Bài 31: Hiện Tượng Quang Điện Trong

I. Hiện tượng quang điện trong

+ Hiện tượng tạo thành các êlectron dẫn và lỗ trống trong bán dẫn do tác dụng của ánh sáng có bước sóng thích hợp, gọi là hiện tượng quang điện trong.

+ Để gây ra hiện tượng quang điện trong thì ánh sáng kích thích phải có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng một giá trị λ₀, gọi là giới hạn quang điện của bán dẫn. Giới hạn này thường nằm trong vùng ánh sáng hồng ngoại. 

II. Hiện tượng quang dẫn

+ Hiện tượng giảm mạnh điện trở suất (nghĩa là tăng độ dẫn điện) của chất bán dẫn khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào gọi là hiện tượng quang dẫn.

* Giải thích:

Hiện tượng quang dẫn được giải thích dựa trên hiện tượng quang điện trong: Mỗi êlectron liên kết khi hấp thụ một phôtôn sẽ trở thành êlectron dẫn và để lại một lỗ trống mang điện dương. Những lỗ trống này cũng có thể chuyển động tự do từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Do đó khi chất bán dẫn được chiếu sáng thích hợp sẽ hình thành các hạt mang điện tự do, trở nên dẫn điện tốt.

* So sánh hiện tượng quang điện bên trong và hiện tượng quang điện bên ngoài:

+ Cả hai khi được chiếu sáng thích hợp đều làm bứt êlectron, nhưng đối với hiện tượng quang điện bên ngoài thì các êlectron bứt ra ngoài khối chất còn đối với hiện tượng quang điện bên trong các êlectron chỉ bứt khỏi liên kết và vẫn ở trong khối chất. 

+ Cả hai đều có bước sóng giới hạn λ₀, nhưng giới hạn quang điện bên trong có λ₀ lớn (ánh sáng hồng ngoại) do năng lượng cần làm bứt các êlectron liên kết thành êlectron dẫn khá nhỏ.

III. Quang điện trở

+ Quang trở được chế tạo dựa trên hiệu ứng quang điện trong. Đó là tấm bán dẫn (hay tấm có tính quang dẫn) có giá trị điện trở thay đổi khi thay đổi cường độ chùm sáng chiếu vào nó (từ vài mêgaôm xuống còn vài chục ôm).

+ Quang trở được lắp với mạch khuếch đại trong các thiết bị điều khiển bằng ánh sáng, trong các máy đo ánh sáng.

IV. Pin quang điện (pin Mặt Trời)

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

1. Cấu tạo của pin quang điện

+ Pin là một tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p. Trên cùng là một lớp kim loại mỏng. Dưới cùng là một đế kim loại.

2. Hoạt động pin quang điện

+ Dựa trên hiện tượng quang điện bên trong, xảy ra bên cạnh một lớp chặn (hay lớp tiếp xúc giữa hai bán dẫn n và p).

+ Giữa bán dẫn loại n và bán dẫn loại p hình thành một lớp chuyển tiếp p – n. Lớp này ngăn không cho electron khuếch tán từ n sang p và lỗ trống khuếch tán từ p sang n.

+ Khi chiếu vào ánh sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang điện vào tấm kim loại mỏng phía trên thì ánh sáng sẽ đi xuyên qua lớp này đến bán dẫn loại p, gây ra hiện tượng quang điện trong tạo thành electron dẫn và lỗ trống.

+ Electron dễ dàng khuếch tán sang bán dẫn loại n, còn lỗ trống bị giữ lại bán dẫn loại p.

+ Kết quả điện cực kim loại phía trên nhiễm điện dương và đế kim loại phía dưới nhiễm điện âm.

3. Đặc điểm pin quang điện

+ Suất điện động trong pin quang điện chỉ xuất hiện khi có ánh sáng chiếu vào pin. Suất điện động này có giá trị nhỏ (từ 0,5 V đến 0,8 V). Pin quang điện có hiệu suất không cao (khoảng 10 %).

4. Ứng dụng của pin quang điện

Pin quang điện là nguồn cung cấp điện cho

+ vùng sâu, vùng xa ở nước ta.

+ vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi, tàu vũ trụ, máy đo ánh sáng, ôtô....

V. Bài tập luyện tập Hiện tượng quang điện trong của trường Nguyễn Khuyến

Câu 1: Nguyên tắc hoạt động của quang điện trở dựa vào

A. hiện tượng quang điện trong.

B. hiện tượng phát quang của chất rắn.

C. hiện tượng quang điện ngoài.

D. hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Câu 2: Pin quang điện (còn gọi là pin mặt trời) là nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành

A. điện năng.

B. cơ năng.

C. năng lượng phân hạch.

D. hóa năng.

Câu 3: Phát biểu nào là sai?

A. Hiện tượng electron bật ra khỏi kim loại khi có ánh sáng chiếu vào gọi là hiện tượng quang dẫn.

B. Điện trở của quang trở giảm mạnh khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

C. Có một số kim loại khi được chiếu bằng ánh sáng nhìn thấy thì có electron bật ra khỏi kim loại đó.

D. Trong pin quang điện, quang năng biến đổi trực tiếp thành điện năng.

Câu 4: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về hiện tượng quang dẫn?

A. Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng giảm mạnh điện trở của chất bán dẫn khi bị chiếu sáng.

B. Trong hiện tượng quang dẫn, êlectron giải phóng ra khỏi khối chất bán dẫn.

C. Một trong những ứng dụng quan trọng của hiện tượng quang dẫn là việc chế tạo đèn ống.

D. Trong hiện tượng quang dẫn, năng lượng cần thiết để giải phóng êlectron liên kết thành êlectron dẫn được cung cấp bởi nhiệt.

Câu 5: Theo định nghĩa, hiện tượng quang điện trong là

A. hiện tượng quang điện xảy ra bên trong kim loại.

B. hiện tượng quang điện xảy ra bên trong khối điện môi.

C. nguyên nhân sinh ra hiện tượng quang dẫn.

D. sự giải phóng các êlectron liên kết để chúng trở thành êlectron dẫn nhờ tác dụng của một bức xạ điện từ.

Giáo viên biên soạn : Bùi Trần Đức Anh Thái

Đơn vị: Trường THCS - THPT Nguyễn Khuyến