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PPT教案10-6.1 光电效应及光电器件
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电
倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一
个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去， 记录下来。
§6.1光电效应及光电器件
2．内光电效应 定义：在光线作用下能使物体电阻率改变的现 象称为内光电效应。 当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为 本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材
（2） 被测量作用于光学通路中，对传播
过程中的光通量进行调制。
§6.1光电效应及光电器件
3．光电器件
光电器件的作用：检测照射在其上的光通量。
光电器件的选用：主要取决于被测参数、所
需的灵敏度、反应的速度、光源的特性及测量
环境和条件等。
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路
测量电路的功能：把光电器件输出电信号转
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现 象，在光的照射下，某些物质内部的电子会被 光子激发出来而形成电流，即光生电 。光电现 象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确 的解释为爱因斯坦所提出。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
1．外光电效应 定义：在光的作用下，物体内的电子逸出 物体表面向外发射的现象叫做外光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器是以光电器件作为转换元件，将 光能转换为电能的一种传感器。 光电式传感器的物理基础是光电效应，可用于 检测直接引起光量变换的非电量，也可用于检测能 转换成光量变化的其他非电量。用光电器件测量非
电量时，首先要将非电量的变化转换为光量的变化，
然后通过光电器件的作用，就可以将非电量的变换 转换为电量的变化了。
§6.1光电效应及光电器件
倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一
个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去， 记录下来。
§6.1光电效应及光电器件
2．内光电效应 定义：在光线作用下能使物体电阻率改变的现 象称为内光电效应。 当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为 本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材
（2） 被测量作用于光学通路中，对传播
过程中的光通量进行调制。
§6.1光电效应及光电器件
3．光电器件
光电器件的作用：检测照射在其上的光通量。
光电器件的选用：主要取决于被测参数、所
需的灵敏度、反应的速度、光源的特性及测量
环境和条件等。
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路
测量电路的功能：把光电器件输出电信号转
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现 象，在光的照射下，某些物质内部的电子会被 光子激发出来而形成电流，即光生电 。光电现 象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确 的解释为爱因斯坦所提出。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
1．外光电效应 定义：在光的作用下，物体内的电子逸出 物体表面向外发射的现象叫做外光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器是以光电器件作为转换元件，将 光能转换为电能的一种传感器。 光电式传感器的物理基础是光电效应，可用于 检测直接引起光量变换的非电量，也可用于检测能 转换成光量变化的其他非电量。用光电器件测量非
电量时，首先要将非电量的变化转换为光量的变化，
然后通过光电器件的作用，就可以将非电量的变换 转换为电量的变化了。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应光电效应ppt光电效应课件
