Widmo promieniowania elektromagnetycznego Czułość oka człowieka

Podobne dokumenty
Przewodność elektryczna półprzewodników

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

Skończona studnia potencjału

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne

Urządzenia półprzewodnikowe

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI INSTYTUT FIZYKI ZAKŁAD FIZYKI CIAŁA STAŁEGO. Ćwiczenie laboratoryjne Nr.2. Elektroluminescencja

6. Emisja światła, diody LED i lasery polprzewodnikowe

Fotoelementy. Symbole graficzne półprzewodnikowych elementów optoelektronicznych: a) fotoogniwo b) fotorezystor

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

WYZNACZENIE STAŁEJ PLANCKA NA PODSTAWIE CHARAKTERYSTYKI DIODY ELEKTROLUMINESCENCYJNEJ

Fotodetektory. Fotodetektor to przyrząd, który mierzy strumień fotonów bądź moc optyczną przetwarzając energię fotonów na inny użyteczny sygnał

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

Przejścia promieniste

Lasery półprzewodnikowe na złączu p-n. Laser półprzewodnikowy a dioda świecąca

Wykład IV. Dioda elektroluminescencyjna Laser półprzewodnikowy

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE. Wpływ oświetlenia na półprzewodnik oraz na złącze p-n

Rezonatory ze zwierciadłem Bragga

I. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

L E D light emitting diode

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE

Część 1. Wprowadzenie. Przegląd funkcji, układów i zagadnień

Elementy optoelektroniczne. Przygotował: Witold Skowroński

IA. Fotodioda. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody.

Wybrane elementy optoelektroniczne. 1. Dioda elektroluminiscencyjna LED 2. Fotodetektory 3. Transoptory 4. Wskaźniki optyczne 5.

IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski

1 Źródła i detektory. V. Fotodioda i diody LED Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody i diod LED.

W1. Właściwości elektryczne ciał stałych

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Rozszczepienie poziomów atomowych

Diody LED w samochodach

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNE

Repeta z wykładu nr 8. Detekcja światła. Przypomnienie. Efekt fotoelektryczny

GaSb, GaAs, GaP. Joanna Mieczkowska Semestr VII

Struktura pasmowa ciał stałych

Wykład 7. Złącza półprzewodnikowe - przyrządy półprzewodnikowe

Układy nieliniowe - przypomnienie

V. Fotodioda i diody LED

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Dioda półprzewodnikowa OPRACOWANIE: MGR INŻ. EWA LOREK

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

Ćwiczenie E17 BADANIE CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH MODUŁU OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH I SPRAWNOŚCI KONWERSJI ENERGII PADAJĄCEGO PROMIENIOWANIA

V. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

Złącze p-n. Stan zaporowy

Złącza p-n, zastosowania. Własności złącza p-n Dioda LED Fotodioda Dioda laserowa Tranzystor MOSFET

Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz

Złącze p-n powstaje wtedy, gdy w krysztale półprzewodnika wytworzone zostaną dwa obszary o odmiennym typie przewodnictwa p i n. Nośniki większościowe

Elementy optoelektroniczne

II. WYBRANE LASERY. BERNARD ZIĘTEK IF UMK /~bezet

1. Właściwości materiałów półprzewodnikowych 2. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane 3. Złącze pn 4. Polaryzacja złącza

Optyczne elementy aktywne

4. Diody DIODY PROSTOWNICZE. Są to diody przeznaczone do prostowania prądu przemiennego.

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego

Oddziaływania podstawowe

Elementy optoelektroniczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Rys.2. Schemat działania fotoogniwa.

n n 1 2 = exp( ε ε ) 1 / kt = exp( hν / kt) (23) 2 to wzór (22) przejdzie w następującą równość: ρ (ν) = B B A / B 2 1 hν exp( ) 1 kt (24)

Repeta z wykładu nr 6. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Metal-półprzewodnik

3. ZŁĄCZE p-n 3.1. BUDOWA ZŁĄCZA

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5)

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

Badanie emiterów promieniowania optycznego

Złącze p-n: dioda. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda: element nieliniowy

spis urządzeń użytych dnia moduł O-01

Ćwiczenie nr 34. Badanie elementów optoelektronicznych

Badanie charakterystyki diody

W książce tej przedstawiono:

Materiały w optoelektronice

Wzrost pseudomorficzny. Optyka nanostruktur. Mody wzrostu. Ekscyton. Sebastian Maćkowski

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych. Fizyka II, lato

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

Wykład VIII. Detektory fotonowe

Diody i tranzystory. - prostownicze, stabilizacyjne (Zenera), fotodiody, elektroluminescencyjne, pojemnościowe (warikapy)

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

Repeta z wykładu nr 4. Detekcja światła. Dygresja. Plan na dzisiaj

Ogniwa fotowoltaiczne

Elektryczne własności ciał stałych

Zakres wykładu. Detekcja światła. Zakres wykładu. Zakres wykładu

BADANIA MODELOWE OGNIW SŁONECZNYCH

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Białe jest piękne. Światło białe wytwarzane przez same diody LED.

