Eine Fotozelle dient der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Mit ihrer Hilfe kann man die Intensität des Lichtes durch elektrische Messgeräte erfassen. Ihre Funktionsweise beruht auf dem äußeren lichtelektrischen Effekt.
Aufbau und Wirkungsweise
Eine Fotozelle besitzt einen Aufbau, der dem einer Vakuumdiode
ähnelt (Bild 1). In einem Glaskolben befindet sich eine Katode, deren
ebene - oft spezialbehandelte Oberfläche - möglichst groß
gestaltet ist und als Lichtempfänger
wirkt. Vor dieser Katode liegt die Anode. Damit die Anode das einfallende
Licht auf dem Weg zur Katode nicht schwächt oder absorbiert, besitzt
sie meist die Form eines dünnen Drahtringes oder Drahtnetzes.
Fällt Licht in die Fotozelle, dann löst es aus der Oberfläche
der Katode infolge Fotoemission Elektronen heraus (lichtelektrischer Effekt,
Fotoeffekt). Diese wandern zur positiv geladenen Anode und werden von
ihr aus der Röhre abgesaugt. Dadurch entsteht ein Zellenstrom,
der über einen relativ weiten Bereich hinweg nahezu proportional
zur Lichtintensität ist. Seine
Stärke ist mitunter recht gering und kann eine Größe von
Mikroampere oder Milliampere aufweisen - im Regelfall muss er daher für
Messzwecke noch weiter verstärkt werden.
Damit die Fotozelle funktioniert, ist das Anlegen einer Betriebsspannung
erforderlich, die je nach Zellentyp zwischen 10 V bis 200 V schwanken
kann.
Es besteht die Möglichkeit, in Fotozellen ein Edelgas unter schwachem
Druck einzufüllen. Durch Ionisation können die freigesetzten
Elektronen dann aus den Atomen des Edelgases weitere Ladungsträger
herausschlagen, wodurch sich die Stärke des Fotostromes vervielfacht
und er leichter zu messen ist.
Anwendungen
Fotozellen werden z. B. genutzt, um die Intensität des auffallenden
Lichtes zu messen (Belichtungsmesser).
Sie können auch eingesetzt werden, um über ein Relais einen
zweiten Stromkreis (Arbeitsstromkreis) ein- oder auszuschalten: Fällt
kein Licht auf die Fotozelle, so ist der Arbeitsstromkreis z. B. ausgeschaltet.
Beim Auftreffen von Licht fließt ein Fotostrom; der Arbeitsstromkreis
wird eingeschaltet. Solche Anordnungen nutzt man z.B. bei Lichtschranken
an Rolltreppen oder Türen von Fahrstühlen.