Chất quang dẫn là thuật ngữ chuyên dụng trong lĩnh vực khoa học, công nghệ. Với những vai trò quan trọng trong viễn thông, vi tính, chúng đã dần nhận được sự quan tâm của đông đảo người dùng. Vậy bạn có biết những giả thuyết xoay quanh loại vật liệu đặc biệt này là gì? Những ứng dụng trong đời sống của chúng bao gồm những gì? Ngay bây giờ, VietChem sẽ giúp bạn lý giải hết mọi thắc mắc này, đọc ngay!

1. Chất quang dẫn là gì?

Đây là loại vật liệu đặc biệt với khả năng điều chỉnh mức độ dẫn điện của chúng. Khả năng dẫn điện của vật liệu này sẽ bị ảnh hưởng bởi lượng ánh sáng chúng nhận được. Cụ thể như sau:

• Trong trường hợp không có ánh sáng chiếu vào, chúng có tính chất điện trở cao, không dẫn điện. 
• Ngược lại, khi được chiếu sáng một lượng vừa đủ, chúng có khả năng dẫn điện tốt với điện trở thấp. 

Một số chất bán dẫn thường gặp như gecmani (Ge), silic (Si), CdS (cadimi sunfua),...

Loại vật liệu đặc biệt có khả năng điều chỉnh mức độ dẫn điện

2. Cấu tạo của chất quang dẫn

Thông thường, loại chất quang dẫn có “nguồn gốc” từ những loại vật liệu bán dẫn. Chúng được chia thành hai loại chính bao gồm chất bán dẫn loại P và loại N. Ban đầu, vật liệu này chỉ có tinh thể silic - một chất không dẫn điện hiệu quả. Sau đó, nhằm nâng cao khả năng dẫn điện, các hợp chất được bổ sung vào nhờ quá trình doping. 

Ở mỗi photocell, phần lớp dưới được phủ bởi một lớp bor, tạo thành điện cực dương (P). Trong khi đó, phần lớp trên được phủ bởi nguyên tố photpho, tạo thành điện cực âm (N). Đặc biệt, một photocell chỉ có thể tạo ra một lượng điện nhỏ (tương đương với vài W). 

Do đó, chúng thường được nối với nhau để tạo thành tấm pin mặt trời (PV). Những tấm pin này có thể sử dụng một cách độc lập hoặc kết hợp lại tạo thành những module lớn hơn. Hiện tại đang có hai loại công nghệ chính là tấm tinh thể silic (75%) và công nghệ màng mỏng/phin (25%).

Cấu tạo đặc biệt của vật liệu quang dẫn

3. Hiện tượng quang điện trong là gì?

Đây là hiện tượng khi ánh sáng gây ra giải phóng một số electron từ trạng thái liên kết của vật liệu thành các electron dẫn. Đồng thời chúng tạo ra các lỗ trống nhằm hỗ trợ quá trình dẫn điện. Quá trình này mang lại nhiều tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ và năng lượng. Hơn nữa, chúng còn là cách tiếp cận mới trong hoạt động chuyển đổi ánh sáng thành điện.

4. Những điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện trong

Hiện tượng quang điện trong chỉ xảy ra khi có điều kiện cần và đủ sau:

1. Năng lượng ánh sáng kích thích buộc phải lớn hơn hoặc bằng với năng lượng kích hoạt A. Nói cách khác, chúng phải đủ lớn để giải phóng electron liên kết và chuyển đổi thành electron dẫn (điều kiện: ε ≥ A).
2. Bước sóng λ của ánh sáng kích thích buộc phải nhỏ hơn hoặc bằng giá trị bước sóng giới hạn λ₀, của chất quang dẫn.

Phần lớn những chất bán dẫn đều giới hạn quang dẫn nằm trong miền hồng ngoại. Vì vậy, bạn chỉ cần sử dụng một lượng ánh sáng kích thích trong phạm vi này để xảy ra hiện tượng quang điện. 

Điều kiện cần và đủ để xảy ra hiện tượng quang điện trong

5. Chất quang dẫn với những công dụng trong thực tế

Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ, vật liệu này đã và đang được áp dụng vào nhiều lĩnh vực. Trong đó không thể không kể đến những công dụng vượt trội sau:

5.1. Đóng vai trò như điện trở quang

Chất quang dẫn được tích hợp vào bộ mạch và hoạt động như một điện trở độc lập. Nói cách khác, lúc này chúng sẽ được gọi là điện trở quang hay điện trở ánh sáng. Điện trở quang được dùng để tạo nên những bộ tách sóng quang (đây là thiết bị đo cường độ ánh sáng phổ biến). 

Bởi đặc điểm này, chúng được ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm đồng hồ đo ánh sáng. Loại đồng hồ này có mặt trong máy ảnh, đèn đường, máy dò hồng quang. Thậm chí, chúng còn được ứng dụng trong radio đồng hồ và hệ thống nanophotonic.

Đóng vai trò như một điện trở quang

5.2. Chế tạo loại đèn nhân quang điện

Vật liệu quang dẫn được ứng dụng để tạo nên loại đèn nhân quang điện. Đây là loại linh kiện điện tử chân không nằm trong loại đèn photo. Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý cảm biến photon theo hiện tượng quang điện từ. 

5.3. Pin quang điện

Đây là một trong những ứng dụng đặc biệt của chất quang dẫn. Khi có lượng ánh sáng chiếu vào pin quang điện, năng lượng ánh sáng sẽ biến đổi thành điện năng. Loại điện năng này được sử dụng nhằm cung cấp nguồn điện cho những thiết bị điện tử. Chúng có thể hỗ trợ hoạt động cho mọi loại thiết bị như đèn LED hay hệ thống điện mặt trời.

5.4. Chế tạo thiết bị cảm biến ghi hình ảnh

Việc ứng dụng hiện tượng quang dẫn đã giúp chế tác ra loại cảm biến ghi hình ảnh như CCD. Chúng có khả năng chuyển đổi hình ảnh quang học sang loại tín hiệu điện. Nhờ vậy, thiết bị có thể ghi lại mọi hình ảnh, chuyển động của vạn vật.

Thiết bị cảm biến ghi hình ảnh CCD

Có thể thấy, chất quang dẫn đóng một vai trò không thể thiếu trong nhiều linh kiện điện tử. Chúng đã tạo nên bước tiến đột phá, mang lại sự tiện lợi và tiến bộ đáng kể cho đời sống xã hội. Để tìm hiểu thêm chi tiết về những vật liệu đặc biệt khác, vui lòng liên hệ với VietChem ngay hôm nay! Đơn vị cam kết hỗ trợ tận tâm cho quý khách hàng.