Chất quang dẫn là gì? Ứng dụng của chất quang dẫn trong cuộc sống hiện nay

Bài viết được tư vấn chuyên môn bởi ông Võ Văn Hiếu – Giám đốc kỹ thuật của Trung tâm sửa chữa điện lạnh – điện tử Limosa.

Chính xác thì hiện tượng quang dẫn hay chất quang dẫn là gì? Sự khác biệt giữa quang điện trở và tế bào điện trở là gì? Nhiều cá nhân lo ngại về những mối quan tâm này. Trung tâm sửa chữa điện lạnh – điện tử Limosa đưa ra những hiểu biết quan trọng trong bài viết dưới đây để giúp bạn giải đáp những câu hỏi này.

1. Chất quang dẫn là gì?

Chính xác thì chất quang dẫn là gì? Khi không được chiếu sáng, chất quang dẫn là chất dẫn điện kém (điện trở cực cao, độ dẫn điện rất thấp) và chất dẫn điện tốt (điện trở nhỏ, độ dẫn điện cao). Thông thường, đây là những chất bán dẫn. Một số ví dụ bao gồm germanium (Ge), silicon (Si), CdS (cadmium sulfide) và các loại khác.

2. Cách chế tạo chất quang dẫn là gì?

Như đã nêu trước đây, phần lớn các chất quang dẫn là chất bán dẫn. Nó được phân thành hai loại: chất bán dẫn loại N và chất bán dẫn loại P. Silicon không phải là chất dẫn điện tuyệt vời khi nó ở dạng tinh thể. Kết quả là, hóa chất phải được thêm vào tinh thể silicon – một quá trình được gọi là doping.

Lớp thấp nhất của tế bào quang điện là silicon, được phủ một lớp boron để tạo ra điện cực dương (p). Để sản xuất điện cực âm (n), lớp trên cùng là silicon phủ phốt pho. Mỗi tế bào quang điện tạo ra tương đối ít năng lượng (chỉ vài W). Kết quả là chúng được nối vào một tấm pin mặt trời (PV). Những tấm PV này có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc ghép lại với nhau để tạo ra một mô-đun lớn hơn.

Hiện nay có hai công nghệ PV chính: tấm tinh thể silicon (75%) và màng/màng mỏng (25%).

3. Hiện ứng quang điện trong là gì?

Hiệu ứng quang điện được mô tả là sự xuất hiện của các electron liên kết được giải phóng bởi ánh sáng. Cho phép chúng trở thành electron dẫn từ đó. Đồng thời tạo ra các lỗ trống tham gia vào quá trình dẫn điện. Chúng phổ biến trong các chất quang điện và tế bào quang điện.

4. Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện trong

Để xảy ra hiện tượng quang điện thì phải thoả mãn các điều kiện sau:

Năng lượng photon của ánh sáng kích thích lớn hơn hoặc bằng năng lượng kích hoạt A. Cần năng lượng để chuyển các electron liên kết thành electron dẫn: ε ≥ A

Đối với bất kỳ chất bán dẫn nào, bước sóng λ  của ánh sáng kích thích phải nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng giới hạn 0. Bước sóng 0 này được gọi là giới hạn độ quang dẫn.

Ngược lại ta có: “Hiện tượng quang điện bên trong xảy ra  λ ≤ λ₀

Hầu hết các chất bán dẫn đều có giới hạn quang dẫn trong phạm vi hồng ngoại. Kết quả là, chỉ cần sử dụng ánh sáng khả kiến làm ánh sáng kích thích là đủ để xảy ra hiện tượng quang dẫn.

5. Pin quang điện

Cấu tạo và hoạt động

• Một tế bào quang điện được tạo thành từ hai lớp bán dẫn tiếp xúc với nhau. Lớp bán dẫn loại p (chủ yếu là lỗ trống mang điện tích dương) và lớp bán dẫn loại n (chủ yếu là các electron dẫn có điện tích âm).
• Lớp chặn nằm giữa lớp p và n và có tác dụng ngăn các electron truyền từ lớp này sang lớp khác.
• Các electron dẫn sẽ xuất hiện trong lớp p khi ánh sáng chiếu vào bề mặt của nó. Chúng sẽ khuếch tán nhanh đến lớp n, tích điện dương cho lớp bán dẫn p đồng thời tích điện âm cho lớp n do dư electron.
• Phía trên lớp p là một lớp kim loại mỏng cho phép ánh sáng truyền qua đồng thời dẫn điện) và được liên kết với một điện cực. Điện cực dương là cái này.
• Một lớp nền kim loại đóng vai trò là điện cực âm ở phía n của lớp dưới cùng.
• Khi hai điện cực của pin mặt trời được nối với mạch điện bên ngoài, một dòng điện một chiều sẽ chạy từ cực dương sang cực âm.

6. Ứng dụng của chất quang dẫn là gì?

• Chất quang dẫn là thành phần quan trọng của một thiết bị. Nó được liên kết với mạch điện và hoạt động như một điện trở. Và có điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng. Sau đó, nó được gọi là điện trở quang, điện trở ánh sáng hoặc điện trở quang dẫn.
• Loại linh kiện điện quang dẫn hoạt động theo hiệu ứng quang điện ở vùng cường độ ánh sáng yếu, nhận được nhiều photon hơn lượng photon cực nhỏ nhận được trong “Đèn quang điện” nhưng lại ít ánh sáng hơn lượng ánh sáng nhận được trong pin mặt trời để tạo ra điện.
• Điện trở quang được sử dụng để sản xuất bộ tách sóng quang, là thiết bị cảm nhận cường độ ánh sáng. Điện trở quang không phải là loại bộ tách sóng quang duy nhất. Các loại khác bao gồm cảm biến CCD (hoặc “thiết bị ghép điện tích” CCD, Thiết bị ghép điện tích), điốt quang và bóng bán dẫn quang, cùng với các loại khác.
• Bộ tách sóng quang thường được tìm thấy trong máy đo ánh sáng máy ảnh, đèn đường, radio đồng hồ, máy dò hồng ngoại, hệ thống nanophotonic và cảm biến hình ảnh thu nhỏ.

Mong rằng bài viết chất quang dẫn là gì sẽ mang lại cho bạn nhiều thông tin hữu ích. Mọi thắc mắc hay những ý kiến đóng góp vui liên hệ với Trung tâm sửa chữa điện lạnh – điện tử Limosa qua HOTLINE 1900 2276 hoặc bạn có thể để lại dòng bình luận thắc mắc của bạn ở dưới bài viết để được hỗ trợ.