SORU:  Doğal fotoselin çalışma sistemi nedir? Doğal fotosel nasıl çalışır?

Bir cam kürenin iç yüzünü belli bir kısmı açık kalacak şekilde alkali metal (potasyum,lityum vb.) ile kaplanır. Sonrasında ise cam küreye pil bağlanarak bir devre kurulur. Cam kürenin alt tarafında bulunan uca katot diyeceğiz. Çünkü üst tarafta bağladığımız PİLİN eksi kutbunu cam küreye bağladık ve orası anot ucu oldu. Güneş ışığı olmadan önceki sistemde  pil bağlı devre çalışmamaktadır çünkü devrenin eksi ucu tamamlanmamıştır.

Sistemin çalışması için alkali metallerin ışık ile elektron vermesi ilkesinden faydalanılır. Alkali metaller yüksek enerjili beyaz ışık alınca (örneğin güneş ışığı) elektronları kopar ve anot ucuna çekilirler.

Sistemin çalışması için güneş ışığına ihtiyaç vardır. Güneş ışınları cam küreye ulaştığında alkali metallerden elektron kopar ve anot ucuna çekilir. Böylece kapalı devre tamamlanmış olur. Devre tamamlandığı için pilin beslediği sistem artık çalışacaktır.

Bu devre ile basit şeyler yapmak mümkündür. Bu devreyi kullanarak mesela sabah ötmesi için alarm yapılabilir. Pencerenin önüne konulursa, sabah güneş ışığını gördüğü zaman devre tamamlanmış olacak ve alarm ötecektir.

SORU: Fotoselin çalışmasında bir cam kürenin iç yüzeyi alkali metal  (potasyum, lityum vb.) elementlerle kaplanır. Bu elementlerin tercih etmesinin sebebi nedir? Neden bu elementlerin tercih edildiğini periyodik sistemdeki sınıflandırmaya göre nasıl açıklarsınız?

CEVAP: Fotoseldeki cam kürenin iç kısmı sodyum,lityum gibi alkali metallerle kaplanır. Çünkü alkali metaller yüksek enerjili beyaz ışık alınca (güneş ışığı) elektronları kopar ve anot ucuna çekilirler. Güneş ışığı gelince devre tamamlanmış olur ve çalışır.

Cam kürenin içi alkali metalle kaplanan fotosel sadece yüksek enerjili ışıkta çalışır ve bu özelliği sayesinde diğer metallerle kaplanan fotosellerden farklı olur.

Alkali metaller değerlik tabakalarında tek elektronu kolayca kaybederek +1 yüklü iyonlar oluştururlar;bu nedenle kuvvetli indirgendirler. Ayrıca ısı ve elektriği çok iyi iletirler.Bulundukları periyotta iyonlaşma enerjileri en küçük, atom ve iyon çapları ise en büyük olan elementlerdir.

Alkali metaller, daima elektron vererek (+) iyon halinde bulunurlar. Bu özellikleri sebebi ile fotoselin çalışma prensibindeki, küre iç yüzeyinin elektron verme zorunluluğunu sağlar ve devrenin tamamlanmasını sağlarlar. .

Alkali metaller periyodik sistemde 1A gurubunda yer alırlar: Li, Na, K, Rb, Cs ve Fr

Periyodik sistemdeki Alkali Metallerin yeri, mavi renk ile gösterilen yerdir, yani periyodik cetvelin sol kenarındaki elementlerdir. Fotoselin yapımında bu elementlerin tercih edilme sebebi, kolayca elektron kaybedebilmeleri ve elektriği iyi iletebilmeleri olarak açıklanabilir.

SORU: Sistemde alkali metaller yerine ametaller sınıfından bir element kullanılsaydı sistem yine çalışır mıydı? Neden?

CEVAP: Sistemde ametal sınıfından bir element kullanılsaydı fotosel sistem çalışmazdı. Çünkü sistemin çalışması için kullanılacak elementin elektron vermesi gerekir. Oysa ametaller elektron alarak (-) yüklü iyon halde bulunurlar. Hem ametaller elektriği iyi iletmezler.

