실험 3 : CdS 셀

【 이론 】

정보 기기의 눈으로 활약하는 광전 변환 소자는 현대 인류 생활에서 뗄 수 없는 중요한 비중을 차지하고 있다. 그 중에서도 CdS 셀(Cadmium Sulfide Cell)로 대표되는 광도전 소자는 그 특성을 알기 쉽고, 소형이고,견고하며 사용하기 쉬워 가장 폭 넓게 쓰이고 있다. 카메라에서는 적성 노출을 검출하고, 연기를 감지하여 화재를 알린다던가, 굴뚝에서 뿜어내는 연기를 제어하여 공해 방지를 하는 등 인간의 눈을 대신하여 모든 분야의 구석 구석에서 활약하고 있다.

가장 많이 이용되고 있는 제조 방법은 소결법이며, 다결정의 박막을 만들어 광도전성을 얻고 있다. 이것은, 절연체인 세라믹 기관 위에, 소정의 불순물을 첨가한 CdS 원료 분말을 도포하여 약 600℃의 불활성 가스 등의 분위기 속에서 소결하여 만들어 진다. 얻어진 광도전층은 진공 증착법 등으로 전극이 붙여지고, 빛을 도입하기 위해 투명한 용기에서 봉입, 최종적인 모양으로 다듬어 진다. 일례로써, 메탈 봉입형의 분해도를 그림 18-10에 보인다.

 

CdS 셀은 빛의 강약에 따라 그 양단 저항치가 변화하는데, 빛이 셀 때는 저항이 낮아지고, 빛이 약해지면 저항이 증가한다. 암흑 상태에서는 거의 절연 상태에 가까운 저항값이 되는데 그 실험식은 다음과 같다.

 

R ~APPROX ~PL^-r~

 

L(빛의 강도)을 횡축에, R(CdS 셀의 저항치)을 종축에, 각각 대수 눈금으로 잡으면 거의 직선적으로 저항치의 변화가 나타난다. 그림 18-11은 그 예로서 회로 설계상 빛의 레벨이 가장 중요하다. 600W의 전등에서 1m 떨어진 곳에서는 약 100룩스가 된다. 위식에서 γ는 그림 중의 직선의 경사를 보이는 지표로써, 시판 CdS 셀 가운데에는 1에서 1/2까지의 것이 있다. 다음은 파워의 문제인데 CdS 셀은 빛의 존재를 무시하고, 파워 계산을 할 수 없다. 왜냐하면 빛의 변화에 따라서 시시각각 그 저항치가 변화하기 때문이다. 그 관계를 그림 18-12에 보였다.