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

Ngày nay, hiện tượng quang điện trong hầu như thay thế hoàn toàn hiện tượng ngoài mà các em đã biết ở bài học trước. Quang điện trong được ứng dụng vào quang điện trở và pin quang điện.

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.

Bạn đang xem bài: Chất quang dẫn là gì? Hiện tượng quang điện trong Ứng dụng Quang điện trở và Pin quang điện – Vật lý 12 bài 31

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.

 + Khi chiếu sáng chất quang dẫn, mỗi photon của ánh sáng kích thích sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một electron liên kết. Nếu năng lượng mà electron nhận được đủ lớn thì electron đó được giải phóng khỏi liên kết trở thành electron dẫn. Mặt khác, mỗi electron liên kết được giải phóng để lại một lỗ trống. Lỗ trống này cũng tham gia vào quá trình dẫn điện. Kết quả là chất nói trên dẫn điện.

* Bài 3 trang 162 SGK Vật lý 12: Trình bày cấu tạo và hoạt động của một pin quang điện.

° Lời giải bài 3 trang 162 SGK Vật lý 12:

• Cấu tạo của pin quang điện:

+ 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.

• Hoạt động của pin quang điện:

– Khi chiếu ánh sáng vào bề mặt lớp p thì trong lớp này xuất hiện rất nhiều các electrôn dẫn. Chúng ngay lập tức khuếch tán sang lớp n khiến lớp bán dẫn p trở nên nhiễm điện dương còn lớp n thừa electrôn trở nên nhiễm điện âm.

– Ở phía trên lớp p có một lớp kim loại mỏng (vừa cho phép ánh sáng đi qua, vừa có tác dụng dẫn điện) nối với một điện cực. Điện cực này là điện cực dương.

– Ở phía dưới lớp n là một đế bằng kim loại đóng vai trò của điện cực âm.

– Nối hai điện cực của pin quang điện với một mạch ngoài thì trong mạch ngoài có dòng điện một chiều chạy từ cực dương sang cực âm. Suất điện động của pin quang điện nằm trong khoảng 0,5V đến 0,8V.

* Bài 4 trang 162 SGK Vật lý 12: Hãy ghép nửa câu ở phần trên với nửa câu tương ứng ở phần dưới để thành một câu có nội dung đúng.

A. Pin hóa học …

B. Pin nhiệt điện …

C. Pin quang điện …

a) … hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạch một lớp chặn.

b) … hoạt động dựa vào sự hình thành các hiệu điện thế hóa ở hai điện cực

c) … Hoạt động dựa vào sự hình thành hiệu điện thế khi các electron tự do khuếch tán từ đầu nóng sang đầu lạnh của một dây kim loại.

° Lời giải bài 4 trang 162 SGK Vật lý 12:

– Ta ghép như sau: A – b); B – c); C – a);

* Bài 5 trang 162 SGK Vật lý 12: Điện trở của một quang điện trở có đặc điểm nào dưới đây ?

A. Có giá trị rất lớn

B. Có giá trị rất nhỏ

C. Có giá trị không đổi

D. Có giá trị thay đổi được

° Lời giải bài 5 trang 162 SGK Vật lý 12:

• Chọn đáp án: D. Có giá trị thay đổi được

* Bài 6 trang 162 SGK Vật lý 12: Suất điện động của một pin quang điện có đặc điểm nào dưới đây.

A. có giá trị rất lớn.

B. có giá trị rất nhỏ.

C. có giá trị không đổi, không phụ thuộc điều kiện bên ngoài.

D. chỉ xuất hiện khi pin được chiếu sáng.

° Lời giải bài 6 trang 162 SGK Vật lý 12:

• Chọn đáp án: D. chỉ xuất hiện khi pin được chiếu sáng.

Hy vọng với bài viết Chất quang dẫn là gì? Hiện tượng quang điện trong Ứng dụng Quang điện trở và Pin quang điện ở trên giúp ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để HayHocHoi.Vn ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt

Về trang chủ: TH Huỳnh Ngọc Huệ
Bài viết thuộc danh mục: Tổng hợp