)

อายุการใช้งาน (บันทึก tc จาก -1 ถึง 7);

เวลาย่อยสลาย (log td จาก -3 ถึง -1)

เวลาในการพัฒนาที่เหมาะสมที่สุด (บันทึก tk จาก 0 ถึง 6)

แผนภาพ:

การใช้งานทางเทคนิคของเอฟเฟกต์

โฟโตไดโอดมาตรฐาน (ควรมีพื้นที่รับสัญญาณขนาดใหญ่ ประเภท F24K หรือที่คล้ายกัน) เชื่อมต่อกับอินพุตของออสซิลโลสโคป และส่องสว่างด้วยแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ เราสังเกต EMF แบบสั่นด้วยความถี่หลักคู่ (เช่น 100 Hz)

การใช้เอฟเฟ็กต์

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคเกต (สิ่งกีดขวาง) ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์และเซลล์แสงอาทิตย์ รวมถึงในอุปกรณ์สำหรับตรวจจับความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ และเครื่องตรวจจับแสงสำหรับตรวจวัดฟลักซ์แสง

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์) เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานของการแผ่รังสีแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง กระแสไฟฟ้าในแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เกิดขึ้นจากกระบวนการที่เกิดขึ้นในโฟโตเซลล์เมื่อรังสีดวงอาทิตย์กระทบพวกมัน เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือเซลล์ที่ขึ้นอยู่กับการกระตุ้นของ EMF ที่ขอบเขตระหว่างตัวนำกับเซมิคอนดักเตอร์ที่ไวต่อแสง (เช่น ซิลิคอน) หรือระหว่างตัวนำที่แตกต่างกัน กำลังของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ถึง 100 kW ประสิทธิภาพคือ 10-20%

โฟโตเซลล์สุญญากาศ

ตาแมวสุญญากาศชนิดที่ง่ายที่สุดซึ่งการกระทำนั้นขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอกแสดงในรูปที่ 6 มันเป็นภาชนะแก้วขนาดเล็กอพยพซึ่งครึ่งหนึ่งถูกเคลือบด้านในด้วยชั้นที่ละเอียดอ่อน ขึ้นอยู่กับพื้นที่สเปกตรัมที่ตาแมวตั้งใจจะใช้ชั้นต่างๆ: เงิน, โพแทสเซียม, ซีเซียม, พลวง - ซีเซียม ฯลฯ ชั้นนี้ทำหน้าที่เป็นแคโทด K โดยปกติแล้วขั้วบวกจะอยู่ในรูปของวงแหวน A ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นเกิดขึ้นระหว่างแคโทดและขั้วบวกโดยใช้แบตเตอรี่ ในกรณีที่ไม่มีแสงสว่าง จะไม่มีกระแสไฟฟ้าในวงจรตาแมว เมื่อแสงตกกระทบแคโทดในวงจร

กระแสเกิดขึ้น เพื่อเพิ่มความไวของตาแมว จึงเติมก๊าซเฉื่อยที่ความดันต่ำ

เอฟเฟกต์ภาพถ่ายวาล์ว

โฟโตเซลล์ที่ใช้เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกในชั้นปิดกั้น ซึ่งเรียกว่าเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกเกต จะแปลงพลังงานรังสีที่ตกกระทบบนพวกมันให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง จึงกลายเป็นเครื่องกำเนิดพลังงานไฟฟ้า แม้ว่าจะมีพลังงานต่ำมากก็ตาม ไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าภายนอก เช่น โฟโตเซลล์ที่มีเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคทั้งภายนอกและภายใน

การปรากฏตัวของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกเกตนั้นสังเกตได้ในระบบที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอนและเซมิคอนดักเตอร์แบบรูที่สัมผัสกัน ในกรณีนี้ที่อินเทอร์เฟซของเซมิคอนดักเตอร์สองตัวที่แตกต่างกัน

กลไกการนำไฟฟ้าก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า ร-พีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการรุกร่วมกันของผู้ให้บริการหลัก สนามไฟฟ้าในชั้นนี้ถูกกำหนดทิศทางในลักษณะที่จะต่อต้านการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมผ่านชั้นของพาหะส่วนใหญ่ และส่งเสริมการเคลื่อนที่ของพาหะของชนกลุ่มน้อย (ดูรูปที่ 7) เป็นผลให้สมดุล I 0 = I n ถูกสร้างขึ้นและจะไม่มีกระแสไหลผ่านหน้าสัมผัส

เมื่อได้รับแสงสว่าง รในเซมิคอนดักเตอร์ อิเล็กตรอนและรูจะถูกปล่อยออกมาจากแสง เรือบรรทุกที่ได้รับการปลดปล่อยจะย้ายจากพื้นที่ที่พวกมันถูกสร้างขึ้นและมีอยู่ในปริมาณที่เพิ่มขึ้นไปยังที่ที่มีน้อย หากเว้นระยะห่างจากพื้นผิวที่ส่องสว่างถึง ร-พีมีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย อิเล็กตรอนทั้งหมดที่เกิดจากแสงจะเข้าไปอยู่ในนั้น ป-ภูมิภาค. ในทางกลับกัน หลุมจะเกิดความล่าช้าจากการสัมผัส

