APUNTES DE LABORATORIOS DE ELECTRONICA

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y LA INTENSIDAD

LUMINOSA EN SEMICONDUCTORES

PRACTICA Nº 8

 

I.- FUNDAMENTO TEORICO

 

CELDAS FOTOCONDUCTIVAS

 

La celda fotoconductiva es un dispositivo semiconductor de dos terminales cuya resistencia terminal variará (linealmente) con la intensidad de la luz incidente. Por razones obvias, con frecuencia se llama dispositivo fotorresistivo.

Entre los materiales fotoconductivos que se utilizan más a menudo se encuentran el sulfuro de cadmio (CdS) y el selenuro de cadmio (CdSe). La respuesta espectral máxima del CdS ocurre a aproximadamente 5100 Å y para el CdSe de 6150 Å. El tiempo de respuesta de las unidades de CdS es de alrededor de 100 mS y de 10 mS para las celdas de CdSe. La celda fotoconductiva no tiene una unión como la del fotodiodo. Una capa delgada de material conectada entre los terminales simplemente se expone a la energía luminosa incidente.

Cuando aumenta la intensidad de la iluminación sobre el dispositivo, se incrementa también el estado de energía de un gran número de electrones en la estructura debido al aumento de disponibilidad de los paquetes de fotones de energía. El resultado es un número mayor de electrones relativamente “libres” en la estructura y una disminución de la resistencia del terminal. La curva de sensibilidad para un dispositivo fotoconductivo típico aparece en la Fig. 2. Nótese de la linealidad (cuando se grafica empleando una escala log–log) para el cambio indicado de iluminación.

 

 

CELDAS SOLARES

 

La construcción básica de una celda solar de unión p-n de silicio se presenta en la Fig. 3. Como se muestra en vista superior, se hace todo tipo de esfuerzos para asegurar que el área superficial perpendicular al sol sea máxima. Además nótese que la capa metálica conectada al material tipo p y el grosor de este mismo son tales que aseguran que un número máximo de fotones de energía luminosa alcancen la unión. Un fotón de energía luminosa en esta región puede chocar con un electrón de valencia e impartir suficiente energía para que abandone el átomo padre. El resultado es una generación de electrones libres y huecos. Este fenómeno ocurrirá a cada lado de la unión. En el material tipo p los nuevos electrones generados son portadores minoritarios y se moverán con bastante libertad a través de la unión, como en el caso de la unión p-n básica sin polarización aplicada. Un argumento similar se cumple para los huecos generados en el material tipo n. El resultado es un aumento en el flujo de portadores minoritarios, cuya dirección es opuesta a la de la corriente directa convencional de una unión p-n.

El selenio y el silicio son los materiales que más se usan en las celdas solares, aunque también se emplean, entre otros, el arseniuro de galio, el arseniuro de indio y el sulfuro de cadmio. La longitud de onda incidente afectará la respuesta de la unión p-n ante los fotones incidentes.

 

II.- EQUIPO Y MATERIALES

Una fotoresistencia

Una fotocelda

Un termistor

Un reflector

Una regla graduada de 1 m

Un multitester Analógico y digital

1 termómetro

Agua y hielo

 

III.- PROCEDIMIENTO

 

A.- CON LA FOTORESISTENCIA

 

Para cada distancia se mide el valor de la resistencia en el multitester y estos valores se apuntan en la tabla siguiente:

 

Distancia en c.m

Resistencia en Ohmios

85

2200

80

2000

75

1500

70

1300

65

1250

60

1200

55

1100

50

900

45

800

40

650

35

550

30

480

25

350

20

320

B.- PARA LA FOTOCELDA

Para cada distancia se mide el valor de la corriente en el multitester y estos valores se apuntan en la tabla siguiente:

 

Distancia en c.m

Corriente en mA

85

0.3

80

0.4

75

0.5

70

0.7

65

0.8

60

0.9

55

0.95

50

0.98

45

1.4

40

1.5

35

1.7

30

2

25

2.2

C.- PARA EL TERMISTOR

Para cada grado 3º C se mide el valor de la resistencia en el multitester y estos valores se apuntan en la tabla siguiente:

 

Temperatura en ºC

Resistencia en Ohmios

1

245

4

233

7

214

10

190

13

173

16

150

19

137

22

122

25

110

28

98

31

89

34

80

Tenemos la Ecuación:

Luego:

ln R = ln A + (B/T)ln e

ln R = ln A + (1/T) (B ln e)

pero si Y = A’ + B’ X;

Resulta que Y = ln R

X = 1/T

 

Temperatura

oC

Resistencia

Ω

Xi

Yi

Xi2

XiYi

1

1

245

1

5.501258211

1

5.501258211

2

4

233

0.25

5.451038454

0.0625

1.362759613

3

7

214

0.142857143

5.365976015

0.020408163

0.766568002

4

10

190

0.1

5.247024072

0.01

0.524702407

5

13

173

0.076923077

5.153291594

0.00591716

0.396407046

6

16

150

0.0625

5.010635294

0.00390625

0.313164706

7

19

137

0.052631579

4.919980926

0.002770083

0.258946365

8

22

122

0.045454545

4.804021045

0.002066116

0.218364593

9

25

110

0.04

4.700480366

0.0016

0.188019215

10

28

98

0.035714286

4.584967479

0.00127551

0.163748839

11

31

89

0.032258065

4.48863637

0.001040583

0.144794722

12

34

80

0.029411765

4.382026635

0.000865052

0.128883136

Σ

1.8677505

59.609336

1.1123489

9.9676169

 

 

El valor de A’ esta dado por:

 

 

Reemplazando resulta:

 

A’ = 4.837

 

El valor de B’ esta dado por:

 

 

 

Reemplazando resulta:

 

B’ = 0.839

 

 

Φ = 9.859

 

Entonces :

 

Y = 4.837 + 0.839 X

 

A’ = ln A

A = e A’

A = e4.837

A = 126

 

B’= B ln e

B = B’/lne

B = 0.839/1

B = 0.839

 

IV.- CONCLUSIONES

En la fotoresistencia, al disminuir la distancia de la lámpara hasta el dispositivo fotoresistivo disminuye la resistencia.

En la fotocelda, al disminuir la distancia de la lámpara hasta el dispositivo fotovoltaico aumenta la corriente.

Para el termistor, al aumentar la temperatura disminuye la resistencia.

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