光电效应光电效应ppt光电效应课件光电效应知识背景：1887年，赫兹在证明麦克斯韦波动理论的实验中，首次发现了光电效应。
当时，赫兹注意到，用光特别是紫外光照射处在火花间隙下的电极，会使火花容易从电极间通过。
勒纳于1900年对这个效应也进行了研究，并指出光电效应应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。
上图即为实验装置图，入射光通过石英窗照射到金属表面（阴极）时，就有电子发射出来，当有电子到达阳极时，外电路就有电流。
若光电效应应仅此而已，则并没有什么惊奇之处。
事实上，从光电效应的实验中得到的部分结果，用经典的电磁理论却无法解释。
光电效应课件的一些重要的演示结果如下：（1）当发生光电效应时，光照强度不变时，随着电压的增大，电路内的电流也在增大，但是不会无限增大，有一个最大值，这个最大值就是饱和电流。
当光照强度再增大时，饱和电流的值也会相应的增大。
（2）当外加正向电压V足够大时，从阴极发射的电子将全部到达阳极，光电流i达到饱和。
课件演示发现，在入射光频率v一定时，饱和电流i与光强I成正比。
（3）通常即使加上反向电压，回路中还是有电流，但当反向电压大于一临界值时，电流为零，此临界值称为截止电压-V。
课件演示发现：当入射光频率v一定时，同种金属阴极材料的截止电压-V相同，与光强无关。
（4）尽管对特定的金属阴极材料，截止电压-V与光强度I无关，但它与入射频率v成正比。
从课件演示可以看到每一种阴极材料，都分别有确定的截止频率v0，称为观点效应的红线。
入射光频率v必须大于此值，才能产生光电流，否则，不论光强多大，都无光电流。
v0随着阴极材料的不同而改变。
（4）解释上述问题理论基础：1905年，爱因斯坦提出了光子假设。
这个假设认为，当光照到阴极表面时，所发射的一个电子是从一个单一能量量子获得能量。
这种能量量子被称为光子，它的能量与电磁波的频率v有关，大小为ε=hv，h为普朗克常量。
按照爱因斯坦的观点，当光入射到阴极表面时，光子被电子吸收，电子获得了hv的能量。
光电转化原理ppt
光电转化原理ppt
探索光电转化原理，了解其基本原理、应用领域和发展趋势，以及在生活中 的实际应用，展示光电转化原理的优势和挑战。
什么是光电转化原理
光电转化原理是光能转化为电能的过程，通过光电转化材料和光电转化器件， 将光能转化为可用的电能。
ห้องสมุดไป่ตู้
光电转化原理的基本原理
光电转化原理基于光电效应和半导体特性，当光照射到材料表面时，光子能 量将被吸收并激发电子，从而产生电流。
光电转化原理的应用领域
光电转化原理广泛应用于太阳能发电、光伏光谱仪、通信领域和光电传感器 等领域，为可再生能源和高精度测量提供支持。
光电转化原理的发展趋势
随着科技的进步，光电转化原理的效率不断提高，材料和器件的性能也得到 了优化，未来的发展将朝着更高效、更可靠和更环保的方向发展。
光电转化原理的组成要素
光电转化原理的组成要素包括光电转化材料的选择、光电转化器件的结构和 光电转化原理的工作过程，它们共同参与光能到电能的转化。
光电转化原理在生活中的应用
光电转化原理在生活中具有广泛的应用，如太阳能发电、光伏光谱仪以及光 电转化器件在通信领域的应用等。
光电转化原理的优势和挑战
光电转化原理的优势在于可再生能源、高效能源转化和环保性，但也面临着材料性能、成本和规 模化应用等挑战。
探索光电转化原理，了解其基本原理、应用领域和发展趋势，以及在生活中 的实际应用，展示光电转化原理的优势和挑战。
什么是光电转化原理
光电转化原理是光能转化为电能的过程，通过光电转化材料和光电转化器件， 将光能转化为可用的电能。
ห้องสมุดไป่ตู้
光电转化原理的基本原理
光电转化原理基于光电效应和半导体特性，当光照射到材料表面时，光子能 量将被吸收并激发电子，从而产生电流。
光电转化原理的应用领域
光电转化原理广泛应用于太阳能发电、光伏光谱仪、通信领域和光电传感器 等领域，为可再生能源和高精度测量提供支持。
光电转化原理的发展趋势
随着科技的进步，光电转化原理的效率不断提高，材料和器件的性能也得到 了优化，未来的发展将朝着更高效、更可靠和更环保的方向发展。
光电转化原理的组成要素
光电转化原理的组成要素包括光电转化材料的选择、光电转化器件的结构和 光电转化原理的工作过程，它们共同参与光能到电能的转化。
光电转化原理在生活中的应用
光电转化原理在生活中具有广泛的应用，如太阳能发电、光伏光谱仪以及光 电转化器件在通信领域的应用等。
光电转化原理的优势和挑战
光电转化原理的优势在于可再生能源、高效能源转化和环保性，但也面临着材料性能、成本和规 模化应用等挑战。
光电效应-ppt课件
克
份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功
地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究
新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从宏
观领域进入到微观领域，为量子力学的诞生奠定
了基础，牛顿之后物理学最伟大的发现之一。
1918年他荣获诺贝尔物理学奖。
死后他的墓碑上只刻着
他的姓名和 h = 6.62610 ─34 J·s
第4章 第一部分 光电效应
共一课时
一、普朗克黑体辐射理论
一、普朗克黑体辐射理论
1.背景
（1）一切物体都在辐射电磁波，这种辐射跟温度有关叫热辐射。
辐射强度及波长成分的分布随温度变化
（2）黑体：完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生反射。
黑体向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。
（3）黑体辐射规律
取决于光强
运用光子说
取决与频率
f大，Ek大，Uc大
存在截止频率
hν > W 0
具有瞬时性
电子一次吸收一个光子，无需积累
四、爱因斯坦的光电效应理论
3.理论解释
(1)光强决定光子个数→电子个数→电流大小
(2)光的频率决定能否发生光电效应，最大初动能，遏制电压
4.验证：密立根
一、普朗克黑体辐射理论
2.理论解释：普朗克能量子
（1）能量是不连续的（量子化）
能量
（2）能量是最小能量的整数倍
（3）能量子
ε = hν
红→紫，频率增大，能量增大
经典
量子
一、普朗克黑体辐射理论
Planck 抛弃了经典物理中的能量可连续变化、 普
朗
物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，
提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一
教案1061 光电效应及光电器件PPT课件
一、光电效应 光电式传感器的作用：将光信号转化为电信号 一种传感器。理论基础是光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象， 在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激 发出来而形成电流，即光生电 。光电现象由德国 物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱 因斯坦所提出。
d．从实验知道，产生光电流的过程非常快， 一般不超过10的-9次方秒；停止用光照射，光电 流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。
§6.1光电效应及光电器件
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍 增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个 放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下 来。
§6.1光电效应及光电器件
然（天然）光源和人造光源。如：太阳、电灯、燃 烧着的蜡烛等都是光源。光也有能量。
光电式传感器中的光源可采用白炽灯、激光器、 发光二极管及能发射可见光谱、紫外线光谱和红外 光谱的其他器件。
§6.1光电效应及光电器件
2.光学通路 光学通路中常用的光学器件有：透镜、滤光
片、光阑、棱镜、反射镜、光栅等，主要是对光 参数进行选择、调整和处理。被测信号可以通过 以下两种作用途径转换成光器件的入射光通量的 变化：
§6.1光电效应及光电器件
光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。 太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。 因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电 池是阳光发电的关键。
简单来说就是在光作用下能使物体产生一定 方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池 和光敏二极管、三极管。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路 测量电路的功能：把光电器件输出电信号转换 成后续可用的信号。 一般情况下，光电器件的输出电信号较小，需 设定放大器。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象， 在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激 发出来而形成电流，即光生电 。光电现象由德国 物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱 因斯坦所提出。