Ayrıca alkali metalle kaplanan fotosel sadece yüksek enerjili ışıkta çalışır ve bu özelliği sayesinde diğer metallerle kaplanan fotosellerden farklı olur.

SORU: Fotosel sistemin çalışmasında kimyasal tepkime gerçekleşiyor olabilir mi? Neden?

CEVAP: Fotosel sistemde kimyasal tepkime gerçekleşiyor.Bunun sebebi ise alkali metallerin ışık veya ısı gibi uyaranlar karşısında elektron yaymasıdır. Fotosel sisteminde alkali metaller elektron kaybederler. Elektron yaymak ise kimyasal bir tepkimedir.

SORU: Fotosel ile çalışan sistemlerle günlük yaşamımızın başka hangi alanda karşılaşırız?

CEVAP: Fotosel kelime anlamı olarak ‘ışık hücresi’ anlamına gelir. Doğal fotoselden farklı olarak piyasadaki fotoseller genelde yarı-iletken malzemelerden yapılırlar.

Fotosellerin çalışmasında ışık enerjisinden faydalanılır. Işık enerjisi bazı yarı iletkenlerin direnç değerlerinin değişmesine sebep olurken, bazı yarı iletkenlerin de yapısında bulunan elektronların serbest hale geçmesini sağlayarak elektrik akımının oluşmasını sağlar.

En çok kullanılan ışığa duyarlı yarıiletkenler şunlardır:Antimon-sezyum alaşımı, selenyum, kadminyum sülfür, germanyum, talyum sülfür, kurşun sülfür.

Fotosellerin çalışmasın ışığa bağlı olarak direncin değişmesi esasına dayanır. Işığa bağlı olarak direnci değişen genelde kadminyum sülfat gibi kadminyum bileşiğinden oluşurlar. Bu tür fotoselli bir sistemde fotosel kendi başına ışığı elektriğe dönüştürmez, sadece direnci dolayısıyla sistemde gerilim değişir. Bu gibi bir sistem elektronik veya elektromekanik sistemleri ışığa duyarlı olarak kontrol etmek için, durdurmak ya da çalıştırmak için kullanılır.

Fotosellerin üzerinde sadece alıcı bir göz, ya da hem alıcı hemde verici olmak üzere iki adet göz bulunabilir. Çeşitli fotosel çeşitleri vardır. Hem alıcı hem verici gözü üstünde olanlar, sadece ışık kaynağı olan ve karşısında alıcısı olanlar, cisimden yansıyan ışığı kontrol fotoseller aynı zamanda renge duyarlı olanlarda bu tip sensörlerdir. Fotoseller ışık şiddetine bağlı olarak çalışırlar kapalı veya açık kontak verirler. İki ucuna gerilim verilip diğer ucundan ise kontak alınır.
Fotosel gözün içindeki optik elemanın empedansı, içinde bulunduğu ortamın ışık şiddetine göre değişir. Işık şiddeti ayarlanan Lux değerinin altında ise (hava kararınca) çıkış verir (röle sistemindeki gibi çalışır), ışık şiddeti ayarlanan Lux değerinin üstüne çıktığında ise kontaklarını açar.

Günümüzde sokak lambalarının gün ışığına göre kontrol edilmesinde, matbaacılıkta renk ayrımında, asansörleri durduran kumanda sistemlerinde, baca duman yoğunluğunun ve sıvıların bulanıklığının ölçülmesinde, miktarı fazla olan cisimlerin sayılmasında kullanılan sayaçlarda, fabrikalarda ürünlerin paketlenmesinde, matbaacılıkta kâğıt kesme araçlarında, kapı otomatiklerinde, musluklarda, kağıt havlu makinelerinde, merdiven lambalarında, pozometrelerde, hırsız alarm sistemlerinde, otomatik açılır kapanır kapı sistemlerinde, otomatik çalışan gece lambalarında fotoseller kullanılmaktadır.