สนามและอยู่ ร-ภูมิภาค มีการสะสมของผู้ให้บริการหลักในปัจจุบัน ตอนนี้ฉัน 0 ไม่เท่ากับฉัน n นั่นคือ ผ่าน ร-พีการเปลี่ยนแปลงในทิศทางการปิดกระแสจะไหลซึ่งอยู่ที่แนวต้าน ร-พีการเปลี่ยนแปลงทำให้เกิดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น โดยลดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นจากการสัมผัส กระแสโฟโตปัจจุบันนี้เท่ากับ I f =en โดยที่ e คือประจุของอิเล็กตรอน n คือจำนวนอิเล็กตรอน (จำนวนคู่) ที่เกิดจากแสงในหนึ่งวินาที ควบคู่ไปกับการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของพาหะในปัจจุบัน สนามไฟฟ้าที่พวกมันสร้างขึ้นจะเพิ่มขึ้นซึ่งป้องกันไม่ให้พวกมันผ่านชั้นปิดกั้นต่อไป เมื่อถึงจุดหนึ่ง สมดุลไดนามิกก็เกิดขึ้น เช่น จำนวนพาหะกระแสไฟฟ้าส่วนน้อยที่เคลื่อนที่ผ่านชั้นกั้นจะเท่ากันในทิศทางหนึ่งและอีกทิศทางหนึ่ง และความต่างศักย์บางอย่างที่เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นระหว่างอิเล็กโทรด

ลักษณะสำคัญของโฟโตเซลล์วาล์วที่กำลังศึกษาคือลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้า แสง และสเปกตรัม

ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันแสดงถึงการพึ่งพาโฟโตปัจจุบัน I Ф ที่สร้างขึ้นโดยโฟโตเซลล์ที่ส่องสว่างบนแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ U เมื่อเชื่อมต่อกับความต้านทานโหลดต่างๆ R (ดูรูปที่ 8) จุดตัดกันของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันกับแกน abscissa ให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าของตาแมวและด้วยแกนกำหนด - ขนาดของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร กระแสไฟฟ้าลัดวงจรเป็นสัดส่วนกับความแรงของแสงตกกระทบและแรงเคลื่อนไฟฟ้า จะมีแนวโน้มที่จะอิ่มตัวเมื่อแสงของตาแมวเปลี่ยนไป กระแสไฟฟ้าลัดวงจรมักจะกำหนดความไวของโฟโตเซลล์ มีความส่องสว่างแบบอินทิกรัลและแบบสเปกตรัม

ความไวรวมของตาแมว g u คืออัตราส่วนของโฟโตปัจจุบันลัดวงจร I ต่อฟลักซ์การส่องสว่างที่ตกกระทบของแสงสีขาว Ф:

ความไวสเปกตรัมคืออัตราส่วนของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร I ต่อฟลักซ์การส่องสว่างของรังสีเอกรงค์ F l ที่มีความยาวคลื่น l:

วาล์วแรงดันกระแสสุญญากาศตาแมว

เป็นลักษณะเฉพาะที่ความไวขึ้นอยู่กับองค์ประกอบสเปกตรัมของรังสีอย่างมาก

ลักษณะทางสเปกตรัมแสดงถึงการขึ้นต่อกันของความแรงของกระแสโฟโตปัจจุบันต่อหน่วยพลังงานกับความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบ ในกรณีส่วนใหญ่ คุณลักษณะสเปกตรัมจะมีค่าสูงสุดที่เด่นชัดหนึ่งค่า (ดูรูปที่ 9) ลักษณะสเปกตรัมที่ใกล้เคียงที่สุดกับดวงตามนุษย์คือโฟโตเซลล์ซีลีเนียม ซึ่งมีความยาวคลื่นสูงสุด 0.59 ไมครอน

ลักษณะแสงของโฟโตเซลล์วาล์วแสดงถึงความแรงของกระแสโฟโตปัจจุบัน (หรือแรงโฟโตอิเล็กโตรโมทีฟ) กับขนาดของฟลักซ์แสงที่ตกกระทบ F การพึ่งพาเหล่านี้เบี่ยงเบนไปจากความเป็นเส้นตรง ยิ่งเห็นได้ชัดเจนมากเท่าใด ความต้านทานของวงจรภายนอกก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น จากรูปที่ 10 เป็นที่ชัดเจนว่าเมื่อความเข้มของฟลักซ์แสงเพิ่มขึ้น ค่าของโฟโตโวลเตจจะเพิ่มขึ้น จนไปถึงความอิ่มตัวที่ความสว่างสูง

โครงสร้างของโฟโตเซลล์เกตจะแสดงเป็นแผนผังในรูปที่ 11 ซีลีเนียมแบบผลึก (ชั้นที่ 3) ซึ่งประกอบขึ้นเป็นชั้นเซมิคอนดักเตอร์หลักในโฟโตเซลล์ซีลีเนียม มีค่าการนำไฟฟ้าของรู ชั้นโลหะโปร่งแสงถูกทาลงไป (ชั้นที่ 1) ซึ่งอะตอมของอะตอมจะกระจายไปเป็นซีลีเนียม ดังนั้นซีลีเนียมที่อยู่บริเวณใกล้พื้นผิวจึงได้รับค่าการนำไฟฟ้าทางอิเล็กทรอนิกส์ (ชั้นที่ 2) แสงที่ผ่านชั้นโลหะโปร่งแสงชั้นที่ 1 และชั้นปิดกั้นบาง ๆ ที่ 2 จะเข้าสู่เซมิคอนดักเตอร์หลัก 3 แต่ไม่ได้เจาะลึกเนื่องจากการดูดซับ โฟโตโวลเตจที่ได้จะถูกลบออกจากอิเล็กโทรดโลหะ 1 และ 4

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก (ทั้งภายนอกและภายใน) ใช้ในอุปกรณ์โฟโตอิเล็กทรอนิกส์ (โฟโตเซลล์, โฟโตไดโอด, โฟโตรีซิสเตอร์, โฟโตมัลติพลายเออร์) ซึ่งได้รับการใช้งานที่หลากหลายในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ในโทรทัศน์, เทคโนโลยีอวกาศ)