d．从实验知道，产生光电流的过程非常快， 一般不超过10的-9次方秒；停止用光照射，光电 流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。
§6.1光电效应及光电器件
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍 增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个 放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下 来。
§6.1光电效应及光电器件
然（天然）光源和人造光源。如：太阳、电灯、燃 烧着的蜡烛等都是光源。光也有能量。
光电式传感器中的光源可采用白炽灯、激光器、 发光二极管及能发射可见光谱、紫外线光谱和红外 光谱的其他器件。
§6.1光电效应及光电器件
2.光学通路 光学通路中常用的光学器件有：透镜、滤光
片、光阑、棱镜、反射镜、光栅等，主要是对光 参数进行选择、调整和处理。被测信号可以通过 以下两种作用途径转换成光器件的入射光通量的 变化：
§6.1光电效应及光电器件
光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。 太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。 因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电 池是阳光发电的关键。
简单来说就是在光作用下能使物体产生一定 方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池 和光敏二极管、三极管。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路 测量电路的功能：把光电器件输出电信号转换 成后续可用的信号。 一般情况下，光电器件的输出电信号较小，需 设定放大器。
光电效应光电效应ppt光电效应课件
光电效应光电效应ppt光电效应课件光电效应知识背景：1887年，赫兹在证明麦克斯韦波动理论的实验中，首次发现了光电效应。
当时，赫兹注意到，用光特别是紫外光照射处在火花间隙下的电极，会使火花容易从电极间通过。
勒纳于1900年对这个效应也进行了研究，并指出光电效应应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。
上图即为实验装置图，入射光通过石英窗照射到金属表面（阴极）时，就有电子发射出来，当有电子到达阳极时，外电路就有电流。
若光电效应应仅此而已，则并没有什么惊奇之处。
事实上，从光电效应的实验中得到的部分结果，用经典的电磁理论却无法解释。
光电效应课件的一些重要的演示结果如下：（1）当发生光电效应时，光照强度不变时，随着电压的增大，电路内的电流也在增大，但是不会无限增大，有一个最大值，这个最大值就是饱和电流。
当光照强度再增大时，饱和电流的值也会相应的增大。
（2）当外加正向电压V足够大时，从阴极发射的电子将全部到达阳极，光电流i达到饱和。
课件演示发现，在入射光频率v一定时，饱和电流i与光强I成正比。
（3）通常即使加上反向电压，回路中还是有电流，但当反向电压大于一临界值时，电流为零，此临界值称为截止电压-V。
课件演示发现：当入射光频率v一定时，同种金属阴极材料的截止电压-V相同，与光强无关。
（4）尽管对特定的金属阴极材料，截止电压-V与光强度I无关，但它与入射频率v成正比。
从课件演示可以看到每一种阴极材料，都分别有确定的截止频率v0，称为观点效应的红线。
入射光频率v必须大于此值，才能产生光电流，否则，不论光强多大，都无光电流。
v0随着阴极材料的不同而改变。
（4）解释上述问题理论基础：1905年，爱因斯坦提出了光子假设。
这个假设认为，当光照到阴极表面时，所发射的一个电子是从一个单一能量量子获得能量。
这种能量量子被称为光子，它的能量与电磁波的频率v有关，大小为ε=hv，h为普朗克常量。
按照爱因斯坦的观点，当光入射到阴极表面时，光子被电子吸收，电子获得了hv的能量。
高考物理光电效应 PPT课件 图文
解析：毛皮摩擦过的橡胶棒带负电， 因锌板被紫外线照射后发生光电效
应缺少电子而带正电，故验电器指针的负电荷与锌 板正电荷中和一部分电荷后偏角变小，用红外线照 射验电器指针偏角不变，说明锌板未发生光电效应， 说明锌板的极限频率大于红外线的频率。
056.08年苏北四市第三次调研试题12-2.(1) 12－2．（1）（选修3－5 ）有关热辐射和光的本性， 请完成下列填空题
