TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
BỘ MÔN VẬT LÍ
ĐỀ TÀI:
HIỆU ỨNG QUANG ĐIỆN
KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN VÔN_AMPE CỦA
TẾ BÀO QUANG ĐIỆN
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
NGÀNH SƯ PHẠM VẬT L
Í
Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện
ThS. Phạm Văn Tuấn Đặng Phúc Đảm
Lớp: Sư phạm Lí K31
MSSV 1050117
-- Cần Thơ, 2009 --
Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý
GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM
1
Phần A. MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, con người đã đạt được
nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật quan trọng. Những thành tựu đáng chú ý đó là chế
tạo thành công pin Mặt trời và các thiết bị điều khiển tự động như: thiết bị chống
trộm, thiết bị báo cháy, các thiết bị đóng mở đèn tự động, các cửa tự động...Tất cả các
thiết bị này đã gây cho tôi một sự say mê tìm tòi: “tại sao người ta lại làm được như
thế?”. Và qua thời gian nghiên cứu học hỏi tôi đã biết được: người ta dựa vào hiện
tượng quang điện để chế tạo ra các thiết bị hữu ích n
ày. Vì vậy, tôi đã quyết định
nghiên cứu về hiện tượng quang điện, và chọn đề tài “ hiện tượng quang điện_khảo
sát đặc tuyến Vôn_Ampe của tế bào quang điện”
. Qua đây tôi có thể hiểu sâu hơn,

V. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến hiện tượng quang
điện như: Thuyết miền năng lượng,
các thí nghiệm và các kết quả thí nghiệm về hiện
tương quang điện, các lý thuyết về việc giải thích hiện tượng quang điện, các loại tế
bào quang điện, chất bán dẫn, quang bán dẫn.
- Phương pháp thực nghiệm: thiết kế, chế tạo bài thí nghiệm với tế bào quang điện.
Phần B. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. Thuyết miền năng lượng của vật rắn
Khái niệm tổng quát về cấu trúc miền. Cấu trúc miền của các tinh thể (các vật
rắn) là cơ sở của phần lớn các quan niệm hiện đại về các cơ chế của những hiện tượng
khác trong các chất cách điện (điện môi), các chất bán dẫn điện và các chất dẫn điện
(các kim loại). Trong những nét tổng quát nhất, quan niệm đó rút về một điều là,
electron trong v
ật rắn có năng lượng thay đổi liên tục trong những khoảng xác định
(E
1min
, E
1max
), (E
2min
, E
2max
), (E
3min
, E
3max
) ngăn cách nhau bởi những miền giá trị cấm
của năng lượng. Các khoảng những giá trị cho phép được gọi là vùng những giá trị cho
phép c

ự do. Xuất phát từ quan niệm về các electron tự do Đrútđơ và Lorent đã hoàn
ch
ỉnh thuyết electron cổ điển. Thuyết này giúp ta giải thích được tính dẫn điện của kim
loại, nguyên nhân của điện trở, bản chất của nhiệt dung, độ dẫn điện, độ tự cảm và
điện động lực của kim loại…Nhưng những gì mà thuyết electron mang lại chưa thật
hoàn hảo. Nó không giúp ta giải thích được sự khác biệt giữa kim loại, bán kim loại,
bán dẫn và chất cách điện, sự xuất hiện của hằng số Hall và nhiều tính chất khác. Điều
này làm nảy sinh yêu cầu cần có một lý thuyết mới chặt chẽ hơn.
Như ta biết mạng tinh thể
có cấu trúc tuần hoàn nên thế năng của electron trong mạng
cũng là một hàm tuần hoàn theo chu kì mạng. Ví dụ, với mạng một chiều, thế năng có
dạng như hình vẽ sau:
Chuy
ển động của electron trong một trường tuần hoàn tạo nên một cấu trúc mới về
phổ năng lượng. Việc giải thích phương trình Schrodinger với một thế năng tuần hoàn
khá ph
ức tạp, vượt ra ngoài phạm vi của vật lý đại cương. Nhưng để hiểu những nét
chính, chúng ta có thể suy luận như sau: xét một tinh thể có N nguyên tử giống nhau.
Giả sử ban đầu các nguyên tử này ở rất xa nhau (coi như không tương tác với nhau).
Lúc đó mức năng lượng của electron trong mọi nguy
ên tử là giống nhau.
a
0
x
E
….
….
Hình 1: Thế năng của electron trong mạng tuần hoàn một
chiều.U(x) = U(x + a)
Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý

Năng lượng
Khoảng cách
nguyên tử
Hình 2.b
2P
3S
2S
1
S
Hình 3
năng lượng
Khoảng cách
nguyên tử
Vùng năng lượng
được phép
Khe năng lượng
Hình 2.c
Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý
GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM
5
liên tục (hình 2.c). Các vùng này gọi là vùng được phép. Vùng có mức năng lượng cao
hơn gọi l
à vùng dẫn, vùng có năng lượng thấp hơn gọi là hóa trị. Giữa các vùng này có
nh
ững khoảng trống, gọi là khe năng lượng (hay vùng cấm) trong đó không tồn tại
trạng thái nào của electron và dĩ nhiên không có electron nào trong vùng đó. Cũng có
những miền trong đó có hai hay nhiều vùng năng lượng xen phủ nhau về mặt năng
lượng. Các vùng được phép có thể l
à vùng trống nếu như mọi mức năng lượng của nó
chưa bị

Vùng hóa
tr
ị
Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý
GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM
6
Khoảng cách giữa đáy vùng dẫn và đỉnh vùng hóa trị gọi là độ rộng vùng cấm, hay
năng lượng v
ùng cấm (Band Gap). Tùy theo độ rộng vùng cấm lớn hay nhỏ mà chất có
thể là dẫn điện hoặc không dẫn điện.
Như vậy, tính dẫn điện của các chất rắn và tính chất của chất bán dẫn có
thể lý giải một cách đơn giản nhờ lý thuyết vùng năng lượng như sau:
a. Trong kim loại: vùng dẫn và vùng hóa trị phủ lên nhau (không có vùng cấm), do
đó luôn luôn có điện tử trên vùng dẫn vì thế mà kim loại luôn luôn dẫn điện. Ngay ở
nhiệt độ thường các electron hóa trị dễ dàng di chuyển lên mức năng lượng cao hơn,
rồi tới mức năng lượng cao hơn nữa từ miền hóa trị lên miền dẫn và trở thành electron
t
ự do. Số lượng electron tự do rất lớn. Do đó kim loại dẫn điện rất tốt.
Hình 4. Các miền năng lượng của electron trong kim loại.
b. Trong điện môi:
Miền cấm rộng cỡ 3eV trở lên. Các electron hóa trị tạo nên liên kết chặt chẽ giữa
các nguyên tử cạnh nhau. Các liên kết này khó bị đứt nên khó tạo thành electron tự
do.Theo thuyết miền năng lượng, tất cả các mức trong miền hóa trị đều bị chiếm,
Năng lượng của êlectron
●
●
●
●
Năng lượng của electron
●

dần theo nhiệt độ). Một cách gần đúng, có thể viết sự phụ thuộc của điện trở chất
bán dẫn vào nhiệt độ như sau:










Tk
E
RR
B
g
o
2
exp.
với: R
0
là hằng số,
g
E
là độ rộng vùng cấm. Ngoài ra, tính dẫn điện của chất bán dẫn
có thể thay đổi nhờ các kích thích năng lượng khác, ví dụ như ánh sáng. Khi chiếu
sáng, các điện tử sẽ hấp thu năng lượng từ
phôtôn, và có thể nhảy lên vùng dẫn nếu
năng lượng đủ lớn. Đây chính l

