Кроме вышеописанных фотоэлементов, существуют фотоэлементы, действие которых основано на внутреннем фотоэлектрическом эффекте. Внутренний фотоэлектрический эффект наблюдал и подробно изучил в конце прошлого века русский ученый профессор Казанского университета В. А. Ульянин. При внутреннем фотоэффекте энергия падающего лучистого потока расходуется не на вырывание электронов из вещества, а на увеличение числа свободных электронов внутри самой массы вещества.
Кроме вышеописанных фотоэлементов, существуют фотоэлементы, действие которых основано на внутреннем фотоэлектрическом эффекте. Внутренний фотоэлектрический эффект наблюдал и подробно изучил в конце прошлого века русский ученый профессор Казанского университета В. А. Ульянин. При внутреннем фотоэффекте энергия падающего лучистого потока расходуется не на вырывание электронов из вещества, а на увеличение числа свободных электронов внутри самой массы вещества. Внутренний фотоэффект происходит в тех случаях, когда лучистая энергия может проникать на достаточную глубину внутрь вещества. Электрическая проводимость данного вещества в этом случае повышается.
Таким образом, внутренним фотоэффектом называется явление увеличения электропроводности вещества под действием падающей на него лучистой энергии. Внутренний фотоэффект особенно сильно проявляется в полупроводниках. Полупроводники — это промежуточные вещества между металлами, хорошими проводниками электрического тока и диэлектриками — веществами, не проводящими электрический ток.
При облучении полупроводника лучистой энергией находящиеся внутри его электроны приобретают дополнительную энергию и из связанных превращаются в свободные. В результате проводимость полупроводника возрастает. Чем сильнее облучается полупроводник, тем больше в нем образуется свободных электронов, тем больше падает его электрическое сопротивление и, следовательно, возрастает проходящий через полупроводник электрический ток. На основе этого явления были созданы особые фотоэлементы, так называемые фотосопротивления.
Между фотоэлементом с внешним фотоэффектом и фотосопротивлением существует принципиальное различие. В вакуумном или газонаполненном фотоэлементе ток может идти лишь в одном направлении. Фотосопротивление лишено этой особенности. Оно одинаково проводит электричество в любом направлении.
Явление внутреннего фотоэффекта было открыто при работе с химическим элементом селеном. Было замечено, что сопротивление селена в темноте очень большое, а на свету резко падает. Ток в цепи при этом возрастает во много раз. Селеновые фотосопротивления в настоящее время из-за недостаточной чувствительности употребляются редко. При этом их чувствительность резко понижается с увеличением частоты модуляции лучистого потока. Уже при частоте 3000 Гц чувствительность селеновых фотосопротивлений составляет всего 10% максимальной чувствительности. Поэтому основное применение они нашли в схемах с реле-выключателями.
Большой чувствительностью обладают фотосопротивления из сернистого таллия. Схематическое устройство сернисто-таллиевого фотосопротивления показано на рис. 20.
На стеклянную пластинку 1 наносят путем катодного распыления золотые слои — электроды 2, а между ними путем испарения в вакууме — тонкий слой сернистого таллия 3. Для защиты от атмосферных влияний сернистый таллий покрывают защитным слоем лака.
Сернисто-таллиевые фотосопротивления чувствительны к видимым и инфракрасным лучам. Максимальная их чувствительность бывает при длине волны лучистого потока около 1 Мк. Длинноволновая граница чувствительности достигает 1,3—1,4 Мк.
Чувствительность сернисто-таллиевых фотосопротивлений меньше зависит от частоты модуляции лучистого потока, чем чувствительность селеновых, и при частоте 10 000 Гц составляет примерно 30% максимальной чувствительности. Основным недостатком сернисто-таллиевых фотосопротивлений является изменение их чувствительности со временем.
В настоящее время в технике довольно широко применяются сернисто-свинцовые фотосопротивления. Фотоэлементы из сернистого свинца можно изготовлять химическим методом и методом испарения сернистого свинца в вакууме.
Химический метод состоит в следующем. Известно, что если через раствор свинца пропускать сероводород, то в результате химического взаимодействия на дне сосуда будут осаждаться соли сернистого свинца. Полученные таким образом соли сернистого свинца после достаточной очистки и фильтрации наносят на стеклянную пластинку. Чтобы слой сернистого свинца стал светочувствительным, его формируют в атмосфере кислорода.
Метод испарения сернистого свинца требует высокой степени вакуума и нагревания подложки, на которую наносится слой (обычно стекло), до температуры 250° С. Последующее окисление производится на воздухе в обычной печи при температуре около 550° С.
Сернисто-свинцовые фотосопротивления имеют максимум чувствительности при длине волны 2,4 Мк, а область чувствительности их простирается до 3,5 Мк. Сернисто-свинцовые фотосопротивления значительно более чувствительны, чем другие упомянутые здесь фотоэлементы, особенно в инфракрасной области спектра. Сернисто-свинцовые фотосопротивления обладают интересной особенностью: их чувствительность сильно возрастает, если фотослой охлаждать до минус 70—80° С. При этих условиях длинноволновая граница их может быть сдвинута в сторону длинных волн вплоть до 4—5 Мк.