fotoelementas

iš fotoelementų sudarytos saulės baterijos, sumontuotos ant namo stogo

fotoelemeñtas (foto… + elementas), fotoelektrnis elemeñtas, elektroninis elementas ar įtaisas, kurio veikimas grindžiamas fotoelektriniais reiškiniais (veikliosios terpės elektrinių savybių pakitimu, sukeliamu fotonų sugerties). Fotoelementas sukuria elektrinį atsaką į optinės (dažniausiai regimosios šviesos) ar kitokios elektromagnetinės spinduliuotės poveikį, t. y. lemia fotoelemento elektrinės įtampos arba išorinės grandinės srovės pokytį kaip informacinį signalą arba optinės spinduliuotės energiją verčia elektrine ir ją tiekia imtuvams. Būna vakuuminiai, dujiniai ir puslaidininkiniai. Juose tikslingai pritaikytas išorinis fotoefektas vakuuminiuose ir dujiniuose fotoelementuose ir vidinis fotoefektas puslaidininkiuose bei dielektrikuose (fotojonizacija, fotolaidumas, fotoelektrovara). Vakuuminis fotoelementas susideda iš sandaraus baliono, kuriame sudarytas vakuumas, dviejų metalinių elektrodų viduje (fotokatodo, kuris dažnai yra tiesiog speciali danga ant dalies vidinio paviršiaus, ir anodo).

Šviesos srautui krintant į fotokatodą iš jo išlekia nemažai elektronų. Jei išorinė grandinė uždara, o anodo potencialas teigiamas fotokatodo atžvilgiu, grandine teka elektros srovė (fotosrovė), proporcinga šviesos srautui. Jautrį (20–250 µA/lm, 0,1–50 mA/W) lemia fotokatodo dangos medžiaga, kurios elektronų išlaisvinimo darbas nedidelis (pvz., cezio ir kitų medžiagų mišinys) ir fotonų energijos didumas (lemia spinduliuotės bangos ilgis, jos spektras). Kai kurių fotoelementų balione yra ne vakuumas, o nedaug inertinių dujų, jose judantys fotoelektronai jonizuoja dujų atomus, srovę sudaro ir jonai, fotosrovė būna stipresnė, bet tokie fotoelementai inertiški, veikimo sparta maža. Puslaidininkiniai fotoelementai – tai fotorezistoriai, fotodiodai, fototranzistoriai, fototiristoriai ir kiti įtaisai. Fotorezistoriaus veikimas grindžiamas puslaidininkių fotolaidumu. Neapšvietus teka silpna tamsinė srovė, apšvietus srovė būna kur kas stipresnė dėl išsilaisvinusių elektronų ir sukurtų skylių (trūkumas – didelis inertiškumas). Fotodiodas turi elektroninę skylinę (pn) arba metalo ir puslaidininkio sandūrą arti puslaidininkinio darinio apšviečiamo paviršiaus. Šviesa išlaisvina elektronų ir sukuria skylių arti sandūros ir tai, veikiant savajam vidiniam sandūros elektriniam laukui, sukuria elektrovarą bei lemia per sandūrą tekančią srovę, todėl fotodiodai gali būti naudojami jiems veikiant dviem režimais. Fotodiodas, naudojamas elektrinei įtampai (elektrovarai) kurti, vadinamas užtvariniu, arba ventiliniu. Kai toks fotoelementas maitinamas atvirkštine įtampa iš išorinio šaltinio, jo režimas vadinamas fotodiodiniu: naudojamas fotolaidumo reiškinys, atvirkštinė srovė tiesiog proporcinga šviesos srauto intensyvumui ir beveik nepriklauso nuo įtampos, tamsinė srovė silpna. Fototranzistoriuje, kuriame yra ne viena pn sandūra, fotosrovė ne tik sukuriama, bet ir gerokai sustiprinama, jautris iki 10 mA/lm. Fototiristoriuje sukurta fotosrovė t. p. sustiprinama ir geba perjungti jį iš didelės varžos (uždarosios) būsenos į mažos varžos (atvirąją) būseną. Fotoelementai naudojami spinduliuotės srautams aptikti ir matuoti (kosminiuose ir branduoliniuose tyrimuose), aplinkos ar patalpų apšvietai matuoti, apšvietimo sistemoms, fotoaparatams automatiškai valdyti, optiniams signalams versti elektriniais ryšių technikoje ir kitur, iš specialių užtvarinių fotoelementų sudaromos saulės baterijos elektros energijai gaminti, pvz., erdvėlaiviuose.

2373