hoàn. Trường n
ày tạo nên do các nút mạng tinh thể phân bố có trật tự trong không
gian.
II. Dòng điện
Dòng điện là các dòng điện tích dịch chuyển có hướng, gồm có dòng điện dẫn,
dòng điện đối lưu và dòng điện trong chân không.
II.1 Dòng điện dẫn : là các dòng điện tích vi mô chuyển động ở bên trong một
vật vĩ mô đứng yên (chất rắn, chất lỏng hay chất khí).
II.2 Dòng điện đối lưu: là dòng các điện tích được mang đi cùng với các hạt
vĩ mô hay các vật chứa các điện tích đó.
II.3 Dòng điện trong chân khộng: là dòng các hát mang điện vi mô ( các iôn
hay các êlectrôn) chuyển động không phụ thuộc vào các vật vĩ mô ở trong chân không.
 Cường độ dòng điện: Đại lượng i xác định bởi điện lượng dq đi qua tiết diện
ngang của vật dẫn sau khoảng thời gian vô cùng nhỏ dt được gọi là cường độ dòng
điện:
dt
dq
i

.
N
ếu sau các khoảng thời gian bằng nhau tuỳ ý, các điện tích đi qua tiết diện ngang của
vật dẫn như nhau, thì dòng điện được gọi là dòng điện không đổi (về độ lớn và chiều
và được kí hiệu l
à chữ I.
 Mật độ dòng điện J là đại lượng đo bằng điện tích đi qua một đơn vị mặt của
vật dẫn trong một đơn vị thời gian.
Mật độ dòng điện là một véc tơ vuông góc với mặt phẳng có dòng điện chạy qua.
Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý
GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM

của vận tốc ánh sáng trong môi trường thứ nhất và thứ hai đều như
nhau, còn các thành phần pháp tuyến khác nhau. Vì
tt
ivv sin
11

và
kxt
ivv sin
22

, nên chiết suất:
1
2
sin
sin
v
v
i
i
n
kx
t

.
Thuy
ết hạt của ánh sáng đã không thể giải thích được các hiện tượng nhiễu xạ, giao
thoa, phân cực ánh sáng và đễn thế kỉ XIX.
Thuyết sóng ánh sáng lần đầu tiên do nhà vật lý Hà Lan Chistian Huygens (1962-
1965) đề xuất, ông cho rằng ánh sáng là sóng đàn hồi truyền trong mồi trường ête.

Thuyết phôtôn khác với thuyết hạt của Niutơn ở chỗ trong thuyết phôtôn còn giữ
những khái niệm sóng: lượng tử ánh sáng hay là phôtôn được biểu diễn theo tần só
sóng theo hệ thức
hv

. Như vậy, ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính
chất hạt, hay nói cách khác nó có lưỡng tính sóng-hạt. Thuyết phôtôn giải thích
được h
àng loạt hiện tượng mà thuyết điện từ ánh sáng tỏ ra bất lực (như sự phát xạ,
hấp thụ ánh sáng, các hiện tượng quang điện, huỳnh quang…), nhưng thuyết
phôtôn không hề phủ nhận thuyết điện từ ánh sáng. Ngày nay, thuyết điện từ ánh
sáng và thuyết phôtôn được coi là hai thuyết đúng đắn về bản chất ánh sáng.
IV. T
ế bào quang điện
IV.1 Tế bào quang điện
IV.1.1 Hiệu ứng quang điện (hiện tượng quang điện)
Heinrich Rudolf Hertz Alexander Stoletov
Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý
GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM
11
Hiệu ứng quang điện do Héc phát hiện ra đầu tiên 1887, sau đó việc nghiên cứu
chi tiết hiện tượng đã được Xtô-lê-tốp (Stoletov) tiến hành vào những năm 1888-1889,
r
ồi đến Lê-na (Lénard) năm 1889-1902 và nhiều nhà thực nghiệm khác vào những
năm 90 của thế kỉ XIX.
Trong những thí nghiệm này người ta đã thu được dòng quang
điện và đến đầu thế kỉ XX các định luật quang điện đã được thiết lập.
Hiệu ứng quang điện gồm có hai loại chính: hiệu ứng quang điện ngoài và hiệu ứng
quang điện trong.
Ngoài ra còn có hiệu ứng quang điện của lớp chặn.