III. TRANZYSTOR BIPOLARNY

Równanie Shockley a. Potencjał wbudowany

Ćwiczenie 134. Ogniwo słoneczne

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

Piotr Targowski i Bernard Ziętek LASER PÓŁPRZEWODNIKOWY

Badanie detektorów promieniowania optycznego

Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych.

ĆWICZENIE Nr 4 LABORATORIUM FIZYKI KRYSZTAŁÓW STAŁYCH. Badanie krawędzi absorpcji podstawowej w kryształach półprzewodników POLITECHNIKA ŁÓDZKA

Systemy laserowe. dr inż. Adrian Zakrzewski dr inż. Tomasz Baraniecki

SYMBOLE GRAFICZNE. Tyrystory. Struktura Charakterystyka Opis

Nanostruktury i nanotechnologie

LABORATORIUM OPTOELEKTRONIKI

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

Transkrypt:

dealna charakterystyka prądowonapięciowa złącza p-n ev ( V ) = 0 exp 1 kbt Przebicie złącza przy polaryzacji zaporowej Przebicie Zenera tunelowanie elektronów przez wąską warstwę zaporową w złączu silnie domieszkowanym. Widmo promieniowania elektromagnetycznego Czułość oka człowieka światło 1

Szerokość przerwy energetycznej Eg i graniczna długość fali światła absorbowanego λg Si krzem Eg=1,13 ev; λg=1,1 µm ZnSe selenek cynku Eg=2,70 ev; λg=0,46 µm CdS siarczek kadmu Eg=2,42 ev; λg=0,51 µm CdF2 fluorek kadmu Eg=7,0 ev; λg=0,18 µm Generacja i rekombinacja pary elektron-dziura absorpcja i emisja fotonu g e n e ra c ja rekom binacja r a d i a c y jn a rekombinacja nieradiacyjna dziura elektron Zjawisko fotowoltaiczne w złączu p-n: 1) fotogeneracja pary elektron-dziura w pobliżu złącza p-n, 2) utrata nadmiaru energii przez elektron, 3) dryf elektronu w polu elektrycznym złącza. 2

Fotodioda efekt fotoelektryczny wewnętrzny Przy polaryzacji zaporowej dioda jest czułym detektorem światła. Przy braku polaryzacji na złączu powstaje siła elektromotoryczna pracuje jako ogniwo słoneczne. Fotodioda z napędu CD Złącze PN używane w fotodiodach do szybkich systemów optycznych. Optoizolacja (przetworniki) Ogniwa słoneczne Najczęściej stosowane są ogniwa krzemowe (mono lub polikrystaliczne). 3

Widmo promieniowania słonecznego Jasna i ciemna charakterystyka prądowo-napięciowa ogniwa słonecznego l = d sc Prąd Charakterystyka ciemna l ev = o exp 1 AkBT sc V oc Napięcie o = oo ee a exp kbt L mp V mp Charakterystyka jasna sc Ak BT sc V = + oc ln 1 e o sc evoc = AEa AkBT ln oo Ak BT ln e sc o 4

Prąd Charakterystyka ciemna Voc Napięcie Vmp L mp Charakterystyka jasna Wydajność ogniw słonecznych V η = mp mp Pin mpvmp V FF FF = η = sc oc Pin scvoc 30 sc GaAs CdTe 25 Ef f. ( %) 2 4.7 1 9.8 2 4.9 1 2.0 2 3.3 19.8 16.6 16.4 1 0.6 6.5 Voc ( V) 0.70 6 0.65 4 0.87 8 1 2.5 1.01 1 0.669 2.643 0.848 6.56 5 0.76 9 Js c (ma /c m 2) 42.2 38.1 29.3 1.3 27.6 35.7 8.3 5 25.9 2.26 13.4 FF (%) 82.8 79.5 85.4 73.5 83.8 7 7.0 7 5.1 7 4.5 71.4 63.0 20 (%) Si-c Si-µ c GaA s-c a-si (m odule) GaA s (thin film) C GS C GS ( module ) C dte (ce ll) C dte (module) N anocr. dye Si 15 Cu(nGa)Se2 10 5 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 E (ev) Maksymalna wydajność ogniwa jednozłączowego w zależności od przerwy energetycznej warstwy absorbera. Poprawa wydajności ogniw słonecznych różnych typów 5

