Chất quang dẫn là gì? Hiện tượng quang điện trong là gì?

Chất quang dẫn là gì?

Chất quang dẫn được hiểu là chất dẫn điện kém (điện trở rất lớn, độ dẫn điện rất thấp) khi không bị chiếu sáng và dẫn điện tốt (điện trở nhỏ, độ dẫn điện cao) khi được chiếu sáng thích hợp. Đây thường là các chất bán dẫn. Một số chất điển hình là gecmani (Ge), silic (Si), CdS (cađimi sunfua), …

Chất quang dẫn được chế tạo như thế nào?

Như đã nói ở trên hầu hết các chất quang dẫn đều là chất bán dẫn. Và nó được chia thành hai loại đó là chất bán dẫn N và bán dẫn loại P. Khi ở dạng tinh thể, silic không phải là chất có khả năng dẫn điện tốt. Do đó người ta phải thêm các hợp chất vào các tinh thể silic – quá trình doping.

Lớp dưới của photocell là slic lại được phủ một lớp bor để tạo thành điện cực dương (p). Lớp trên là silic được phủ photspho để tạo thành điện cực âm (n). Mỗi photocell chỉ phát ra lượng điện rất nhỏ (chỉ vài W). Bởi vậy chúng được liên kết với nhau trong một tấm pin mặt trời (PV). Các tấm PV này được sử dụng riêng lẻ hoặc có thể được liên kết để tạo thành một modul (tổ hợp) lớn.

Hiện nay có hai công nghệ chính về PV đó chính là tấm tinh thể silic (75%) và phin/ màng mỏng (25%).

Hiện tượng quang điện trong là gì?

Hiện tượng quang điện trong được định nghĩa là hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết. Để từ đó cho chúng trở thành electron dẫn. Đồng thời nó cũng tạo ra các lỗ trống để tham gia vào quá trình dẫn điện. Chúng được ứng dụng nhiều trong quang điện trở và pin quang điện.

Điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện trong

Để xảy ra hiện tượng quang điện trong cần:

Năng lượng phô tôn của ánh sáng kích thích lớn hơn hoặc bằng với năng lượng kích hoạt A. Một năng lượng cần thiết để giải phóng electron liên kết thành các electron dẫn: ε ≥ A

Bước sóng λ của ánh sáng kích thích phải nhỏ hơn hoặc bằng một bước sóng giới hạn λ₀ đối với mỗi chất bán dẫn. Bước sóng giới hạn λ₀ này được gọi là giới hạn quang dẫn.

Hay ta có: “Hiện tượng quang điện trong xảy ra ⇔ λ ≤ λ₀

Giới hạn quang dẫn của hầu hết các chất bán dẫn đều nằm trong miền hồng ngoại. Vậy nên chỉ cần dùng ánh sáng kích thích là ánh sáng thấy được là điều kiện đủ để xảy ra hiện tượng quang dẫn.

Quang điện trở

Quang điện trở được hiểu là điện trở làm bằng chất quang dẫn, có cấu tạo gồm một sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện.

Quang điện trở có điện trở thay đổi từ vài MΩ khi không được chiếu sáng đến vài chục Ω khi có chiếu sáng thích hợp.

Pin quang điện

Định nghĩa

Pin quang điện chính là nguồn điện hoạt động bằng năng lượng ánh sáng. Nó có thể biến đổi trực tiếp từ quang năng thành điện năng.

Cấu tạo và hoạt động

• Cấu tạo của pin quang điện bao gồm hai lớp bán dẫn tiếp xúc nhau. Một bán dẫn loại p (gồm đa số là lỗ trống mang điện tích dương) và một lớp bán dẫn n ( gồm đa số là electon dẫn mang điện tích âm).
• Ở giữa lớp p và lớp n chính là lớp chặn, nó có vai trò ngăn không cho các electron di chuyển từ lớp này sang lớp kia.
• Khi chiếu ánh sáng lên bề mặt lớp p, khi đó lớp này sẽ có xuất hiện các electron dẫn. Chúng sẽ khuếch tán ngay lập tức sang lớp n, khiến lớp bán dẫn p trở nên nhiễm điện dương còn lớp n thừa electron nên nhiễm điện âm.
• Phần phía trên lớp p có một lớp kim loại mỏng, có tác dụng vừa cho ánh sáng đi qua, vừa có tác dụng dẫn điện) nối với một điện cực. Điện cực này chính là điện cực dương.
• Ở phía lớp dưới n là một lớp đế kim loại thực hiện vai trò của điện cực âm.
• Nối hai điện cực của pin quang điện với một mạch ngoài thì trong mạch ngoài có dòng điện một chiều chạy từ cực dương sang cực âm.

Ứng dụng của chất quang dẫn

Chất quang dẫn đóng vai trò rất quan trọng trong một linh kiện. Nó được kết nối như một phần của mạch, vận hành như một điện trở. Và có điện trở phụ thuộc vào cường độ ánh sáng. Khi đó nó được gọi là điện trở quang, điện trở ánh sáng, điện trở quang dẫn.

Nhóm linh kiện điện quang dẫn hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện ở vùng cường độ ánh sáng nhỏ., cao hơn lượng photon cực nhỏ thu nhận ở “Đèn quang điện” và thấp hơn lượng ánh sáng thu nhận ở Pin mặt trời để tạo ra điện năng.

Trên thực tế, điện trở quang được ứng dụng để làm thành bộ tách sóng quang (photodetector), là các thiết bị đo cường độ ánh sáng. Điện trở quang hoàn toàn không phải là loại duy nhất của bộ tách sóng quang. Bên cạnh nó còn các loại khác như cảm biến CCD (hay “thiết bị ghép điện tích” CCD, Charge Coupled Device), photodiod và phototransistor,….

Bộ tách sóng quang trong các bộ phát quang được sử dụng phổ biến đó là đồng hồ đo ánh sáng máy ảnh, đèn đường, radio đồng hồ, máy dò hồng ngoại, hệ thống nanophotonic và các thiết bị cảm biến ảnh cỡ nhỏ.

Mong rằng bài viết chất quang dẫn sẽ mang lại cho bạn nhiều thông tin hữu ích. Mọi thắc mắc hay những ý kiến đóng góp vui liên hệ với AME Group để được hỗ trợ.