ình vẽ. Nó gồm một bóng đèn chân không cao (áp suất vào khoảng
10
-6
mmHg ). Trong bóng đèn có hai bản kim loại: bản dương cực A (anot) và bản âm
cực K (catot ). Bản âm cực K làm bằng kim loại cần nghiên cứu hiệu ứng quang điện.
Nhờ hai nguồn điện
1

và
2

(có các cực mắc đối nhau) và một biến trở R nối với
Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý
GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM
12
hai bản A và K như hình vẽ 23, ta có thể đặt bản A ở hiệu điện thế cao hơn bản K
(hoặc ngược lại ) bằng cách dịch chuyển con chạy C trên biến trở R.
Cho một chùm ánh sáng tử ngoại (bước sóng ngắn ) chiếu qua nắp thạch anh N tới rọi
trên mặt bản âm cực K. Chùm ánh sáng này sẽ giải phóng các electron khỏi mặt bản
âm cực K, những electron này gọi là các quang electron. Dưới tác dụng của điện
trường giữa A v
à K, các quang electron sẽ chuyển động về dương cực A và tiếp tục đi
vào trong mạch điện, tạo thành một dòng điện không đổi có chiều ngược lại gọi là
dòng
điện. Cường độ dòng điện I
a
đo bằng điện kế G, còn hiệu điện thế U
AK
= V
A

bh
. Giá trị
I
bh
được gọi là cường độ của dòng quang điện bão hòa. Nó đặc trưng cho tác dụng
quang điện của một ch
ùm ánh sáng nhất định đối với mỗi kim loại.
Hình 23
G
+
V
A
N
K
E

C
R
2


+
-
-
Chùm tia
t
ử ngoại
Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý
GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM
13


h
tương ứng là năng lượng và xung lượng của phôtôn, còn p là động
lượng của
êlêctrôn sau khi hấp thụ phôtôn, m
0
. c
2
là năng lượng nghỉ của êlêctrôn từ
hai phương tr
ình đó ta suy ra:
2242
0
2
0
fhcmhcm 

với chú ý là



c
Dễ dàng thấy rằng đẳng thức vừa tìm được sẽ không đúng với mọi tần số

khác
không. Do đó, ta phải kết luận rằng trong hiệu ứng quang điện phôtôn tương tác với
êlêctrôn liên kết. Sự liên kết của êlêctrôn trong nguyên tử được đặc trưng bởi năng
lượng ion hoá nguy
ên tử, còn trong nguyên tử thì nó được đặc trưng bằng công thoát
A. Như vậy, để hiệ

y
ếu. Còn khi rọi vào môi trường chùm sáng lade có công suất lớn thì có thể xảy ra sự
hấp thụ nhiều phôtôn. Hiện tượng hấp thụ nhiều phôtôn được biểu hiện dưới những
dạng sau:
a) Khi một chùm sáng lade đủ mạnh có tần số

truyền qua môi trường mà
nguyên t
ử (hoặc phân tử hay vật rắn của nó) có hai mức năng lượng thỏa mãn điều
kiện:

nhEE 
12
Với n = 2,3…thì nguyên tử (hoặc phân tử hay vật rắn) có thể hấp thụ đồng thời hai,
ba…phôtôn để chuyển từ trạng thái E
1
lên trạng thái E
2
Tất nhiên đối với một môi trường đã cho thì phải chọn tần số của lade thích hợp. Còn
khi t
ần số lade đã xác định thì phải chọn môi trường thích hợp để

nhEE 
12
được
thỏa mãn. Hiện tượng hấp thụ hai phôtôn được phát hiện khi chiếu bức xạ lade rubi với
m

693,0
lên tinh thể CaF

và
0

với


01
. Như vậy, do sự có mặt của phôtôn

h
của
chùm sáng mạnh, phân tử (hoặc nguyên tử hay vật rắn) của môi trường đã hấp thụ
đồng thời hai phôtôn có tần số khác nhau

và
1

thoả mãn hệ thức:
1
210
EEhhh 

c) Bằng thực nghiệm đã quan sát được hiêu ứng quang điện nhiều phôtôn và sự ion
hóa nhiều phôtôn khi chiếu sáng môi trường bằng những chùm ánh sáng đủ mạnh và
có t
ần số

tương đối thấp. Hiệu ứng quang điện thường (hiệu ứng quang điện một
phôtôn) quan sát được khi tần số của phôtôn lớn hơn một tần số giới hạn
0