黑体辐射的规律不能用经典电磁学理论来解释， 1900年德国物理学家普朗克认为能量是由一份一份 不可分割最小能量值组成，每一份称为_能__量__子___. 1905年爱因斯坦从此得到启发，提出了光子的观点， 认为光子是组成光的最小能量单位，光子的能量表
达式为_______h， 并成功解释了______光__电__效__应__现象
B．a光在真空中的波长大于b光在真空中的波长
C．a光在介质中的传播速度大于b光在介质中的传
播速度 D．如果a光能使某种金属
a
真空
b
发生光电效应，b光也一定能 使该金属发生光电效应
介质
065.08年南京一中第三次模拟13(2)
13．(2) (3-5模块)（3分）如图所示是使用光电管的
原理图。当频率为 的可见光照射到阴极K上时，电
C为粒子散射，不是光子，揭示了原子的核式
结构模型。
D为光的折射，揭示了氢原子能级的不连续；
不论在生活中还是网络里，人人都会有朋友。如果没有朋友情，生活就不会有悦耳的和音，就如死水一滩；友情无处不在，它伴随你左右，萦绕在你身边，和你共渡一生。 友情，是雨季中的一把小伞，它撑起了一个晴朗的天空；友情，是风雪之夜的一杯淡茶，它能将寒意驱走，带来温暖；友情，是迷途中的一盏灯，它在你迷失时给你方向……人生漫漫，若能拥有一段地久天长的相知相伴的友情，生命亦无憾。 大千世界，红尘滚滚，一年又一年的风风雨雨，几许微笑，几丝忧伤，随着时间小河的流淌，许多人和事都付之东流去。但有一种人却随着时间的推移，你与ta的交往，如陈年酒香，沁人心肺。你与ta的友情是世上最珍贵的情感。这种友情是一种最纯洁、最高尚、最朴素、最平凡的感情。也是最浪漫、最动人、最坚实、最永恒的情感。 小时候，友情是简单的一个玩伴，是一份哭哭笑笑的天真无邪。儿时的友情是真切的我和你，可以肆无忌惮的吵架，互相赌气撅起的嘴，片刻之后又携手言欢。那时的友情是那一块小小的糖，甜甜的味道，永远留在了儿时的记忆里，无论何时回味起，都是美滋滋的。 长大后，友情是一樽透明的酒杯，举杯邀明月时，对影成三人。失败或落寞时的酒话连篇，ta不会觉得你烦。友情，是伤心不必躲在一个角落悄悄地哭泣，ta默默地陪你，告诉你在哪里跌倒的就在哪里爬起来。于是，成长里有我们友情地久天长的足迹。
应缺少电子而带正电，故验电器指针的负电荷与锌 板正电荷中和一部分电荷后偏角变小，用红外线照 射验电器指针偏角不变，说明锌板未发生光电效应， 说明锌板的极限频率大于红外线的频率。
056.08年苏北四市第三次调研试题12-2.(1) 12－2．（1）（选修3－5 ）有关热辐射和光的本性， 请完成下列填空题
黑体辐射的规律不能用经典电磁学理论来解释， 1900年德国物理学家普朗克认为能量是由一份一份 不可分割最小能量值组成，每一份称为_能__量__子___. 1905年爱因斯坦从此得到启发，提出了光子的观点， 认为光子是组成光的最小能量单位，光子的能量表
达式为_______h， 并成功解释了______光__电__效__应__现象
B．a光在真空中的波长大于b光在真空中的波长
C．a光在介质中的传播速度大于b光在介质中的传
播速度 D．如果a光能使某种金属
a
真空
b
发生光电效应，b光也一定能 使该金属发生光电效应
介质
065.08年南京一中第三次模拟13(2)
13．(2) (3-5模块)（3分）如图所示是使用光电管的
原理图。当频率为 的可见光照射到阴极K上时，电
C为粒子散射，不是光子，揭示了原子的核式
结构模型。
D为光的折射，揭示了氢原子能级的不连续；
不论在生活中还是网络里，人人都会有朋友。如果没有朋友情，生活就不会有悦耳的和音，就如死水一滩；友情无处不在，它伴随你左右，萦绕在你身边，和你共渡一生。 友情，是雨季中的一把小伞，它撑起了一个晴朗的天空；友情，是风雪之夜的一杯淡茶，它能将寒意驱走，带来温暖；友情，是迷途中的一盏灯，它在你迷失时给你方向……人生漫漫，若能拥有一段地久天长的相知相伴的友情，生命亦无憾。 大千世界，红尘滚滚，一年又一年的风风雨雨，几许微笑，几丝忧伤，随着时间小河的流淌，许多人和事都付之东流去。但有一种人却随着时间的推移，你与ta的交往，如陈年酒香，沁人心肺。你与ta的友情是世上最珍贵的情感。这种友情是一种最纯洁、最高尚、最朴素、最平凡的感情。也是最浪漫、最动人、最坚实、最永恒的情感。 小时候，友情是简单的一个玩伴，是一份哭哭笑笑的天真无邪。儿时的友情是真切的我和你，可以肆无忌惮的吵架，互相赌气撅起的嘴，片刻之后又携手言欢。那时的友情是那一块小小的糖，甜甜的味道，永远留在了儿时的记忆里，无论何时回味起，都是美滋滋的。 长大后，友情是一樽透明的酒杯，举杯邀明月时，对影成三人。失败或落寞时的酒话连篇，ta不会觉得你烦。友情，是伤心不必躲在一个角落悄悄地哭泣，ta默默地陪你，告诉你在哪里跌倒的就在哪里爬起来。于是，成长里有我们友情地久天长的足迹。
光电效应-课件ppt课件
2.爱因斯坦的解释 1905年（爱因斯坦的奇迹年）， 《关于光的产生和转化的一个试探性观点》
逸出功
光子能量
h W 1 mv2
2 最大初动能
爱因斯坦光电效应方程
.
