Полупроводниковые фотоэлементы

Если осветить фотодиод, не включенный в электрическую цепь, то в p-n-переходе и в областях, прилегающих к p-n-переходу, происходит генерация носителей заряда. За счёт диффузионного электрического поля происходит разделение заряда: дырки – в p-область, а электроны – в n-область. В результате на границе p-n-перехода создаётся неравновесная концентрация неосновных носителей заряда. Если закоротить, то на выводах фотодиода возникает фотоэлектродвижущая сила (ФЭДС). Величина ФЭДС определяется высотой потенциального барьера, т. к. накопление основных носителей заряда приводит к уменьшению потенциального барьера. Наиболее выгодно использовать фотоэлементы с максимально большой высотой потенциального барьера. Наиболее часто используют кремниевые пластины. В среднем ФЭДС на один кремниевый элемент составляет 0,5 – 0,7 В (это в режиме холостого хода).

Важной характеристикой фотоэлементов является квантовый выход, который показывает, какая доля падающего светового потока преобразуется в ток. Для обычных кремниевых фотоэлементов квантовый выход составляет 12 %. Соответственно и КПД – приблизительно 12 %.

Наиболее эффективно в качестве фотоэлементов использовать полупроводники с более широкой запрещённой зоной, т. к. в этом случае и высота потенциального барьера больше, а также на базе гетероперехода – в этом случае в энергию превращается весь спектр солнечного излучения.