>
0

), thí dụ cường độ sáng rất mạnh, thì nó cũng
không th
ể gây ra hiệu ứng quang điện.
Định luật II ( Định luật Stoletop về dòng điện bão hòa ):
Cường độ dòng điện bão hòa I
bh
(nghĩa là số electron được giải phóng khỏi kim loại
trong một đơn vị thời gian ) tăng tỉ lệ thuận với cường độ sáng I của chùm ánh sáng rọi
tới kim loại.
Định luật III ( Định luật Anhxtanh về động năng cực đại của quang electron ):
Động năng cực đại của các quang electron tăng tỉ lệ với tần số

của chùm ánh sáng
r
ọi tới nó và không phụ thuộc vào cường độ sáng I của chùm ánh sáng đó.
IV.1.6 Giải thích các định luật quang điện
IV.1.6.1 Theo lý thuyết sóng (sự bất lực của thuyết điện từ về ánh sáng):
Theo thuyết điện từ về ánh sáng, năng lượng ánh sáng được truyền đi liên tục theo
sóng ánh sáng và cường độ á
nh sáng càng lớn thì năng lượng ánh sáng mang theo càng
nhi
ều. Như vậy, dù ánh sáng có bước sóng lớn thế nào đi nữa, nhưng nếu có cường độ
lớn thì nó sẽ cung cấp được nhiều năng lượng cho electron và do đó sẽ giải phóng
được electron khỏi kim loại. V
ì thế, thuyết điện từ không thể giải thích được tại sao có
“giới hạn quang điện”, cũng như không thể giải thích được tại sao có động năng cực

(Trong đó h=6,625.10
-34
J.s là hằng số Plăng, còn

là tần số của sóng ánh sáng tương ứng với phôtôn đó). Cường độ của chùm sáng tỉ
lệ với số phôtôn phát ra trong một giây.
b) Phân tử, nguyên tử, êlectron…phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghĩa là
chúng phát x
ạ hay hấp thụ phôtôn.
c) Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.10
8
m/s trong chân không.
Chú ý rằng, thuyết lượng tử ánh sáng không khẳng định rằng mọi năng lượng có
tính gián đoạn, m
à chỉ khẳng định rằng năng lượng ánh sáng do nguyên tử hoặc phân
tử hấp thụ hoặc phát xạ mới có tính gián đoạn mà thôi. Còn động năng tịnh tiến của
phân tử, nguyên tử và êlêctrôn vẫn có thể biến thiên những giá trị tuỳ ý, tức là vẫn liên
t
ục. Trong công thức Anhxtanh, ta cũng thấy rằng động năng của êlêctrôn luôn luôn
nh
ỏ hơn lượng tử năng lượng

h
.
 Các thuộc tính của phôton:
Theo thuyết tương đối Anhxtanh, giữa năng lượng và khối lượng của phôton có hệ
thức:
2
mc


là khối lượng nghỉ. Từ đó suy ra:
Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý
GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM
17
2
2
1.
c
v
mm
o

. Đối với phôton v = c nên m
o
= 0, tức là đối với phôton thì khối
lượng nghỉ bằng không.
Phôton luôn chuyển động với vận tốc c nên nó có xung lượng là:
c
h
mcp


hay

h
p

Vậy, xung lượng của phôton tỷ lệ với tần số hoặc tỷ lệ nghịch với bước sóng của bức
xạ điện từ tương ứng.
 Công thức Anhxtanh về hiện tượng quang điện

= 0 nên động
năng ban đầu v
à vận tốc ban đầu của chúng lớn nhất, khi đó ta có:
2
max
2
o
mV
Ah


, hay
2
max
2
o
mV
A
c
h


, hệ thức này chính là công thức
Anhxtanh về hiện tượng quang điện.
IV.1.6.2.3 Giải thích các định luật quang điện:
a) Giải thích định luật I (định luật về giới hạn đỏ của hiệu ứng quang điện): ở
trạng thái bình thường các electron bị “giam” trong kim loại. Khi kim loại được rọi
sáng, mỗi electron sẽ hấp thụ hoàn toàn một photon tới nó và nhận thêm năng lượng

h



c

và


hcc

0
0
Khi đó điều kiện (*) sẽ viết thành:


hc

0
Nghĩa là chùm ánh sáng gây ra hiệu ứng quang điện phải có bước sóng

nhỏ hơn
một giá trị xác định
A
hc

0

. Giá trị
0

chính là “giới hạn quang điện” và rõ

nói trên. Như vậy các electron ở sát ngay mặt ngoài của kim loại, khi được giải phóng
khỏi kim loại, sẽ có động năng ban đầu cực đại.
Khi đó, theo định luật bảo toàn năng lượng, động năng cực đại ban đầu của quang
electron (
max
2
2
1
mv
) sẽ bằng hiệu số của năng lượng

h
mà nó hấp thụ được của
phôtôn trừ đi công thoát A của nó khỏi mặt kim loại:
Ahmv 

max
2
2
1
Phương trình này được gọi là phương trình Anhstanh. Nó chứng tỏ rằng, đối với mỗi
kim loại xác định, động năng cực đại ban đầu của quang electron chỉ phụ thuộc vào tần
số

của chùm ánh sáng rọi tới mặt kim loại. Kết quả tính toán được theo phương
trình Anhstanh rất phù hợp với kết quả đo được bằng thực nghiệm.
Như vậy, thuyết lượng tử ánh sáng của Anhstanh đ
ã giải thích được hoàn toàn các định
luật quang điện. Ngược lại, việc giải thích thành công các định luật quang điện chứng
tỏ thuyết lượng tử ánh sáng của Anhstanh hoàn toàn đúng và nó đã đem lại cho chúng

2
của mặt bị nung nóng của vật, nghĩa là mật độ của dòng phát xạ khi
bão hòa.
M
ật độ dòng phát xạ bão hòa j
bh
được mô tả bởi công thức Dustman – Richardson:
kT
A
bh
th
eBTj


2
,
trong
đó B là hằng số, T là nhiệt độ tuyệt đối của catốt, A
th
là công thoát của êlectrôn
kh
ỏi kim loại, k là hằng sô Boltzmann.
IV.3 Các loại tế bào quang điện
IV.3.1 Tế bào quang điện chân không và có khí:
Tế bào quang điện chân không và tế
bào quang điện có khí l
à loại tế bào quang
điện đơn giản nhất. Nguyên tắc hoạt động
của chúng dựa trên hiện tượng, hiệu ứng
quang điện ngo

òng quang điện bão hòa và quang
thông c
ủa chùm ánh sáng rọi tới âm cực K. Đơn vị của nó là microampe trên lumen

A
K
A
+-
Hình
25
Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý
GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM
21
(
lmA/

). Thông thường, tế bào quang điện chân không có độ nhạy rất nhỏ chỉ vào
kho
ảng từ 10

15
lmA/

.
b.Tế bào quang điện có khí: để tăng độ nhạy của tế bào quang điện, người ta
cho thêm khí trơ (
thí dụ Ar chẳng hạn ) vào trong bóng đèn tới áp suất khoảng 0,01

1
mmHg để tạo thành tế bào quang điện có khí. Trong tế bào quang điện có khí, các

electron th
ứ cấp
Những electron thứ cấp này sẽ chuyển động về
dương cực chính A ( có dạng một lưới kim loại ) nhờ
nguồn điện
2

và tạo thành dòng quang điện có
cường độ khá lớn.
Độ nhạy của loại tế bào nhân quang điện ( một tầng )
này đạt tới giá trị từ 500

1000
lmA/

.
b. Ống nhân quang điện: Là một dụng cụ
khuếch đại electron bức xạ từ cathode nhờ một đèn
chân không có nhi
ều dương cực phụ được đặt ở
những điện thế khác nhau . Nó gồm một bóng thủy tinh chân không trong có quang âm
cực K ở điện thế thấp nhất và dương cực chính A ở điện thế cao nhất, còn có các điện
cực trung gian K
1
, K
2
, K
3
… gọi là các cực phát ( hình 27). Hệu điện thế giữa K
1