三、光电效应的理论解释
2.爱因斯坦的解释 h W 1 mv2
2
条件
= W 为 截 止 频 率 ， 小 于 截 止 频 率 则 不 能 发 生 光 电 效 应 。 h
.
三、光电效应的理论解释
3.爱因斯坦解释的验证
密里根通过测量光电效应的几个物理量， 由此计算普朗克常量h，并与黑体辐射 得到的h相比较，来验证爱因斯坦方程 的正确性。 爱因斯坦因为光电效应的工作获1921年 诺贝尔物理学奖。
思考10：如果你是密里根，你将 如何通过实验得到普朗克常量？
(课后思考)
.
能越大。
与强度无关。
同等频率下，光强越 大，单位时间逸出越 多。
同等频率下，光强越大，单 位时间逸出越多。
不矛盾
矛盾 可以通过长时间累积 光电效应具有瞬时性，几乎
能量使电子逸出。 不需要时间。
.
三、光电效应的理论解释 思考9：如何提出新的理论来解释光电效应？ 关键：给电子足够的能量逸出。
.
三、光电效应的理论解释
.
二、光电效应的实验规律 思考5：光电流的大小能够准确表示单位时间内逸 出的电子数吗？
A
.
二、光电效应的实验规律
思考5：光电流的大小能够准确表示单位时间内逸 出的电子数吗？
-
+
A
E
S
.
二、光电效应的实验规律
K
A
A V
R
E
S
.
二、光电效应的实验规律
逸出功
光子能量
h W 1 mv2
2 最大初动能
爱因斯坦光电效应方程
.
三、光电效应的理论解释
2.爱因斯坦的解释 h W 1 mv2
2
条件
= W 为 截 止 频 率 ， 小 于 截 止 频 率 则 不 能 发 生 光 电 效 应 。 h
.
三、光电效应的理论解释
3.爱因斯坦解释的验证
密里根通过测量光电效应的几个物理量， 由此计算普朗克常量h，并与黑体辐射 得到的h相比较，来验证爱因斯坦方程 的正确性。 爱因斯坦因为光电效应的工作获1921年 诺贝尔物理学奖。
思考10：如果你是密里根，你将 如何通过实验得到普朗克常量？
(课后思考)
.
能越大。
与强度无关。
同等频率下，光强越 大，单位时间逸出越 多。
同等频率下，光强越大，单 位时间逸出越多。
不矛盾
矛盾 可以通过长时间累积 光电效应具有瞬时性，几乎
能量使电子逸出。 不需要时间。
.
三、光电效应的理论解释 思考9：如何提出新的理论来解释光电效应？ 关键：给电子足够的能量逸出。
.
三、光电效应的理论解释
.
二、光电效应的实验规律 思考5：光电流的大小能够准确表示单位时间内逸 出的电子数吗？
A
.
二、光电效应的实验规律
思考5：光电流的大小能够准确表示单位时间内逸 出的电子数吗？
-
+
A
E
S
.
二、光电效应的实验规律
K
A
A V
R
E
S
.
