Fotozelle

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.