được tăng tốc trong điện trường giữa K với K
1
khi đến K
1
nó đã có động
năng đủ lớn để làm bật một số electron ra khỏi K
1
. Đây là hiện tượng phát xạ electron
th
ứ cấp. Các electron thứ cấp này lại được tăng tốc trong điện trường giữa K
1
và K
2
,
làm K
2
bật ra một số electron thứ cấp lớn hơn. Cứ như vậy mà số electron thứ cấp
được
tăng lên gần như theo cấp số nhân. Kết quả là từ một electron ban đầu ở K, ta có
th
ể nhận hàng triệu electron thứ cấp ở dường cực A. Do đó ống nhân quang điện có tác
d
ụng khuếch đại dòng quang điện, những ống nhân quang điện hiện đại có từ 15 đến
20 điện cực, sẽ có hệ số khuếch đại từ 10
6
đến 10
7
.
IV.3.3 Tế bào quang điện trở (hay quang điện trở)
Tế bào quang điện trở là loại tế bào quang điện hoạt động dựa trên hiệu ứng quang

quang điện dựa trên hiệu ứng quang điện ngoài từ một trăm đến một nghìn lần. Mặt
khác, nó có thể sử dụng đối với một khoảng rất rộng của bước sóng từ phạm vi hồng
ngoại đến bức xạ Ronghen và gama. Ngoài ra, tính chất của quang điện trở phụ thuộc
rất nhiều vào nhiệt độ.
IV.3.4 Tế bào pin quang điện ( hay pin quang điện )
Tế bào pin quang điện là loại tế bào hoạt động dựa trên hiệu ứng pin quang điện,
tức là hiệu ứng quang điện trong xảy ra ở lớp ngăn giữa bán dẫn và kim loại, hoặc ở
lớp ngăn giữa bán dẫn loại p và bán dẫn loại n (đó là một hệ gồm hai mẫu bán dẫn loại
P và một lọai N được ghép sát nhau sau, khi có sự khuếch tán điện tử và lỗ trống lớp
ghép nối xuất hiện điện trường phụ hướng từ lớp N (có nhiều lỗ trống khuếch tán qua)
sang l
ớp P (có nhiều điện tử khuếch tán sang) không cho dòng điện đi qua khối N-P.
Khi có ánh sáng chi
ếu tới mẫu N các electron nhận được năng lượng và bức xạ điện tử
liên tục tạo thành các electron tự do. Khi nối cực P và N qua một thiết bị tiêu thụ điện
sẽ có một dòng điện qua dây dẫn từ P sang N. Các e đi từ N qua R đến P để trung hoà
v
ới các lỗ trống). Do tác dụng chỉnh lưu của lớp ngăn các electron nhận được năng
lượng của photon rọi tới pin quang điện chỉ chạy được qua lớp ngăn đó theo một ch
iều
(từ kim loại sang bán dẫn, hoặc từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p) và làm xuất hiện
một suất điện động. Sơ đồ pin quang điện bán dẫn p-n như hình vẽ (hình 28). Nếu ta
nối hai bán dẫn loại p và n bằng một dây dẫn, thì qua dây dẫn đó sẽ có một dòng điện
chạy từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n. Hiện nay người ta đã chế tạo các loại pin
quang điện đồng oxit, pin quang điện Selen, pin quang điện Silic, pin quang điện
Điện
kế
Bán dẫn loại p
Lớp ngăn p-n
Bán d

một chút. Khi đó dòng điện I trong mạch của đèn triot sẽ tăng lên và làm cho nam
châm điện C đủ sức hút được thanh kim loại T để ngắt mạch điện của máy D.
Khi thôi không rọi ánh sáng vào tế bào quang điện đó nữa, điện thế lưới G lại trở về
giá trị -

như cũ. Dòng điện I trong mạch của đèn triot Y lại giảm xuống, nam
châm C không đủ sức giữ thanh kim loại T nữa v
à nhả nó về điểm tiếp xúc P; mạch
điện của máy D được đóng lại.Nhờ nguy
ên tắc hoạt động như trên, máy tiếp quang
I
N
Y
G
K
P
C
T
+
-
+
-
+
-
M
R
+ -
O

A