二、光电效应的实验规律
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染料敏化太阳能电池(DSSC)
模仿光合作用原理研制出来的一种新型太阳能电池 1991年，瑞士洛桑高等学院的研究小组通过将纳米多孔薄膜
引入DSSC提高了光电转换效率
具有制备成本低廉、制作工艺简单、光电转换效率相对较高
等优点
DSSC的结构示意图
一般由光阳极、敏化染料、 氧化还原电解质和对电极 （通常为铂电极）组成。 其中光阳极包括：透明导 电基底（通常为导电玻 璃）、纳米多孔半导体
（d）纳米晶太阳能电池 纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉价的成本 和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅为硅太 阳电池的1/5～1/10．寿命能达到20年以上。 此类电池的研究和开发刚刚起 步，不久的将来会逐步走上市场。
（e）有机体系太阳能电池 有机太阳能电池，就是由有机材料构成核心部分的 太阳能电池。以具有光敏性质的有机物作为半导体的材 料，以光伏效应而产生电压形成电流。主要的光敏性质 的有机材料均具有共轭结构并且有导电性，如酞菁化合 物、卟啉、菁（cyanine）等 （f）无机有机掺杂体系 主要是指DSSC
1.6 现阶段光电化学研究举例：
光合成中的光电化学过程
二
光电转换反应器件
（1）太阳能电池的概念 （2）太阳能电池的分类 （3）太阳能电池的应用
2.1 太阳能电池光电转换
2.2 TiO2纳米管光电转换 2.3 光电倍增管光电转换 2.4 石墨烯光电转换
2.1 太阳能电池光电转换
（1）太阳能电池的概念
光电转换反应化学原理、 器件及应用
有机12组：刘珊、潘淑仪、乔宇、 王萍、王壮、温俊丽、吴天辉
一、光电转化反应化学原理
1.1 光电化学过程：
光电化学过程是在光作用下的电化学过程。是分子、 离子等因吸收光使电子处于激发状态产生电荷传递的过 程。 光电化学反应是在具有不同类型电导的两个导电物 相界面上进行的。
2.3 光电倍增管光电转换
光电倍增管(Photo Multiplier Tube)，简称 PMT，是滚筒扫描仪中
的光电转换器件。
滚筒扫描仪采用点扫描方式，扫描头用极细的光线对原稿进行逐点扫
描，不会受多余光的影响，在暗调的地方可以扫出更多细节 ，提高图像
的对比度。扫描头用极细的光线对原稿进行逐点扫描，不会受多余光的
1.2 几个基本概念
载流子与光生载流子 半导体 半导体的分类 少数载流子与多数载流子
光电化学的研究对象——半导体
◆
定义：常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。是一
种导电性可受控制范围可以从绝缘体至导体的材料。
导电原理：半导体原子能谱有一个将价电子的满顶带（价带）
与相邻的空带（导带）隔开的禁止能带。由于存在间隙，价带电
产业化过渡的阶段
光阳极膜的性能和染料敏化效果有待提高，电解质的研究和替换
有待进一步探索
(3)太阳能电池的应用
太阳能电池在航天、军事、工业、农业、民用等诸多领域 有着广泛的应用，且前景广阔。
太阳能汽车
太阳能路灯
PV
APPLICATION
2.2 TiO2纳米管光电转换
TiO2 纳米管制备方法主要有水热处理法和电化学阳极氧化法等制备方法不同时 ，其形成机 理 、结构特点以及物理化学性能差异很大。水热处理后得到 TiO2 纳米管仍为锐钛矿型,具有很 好的热稳定性 。电化学阳极氧化法制得的TiO2纳米管排列有序 ，具有 P型半导体特性。 纳米材料 TiO2作为光阳极电极材料 ，组成染料敏化太阳能电池 dye sensitized solar cell
DSSC转换效率的影响因素
敏化染料（合成和发展光谱范围更宽，成本更低，效率更高，稳
定性更好的染料敏化剂；研究染料敏化作用，拓宽光谱响应范围）
纳米多孔半导体膜（比表面积大有利） 电解质（解决液体电解质封装难、易挥发和泄露问题，探索固体
电解质DSSC电池）
DSSC的发展现状
经过20多年的发展，光电转换效率已经超过13%，已经发展到向
（c）高分子太阳能电池 以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方 向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而 对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳 能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材 料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步 研究探索。
