Снятие спектральной характеристики фотоэлемента и оценка ширины запрещенной зоны полупроводника.

Спектральной характеристикой фотоэлемента называют зависимость его тока короткого замыкания от длины световой волны или энергии фотона при условии постоянства падающего на фотоэлемент в одну секунду числа фотонов при всех длинах волн .

Изменение длины волны света, падающего на фотоэлемент, производится в данной работе при помощи набора светофильтров.

1. Для снятия спектральной характеристики источник света устанавливают на минимальном расстоянии (6 см) от фотоэлемента.

2. Поочередно меняя светофильтры, записывают показания микроамперметра Iфо.

3. Ввиду того, что интенсивность света лампы накаливания различна для разных длин волн, при построении графика зависимости фототока от длины волны падающего света необходимо делать поправку, учитывающую распределение энергии в спектре излучения вольфрамовой нити, нагретой до определенной температуры. же энергии светового потока, необходимо их поделить на соответствующие коэффициенты А, указанные в таблице для каждого из светофильтров. Кроме того, используемые светофильтры различаются оптической плотностью. Поэтому измеренные для различных длин волн фототоки Iфо необходимо еще поделить на соответствующие коэффициенты В, указанные в таблице 2.

4. Число фотонов, падающих на единицу площади поверхно­сти фотоэлемента в единицу времени N равно интенсивности света, деленной на энергию единичного фотона , при условии нормального падения, то есть

, (8)

где с—скорость света, h — постоянная Планка (). При постоянной интенсивности света I, как видно из этого выражения, число фотонов N прямо пропорционально длине волны. Чтобы число фотонов, падающих на единицу площади фотоэлемента в единицу времени, не зависело от длины волны, необходимо было бы поделить обе части этого выражения на , то есть ввести

.

Вместо этого, достаточно поделить соответствующее каждому светофильтру значение тока Iфо не только на коэффициенты А и В, но и на длину волны , т. е. вычислить . Это справедливо потому, что интенсивность каждого монохрома­тического излучения мала и соответствующий фототок прямо пропорционален ей.

5. Спектральной чувствительностью фотоэлемента называется отношение фототока короткого замыкания к числу падающих на него в единицу времени квантов света определенной длины волны , т. е.

,

где S - площадь освещаемой поверхности фотоэлемента.

Относительной спектральной чувствительностью фотоэлемента называется отношение к наибольшей для рассматриваемого диапазона длин волн чувствительности , т.е. . В нашем случае относительная спектральная чувствительность может быть вычислена по формуле

.

Это обусловлено тем обстоятельством, что при нашей обработке экспериментальных данных число фотонов, падающих на поверхность фотоэлемента в единицу времени одно и то же для всех длин волн.

Следует иметь в виду, что не все генерированные светом носители участвуют в образовании фотоэдс. Структура фотоэлемента может влиять на КПД преобразования световой энергии в электрическую. Поэтому длинноволновый край спектральной чувствительности фотоэлемента смещен в сто­рону более коротких волн относительно таково же для спек­тральной чувствительности фотопроводимости и коэффициен­та поглощения. Поэтому по красной границе спектральной чувствительности фотоэлемента можно провести лишь оценку максимальной величины ширины запрещенной зоны полупро­водника.