Ogniwa słoneczne - zastosowania Solartaxi Nuna 4 zwycięzca World Solar Challenge Solarshuttle Serpentine Hyde park, Londyn Przejścia międzypasmowe proste skośne 6

Dioda świecąca - budowa LED Light Emitting Diode Rekombinacja promienista elektronów i dziur przy przepływie prądu przez złącze p-n spolaryzowane w kierunku przewodzenia. 7

Diody świecące Charakterystyka prądowo napięciowa (V) - dioda świeci, gdy przez złącze p-n płynie prąd w kierunku przewodzenia. / ma 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 dioda czerwona dioda niebieska 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 U / V Widmo promieniowania diody świecącej emisja fotonów o energii bliskiej szerokości przerwy energetycznej półprzewodnika. Diody czerwone: GaAs 1-x P x, Al x Ga 1-x P Diody niebieskie: n x Ga 1-x N, ZnSe natężenie światła (λ )/ max 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 czerwona niebieska 0,0 400 450 500 550 600 650 700 750 λ / nm Biała dioda świecąca lampa LED Światło diody niebieskiej n x Ga 1-x N pobudza do świecenie luminofor Ce:YAG jony ceru w granacie itrowo-glinowym. W widmie promieniowania można rozróżnić dwa zakresy: diody niebieskiej i luminoforu. Porównanie widm promieniowania różnych źródeł światła białego ze światłem słonecznym rozproszonym w atmosferze światło dzienne. Widmo białej diody LED jest znacznie bardziej zbliżone do światła słonecznego niż widmo świetlówki, której luminofor emituje wyraźne linie widmowe. Widmo światła żarówki jest przesunięte do fal dłuższych w stosunku do światła słońca, ale jest to widmo ciągłe jako promieniowanie termiczne - wzór Plancka. 8

The Nobel Prize in Physics 2014 samu Akasaki Hiroshi Amano Shuji Nakamura "for the invention of efficient blue light-emitting diodes which has enabled bright and energy-saving white light sources za wynalezienie wydajnych diod emitujących niebieskie światło, co umożliwiło jasne i energooszczędne źródła światła białego Wydajność zamiany energii na strumień świetlny przez różne źródła światła wyrażona w lumenach na wat użytej energii. lumen=kandela steradian 9

Przerwa energetyczna w zależności od stałej sieci dla podwójnych półprzewodników -V i -V. Linie oznaczają związki trójskładnikowe złożone z odpowiednich związków dwuskładnikowych. Mała zmiana stałej sieci pozwala uzyskiwać warstwy epitaksjalne o różnej przerwie energetycznej E g (np. Ga 1-x Al x As od 1,4 do 2,2 ev). 10

11

12

Lasery półprzewodnikowe na złączu p-n Silnie domieszkowane złącze p-n - potencjał chemiczny µ (energia Fermiego) wewnątrz pasm). Przy polaryzacji w kierunku przewodzenia dużo elektronów jest wstrzykiwane z obszaru n do stanów tuż nad krawędzią pasma przewodnictwa w obszarze p. Można osiągnąć inwersję obsadzeń stanów elektronowych (więcej elektronów na dnie pasma przewodnictwa niż przy wierzchołku pasma walencyjnego). Rekombinacja promienista z emisją wymuszoną może spowodować akcję laserową. Heterostruktura złożona z cienkiej warstwy GaAs między dwoma obszarami Ga1-xAlxAs. Elektrony wstrzykiwane do obszaru p są uwięzione w warstwie GaAs przez barierę potencjału na granicy Ga1-xAlxAs typu p. nwersję obsadzeń można osiągnąć przy znacznie mniejszej gęstości prądu niż w zwykłym złączu p-n. Ponadto współczynnik załamania światła GaAs jest większy niż Ga1-xAlxAs, zatem całkowite wewnętrzne odbicie pozwala utrzymywać fotony w warstwie GaAs, gdzie zachodzi akcja laserowa. Laser półprzewodnikowy a dioda świecąca Emisja laserowa pojawia się po przekroczeniu progowej wartości natężenia prądu płynącego w kierunku przewodzenia przez heterozłącze p-n w strukturze lasera. Przy małym natężeniu prądu laser półprzewodnikowy emituje światło jak zwykła dioda świecąca. Rozkład widmowy światła z emisji laserowej jest bardzo wąski w porównaniu z widmem diody świecącej. heterostruktura lasera 13