（b）化合物类太阳能电池 多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓（GaAs ）III-V 族化合物、硫化镉（CdS ）、碲化镉(CdTe)及铜铟硒薄膜电池等。 硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本 较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重 的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。 砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有 十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适合于制造 高效单结电池。但GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普 及。 铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率 和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太 阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有 的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。
进新一代光电子技术的发展,在太阳能电池、夜视系统、天文望远镜及半导体传感
器 等领域均有潜在的应用价值。
谢谢！
单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为 24.7%，规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于 单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和 非晶硅薄膜单晶硅太阳能电池的替代产品。
多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实 验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久 将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的 潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应 用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是 太阳能电池主要发展产品之一。
特色，但传统电化学反应须由外界给予电能来提供反应所需 的能量，光电化学反应则直接利用太阳能代替电能，是一种 完整结合太阳能及电化学反应的设计，类似植物行光合作用， 对于人类在太阳能应用上具有显著的影响。
1.5 光电化学研究的范围
目前，光电化学主要以半导体或类半导体的光敏 物质为研究对象，把它浸在电解液中，研究其光电 转化规律以及在光照下的电化学性质。
(DSSC )以其绿色环保 、价格低廉以及稳定性深得青睐。与硅晶组成的传统太阳电池不同的是 ， DSSC 内的载流子 是 由敏化剂产生的而不是半导体本身，TiO2光电极薄膜仅起光生电子的收集和 传导作用 。与零维材料相 比，一维结构材料纳米管 ，具有更为优异的特性 ：巨大的比表面积 ， 利于吸附大量的禁带宽度较小的敏化剂；形成体相复合半导体利于光生电子的分离，抑制其复合； 中空管道更有利于光 生电子的传输。
影响，在暗调的地方可以扫出更多细节 ，提高图像的对比度。
2.4 石墨烯光电转换
石墨烯因独特的二维层状原子晶体结构和狄拉克锥形电子能带结构而和场效应晶体管的核心结
构，更是现代电子技术的基础。
高质量石墨烯PN结光电器件以其特殊的工作机制,有可能打破传统光电技术中的 诸多限制条件,为光电器件带来更大响应带宽、更快转换速度及更低检测阈值 ，促
子与导带电子之间相互作用就弱，受到光的激发以后，半导体的
价带电子进入导带，并在价带留下空穴，引发光电化学反应。
1.2 几个基本概念
载流子与光生载流子 半导体 半导体的分类 少数载流子与多数载流子
1.3 光电转化的反应原理图
1.4 光电转换反应与电化学反应的区别
光电化学反应和传统电化学反应有相同的氧化还原反应
太阳能光电池简称为太阳能电池或太阳电池，又称为太
阳
能晶片。
太阳能电池是一种由太阳能转变为电能的器件（光电半导体薄
片 ）
（2）太阳能电池的分类
太阳能电池
无机体系
无机有机掺 杂体系
有机体系
硅太阳 能电池
化合物半 导体电池
DSSC
其他
小分子 有机物
高分子
（a）硅类太阳能电池
硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电 池三种。
DSSC的工作原理
太阳光照射在DSSC上，染料分子中基态电子被激发，激
发态染料分子将电子注入到纳米多孔半导体的导带中， 注入到导带上中的电子迅速富集到导电玻璃上面，传向 外电路，并最终回到对电极上。 由于染料的氧化还原电位高于氧化还原电解质电对的电 位，这是处于氧化态的染料分子随即被还原态的电解质 还原。然后氧化态的电解质扩散到对电极上得到电子再 生，如此循环，即产生电流。