電子物性工学U 佐藤勝昭教官 1998.11.27

E-mail: satokats@cc.tuat.ac.jp, Home page: http://www.tuat.ac.jp/~katsuaki/; 教科書:佐藤勝昭編著「応用物性」(オーム社)

第7回(11/20)の学習内容:教科書135ページ他

○光電変換à 光を電気に変えたり光で電気を制御する現象・

光電変換の分類:光電子放出、光伝導(光導電現象)、光起電力効果

光電変換の応用:光電子放出:光電子増倍管、光センサ、テレビ撮像管(イメージオルシコン)

光導電現象:光スイッチ、テレビ撮像管(ビジコン・プランビコン)

光起電力効果:フォトダイオード(光通信用光検出器、光記録用光検出器)

太陽電池、テレビ撮像(CCD撮像素子)

光電変換の原理:

  1. 光電子放出(光による価電子帯からの電子励起→真空への電子放出)
  2. キーワード:仕事関数(佐藤・越田:応用電子物性工学(コロナ社)p. 140参照)

  3. 光導電現象(光により平衡状態より多数のキャリアを生成。電界によるドリフト→光電流)
  4.  真性半導体:Δσ∽I2、不純物半導体:Δσ∽I

  5. 光起電力効果(光で生成された電子・正孔の内蔵電界による分離)

キーワード:内蔵電界:pn接合を作ったときに電子がn型からp型に移動、正孔がp型からn型へ移動、空間電荷により電気二重層ができ電界が生じる

太陽電池のキーワード:Voc、Jsc、変換効率:参考書:浜川他「太陽エネルギー工学」培風館1994

 

第7回の問題:光電変換を分類(黒板に「分離」と書きましたが分類の間違いです)し,それぞれの原理を述べよ。

解答:光電子放出(光による価電子帯からの電子励起→真空への電子放出)

光導電現象(光により平衡状態より多数のキャリアを生成。電界によるドリフト→光電流)

光起電力効果(光で生成された電子・正孔の内蔵電界による分離)

 

第7回の質問・印象・要望

  1. 自転車に付いている暗くなると光るランプに光伝導センサは使われているか(藤本、渡辺)è A. 私はそんな自転車があることを知りませんでした。私の知っている自転車では、暗くなると手で発電機の回転部をタイヤにくっつけて電気をともしていました。高級な自転車には、結構ハイテクが使われているので、フォトトランジスタなどが使われているのではないでしょうか。
  2. 太陽電池では1m2あたりどれくらいの電力が得られるのか。また種類により最大電力が変わるのか(山中)à A. エアマス1.5の標準太陽光のエネルギーは100mW/cm2=1kW/m2です。最もよく使われている多結晶シリコン太陽電池モジュールの変換効率は10%程度ですから、100W/m2と考えて下さい。ただし、これは、標準温度(25)で垂直に光が当たったときの値ですから、実際の屋根ではもっと小さな値です。
  3. 光から電気エネルギーを取り出すのはいつ頃考え出されたか(杉田)à A. 半導体のバンド構造、pn接合などの考えが確立した1954年にPearsonによって考えられたのが最初です。(桑野他:太陽電池とその応用:パワー社,1994
  4. LEDの色は、接合部を覆っているプラスチックの色ではないのか(深澤)à A. 一部そのようなものも無いとは言えませんが、基本的には半導体のバンドギャップまたは、不純物準位とバンド端とのエネルギー差に相当する半導体自身の発光色を使っています。無色透明のプラスチックレンズのLEDが普通で、色を付ける必要がありません。

 

第8回「磁性」の資料

 元素の周期表と外殻電子配置: 3d遷移元素Sc?Cu, 4f希土類元素 Ce--Lu

H

1s

                               

He

1s2

Li

2s

Be

2s2

                   

B

2s22p

C

2s22p2

N

2s22p3

O

2s22p4

F

2s22p5

Ne

2s22p6

Na

3s

Mg

3s2

                   

Al

3s23p

Si

3s23p2

P

3s23p3

S

3s23p4

Cl

3s23p5

Ar

3s23p6

K

 

4s

Ca

 

4s2

Sc

3d

4s2

Ti

3d2

4s2

V

3d3

4s2

Cr

3d5

4s

Mn

3d5

4s2

Fe

3d6

4s2

Co

3d7

4s2

Ni

3d8

4s2

Cu

3d10

4s

Zn

3d10

4s2

Ga

 

4s24p

Ge

 

4s24p2

As

 

4s24p3

Se

 

4s24p4

Br

 

4s24p5

Kr

 

4s24p6

Rb

 

5s

Sr

 

5s2

Y

4d

5s2

Zr

4d2

5s2

Nb

4d4

5s

Mo

4d5

5s

Tc

4d6

5s

Ru

4d7

5s

Rh

4d8

5s

Pd

4d10

 

Ag

4d10

5s

Cd

4d10

5s2

In

 

5s25p

Sn

 

5s25p2

Sb

 

5s25p3

Te

 

5s25p4

I

 

5s25p5

Xe

 

5s25p6

Cs

 

 

6s

Ba

 

 

6s2

La

 

5d

6s2

Hf

4f14

5d2

6s2

Ta

 

5d3

6s2

W

 

5d4

6s2

Re

 

5d5

6s2

Os

 

5d6

6s2

Ir

 

5d9

-

Pt

 

5d9

6s

Au

 

5d10

6s

Hg

 

5d10

6s2

Tl

 

 

6s26p

Pb

 

 

6s26p2

Bi

 

 

6s26p3

Po

 

 

6s26p4

At

 

 

6s26p5

Rn

 

 

6s26p6

Fr

7s

Ra

7s2

Ac

6d

7s

                             
 

Ce

4f2

6s2

Pr

4f3

6s2

Nd

4f4

6s2

Pm

4f5

6s2

Sm

4f6

6s2

Eu

4f7

6s2

Gd

4f75d

6s2

Tb

4f85d

6s2

Dy

4f10

6s2

Ho

4f11

6s2

Er

4f12

6s2

Tm

4f13

6s2

Yb

4f14

6s2

Lu

4f145d

6s2

 
       
       

Th

6d2

7s2

Pa

5f26d

7s2

U

5f36d

7s2

Np

5f5

7s2

Pu

5f6

7s2

Am

5f7

7s2

Cm

5f76d

7s2

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr