Chất quang dẫn là gì? Hiện tượng quang điện trong Ứng dụng Quang điện trở và Pin quang điện - Vật lý 12 bài 31

Vật chất quang dẫn, hiện tượng quang điện trong là gì? Ứng dụng Quang điện trở và Pin quang điện vào lĩnh vực nào trong đời sống? chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. Chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong

1. Chất quang dẫn là gì?

 - Chất quang dẫn là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi bị chiếu sáng thích hợp.

- Một số chất bán dẫn như Ge, Si, PbS, CdS, PbSe,... là chất quang dẫn.

2. Hiện tượng quang điện trong là gì?

- Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết để cho chúng trở thành electron dẫn, đồng thời cũng tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện.

- Hiện tượng quang điện trong được ứng dụng trong quang điện trở và pin quang điện.

II. Quang điện trở

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

- Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài MΩ khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục Ω khi được chiếu ánh sáng thích hợp.

III. Pin quang điện

- Pin quang điện là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.

- Hiệu suất của pin quang điện chỉ vào khoảng trên dưới 10%

- Cấu tạo và hoạt động:

 + Pin có một tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p. Trên cùng là một lớp kim loại rất mỏng, dưới cùng là một đế kim loại, các kim loại này đóng vai trò là các điện cực.

 + Giữa bán dẫn loại n và bán dẫn loại p hình thành một lớp tiếp xúc p-n. Lớp này ngăn không cho electron khuếch tán từ n sang p và lỗ trống khuếch tán từ p sang n. Vì vậy, người ta gọi lớp tiếp xúc này là lớp chặn.

 + Khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang điện vào lớp kim loại mỏng trên cùng thì ánh sáng sẽ đi xuyên qua lớp này vào lớp loại p, gây ra hiện tượng quang điện trong và giải phóng ra các cặp electron và lỗ trống. Electron dễ dàng qua lớp chặn xuống bán dẫn loại n còn lỗ trống thì bị giữ lại trong lớp p. Kết quả là điện cực kim loại mỏng ở trên sẽ nhiễm điện dương và trở thành điện cực dương của pin, còn đế kim loại ở dưới sẽ nhiễm điện âm và trở thành điện cực âm của pin.

 + Suất điện động của pin quang điện nằm trong khoảng từ 0,5V đến 0,8V.

- Pin quang điện được ứng dụng trong: Nguồn điện ở vùng sâu, vùng xa, nguồn điện trong máy tính bỏ túi, nguồn điện ở các tàu vũ trụ và các máy đo ánh sáng,...

IV. Bài tập về hiện tượng quang điện trong

* Bài 1 trang 162 SGK Vật lý 12: Chất quang dẫn là gì?

° Lời giải bài 1 trang 162 SGK Vật lý 12:

- Chất quang dẫn là chất dẫn điện kém khi không được chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi được chiếu ánh sáng thích hợp.

 * Bài 2 trang 162 SGK Vật lý 12: Hiện tượng quang điện trong là gì ? Giải thích tính quang dẫn của một chất.

° Lời giải bài 2 trang 162 SGK Vật lý 12:

- Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng ánh sáng làm bứt các electron liên kết thành các electron dẫn.

- Giải thích tính quang dẫn của một chất :

 + Khi không bị chiếu sáng, các electron trong chất quang dẫn đều ở trạng thái liên kết với ion ở nút mạng tinh thể. Không có electron tự do nên chất quang dẫn cách điện.