Номер 7, страница 160 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

7. Что такое вентильный фотоэлемент и где он применяется?

Вентильный фотоэлемент — это полупроводниковый прибор, который преобразует энергию света непосредственно в электрическую энергию. Его работа основана на явлении фотогальванического эффекта (или вентильного фотоэффекта), который возникает в структуре с внутренним электрическим полем, чаще всего в p-n-переходе.

Принцип действия таков: когда кванты света (фотоны) с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны полупроводника ($E = h\nu \ge E_g$), поглощаются в области p-n-перехода, они генерируют пары подвижных носителей заряда — электроны и дырки. Существующее в переходе внутреннее электрическое поле разделяет эти носители: электроны направляются в n-область, а дырки — в p-область. В результате этого разделения на выводах фотоэлемента возникает разность потенциалов, называемая фото-ЭДС (электродвижущая сила). Если к фотоэлементу подключить внешнюю цепь, по ней потечёт электрический ток.

Ключевая особенность вентильного фотоэлемента заключается в том, что он функционирует как источник электрической энергии (подобно батарейке) и не требует для своей работы внешнего источника питания, в отличие от фоторезисторов или фотодиодов, работающих в фотопроводящем режиме.

Применение вентильных фотоэлементов очень широкое и охватывает множество областей:
1. Солнечная энергетика. Это основная сфера применения. Множество фотоэлементов, объединённых в модули, образуют солнечные панели (батареи). Они используются для генерации электроэнергии в самых разных масштабах: от питания портативных устройств (калькуляторы, часы, зарядные устройства) до обеспечения энергией частных домов, коммерческих зданий и строительства крупных солнечных электростанций.
2. Космическая промышленность. Солнечные панели на основе фотоэлементов являются основным источником энергии для подавляющего большинства искусственных спутников, космических станций и межпланетных зондов, обеспечивая их длительную автономную работу.
3. Датчики и измерительная техника. Фотоэлементы применяются в качестве датчиков света в различных приборах: в экспонометрах фото- и видеокамер, в фотометрах для измерения освещённости, в колориметрах, спектрофотометрах.
4. Системы автоматики и управления. Они используются в системах автоматического включения и выключения уличного и комнатного освещения в зависимости от уровня естественного света, а также в различных системах сигнализации и слежения.
5. Оптическая связь. Вентильные фотоэлементы (часто в виде pin-фотодиодов) служат фотоприёмниками в волоконно-оптических линиях связи, преобразуя световые сигналы, передаваемые по оптоволокну, обратно в электрические.

Ответ: Вентильный фотоэлемент — это полупроводниковый прибор, который напрямую преобразует световую энергию в электрическую за счёт фотогальванического эффекта в p-n-переходе. Он применяется в солнечных панелях для генерации электроэнергии (включая космическую отрасль), в качестве датчиков света в измерительной технике и системах автоматики, как фотоприёмник в оптоволоконной связи, а также для автономного питания бытовой электроники.