Efekt fotoelektryczny a efekt fotowoltaiczny
Sposoby emisji elektronów w efekcie fotoelektrycznym i fotowoltaicznym tworzą różnicę między nimi. Przedrostek „zdjęcie” w tych dwóch terminach sugeruje, że oba te procesy zachodzą w wyniku interakcji światła. W rzeczywistości polegają one na emisji elektronów poprzez absorpcję energii ze światła. Różnią się jednak definicją, ponieważ etapy progresji są różne w każdym przypadku. Główna różnica między tymi dwoma procesami polega na tym, że w efekcie fotoelektrycznym elektrony są emitowane do przestrzeni, podczas gdy w efekcie fotowoltaicznym emitowane elektrony wchodzą bezpośrednio do nowego materiału. Omówmy to szczegółowo tutaj.
Co to jest efekt fotoelektryczny?
To Albert Einstein zaproponował ten pomysł w 1905 roku na podstawie danych eksperymentalnych. Wyjaśnił również swoją teorię dotyczącą cząsteczkowej natury światła, potwierdzając istnienie dualizmu falowo-cząsteczkowego dla wszystkich form materii i promieniowania. W swoim eksperymencie z efektem fotoelektrycznym wyjaśnia, że gdy światło jest przez pewien czas unikane przez metal, wolne elektrony w atomach metalu mogą pochłaniać energię światła i wychodzić z powierzchni, emitując się w przestrzeń. Aby tak się stało, światło musi nieść poziom energii wyższy niż określona wartość progowa. Ta wartość progowa jest również nazywana „funkcją pracy” odpowiedniego metalu. I to jest minimalna energia potrzebna do usunięcia elektronu z jego powłoki. Dostarczona dodatkowa energia zostanie zamieniona na energię kinetyczną elektronu, umożliwiając mu swobodne poruszanie się po uwolnieniu. Jeśli jednak zapewniona zostanie tylko energia równa funkcji pracy, wyemitowane elektrony pozostaną na powierzchni metalu, niezdolne do ruchu z powodu braku energii kinetycznej.
Aby światło mogło przenieść swoją energię na elektron, który jest pochodzenia materialnego, uważa się, że energia światła w rzeczywistości nie jest ciągła jak fala, ale jest dostarczana w dyskretnych pakietach energii, które są znane jako „kwanty.” W związku z tym możliwe jest, że światło przeniesie każdy kwant energii na poszczególne elektrony, powodując ich wyrzucenie ze swojej powłoki. Ponadto, gdy metal jest zamocowany jako katoda w lampie próżniowej z anodą odbiorczą po przeciwnej stronie z obwodem zewnętrznym, elektrony wyrzucane z katody będą przyciągane przez anodę, która jest utrzymywana przy dodatnim napięciu i, dlatego w próżni przepływa prąd, uzupełniając obwód. To była podstawa odkryć Alberta Einsteina, które przyniosły mu Nagrodę Nobla w 1921 roku w dziedzinie fizyki.
Co to jest efekt fotowoltaiczny?
Zjawisko to po raz pierwszy zaobserwował francuski fizyk A. E. Becquerel w 1839 r., kiedy próbował wytworzyć prąd między dwiema płytkami z platyny i złota, zanurzonymi w roztworze i wystawionymi na działanie światła. To, co się tutaj dzieje, polega na tym, że elektrony w paśmie walencyjnym metalu pochłaniają energię światła i po wzbudzeniu przeskakują do pasma przewodnictwa, dzięki czemu mogą się swobodnie poruszać. Te wzbudzone elektrony są następnie przyspieszane przez wbudowany potencjał złącza (potencjał Galvaniego), dzięki czemu mogą bezpośrednio przechodzić z jednego materiału do drugiego, w przeciwieństwie do przejścia przez przestrzeń próżni, jak w przypadku efektu fotoelektrycznego, co jest trudniejsze. Ogniwa słoneczne działają na tej koncepcji.
Jaka jest różnica między efektem fotoelektrycznym a efektem fotowoltaicznym?
• W efekcie fotoelektrycznym elektrony są emitowane do przestrzeni próżniowej, podczas gdy w efekcie fotowoltaicznym elektrony bezpośrednio wchodzą do innego materiału po emisji.
• Efekt fotowoltaiczny obserwuje się między dwoma metalami, które są ze sobą połączone w roztworze, ale efekt fotoelektryczny zachodzi w kineskopie z udziałem katody i anody połączonych obwodem zewnętrznym.
• Występowanie efektu fotoelektrycznego jest trudniejsze w porównaniu z efektem fotowoltaicznym.
• Energia kinetyczna emitowanych elektronów odgrywa dużą rolę w prądzie wytwarzanym przez efekt fotoelektryczny, natomiast nie jest tak istotna w przypadku efektu fotowoltaicznego.
• Emitowane elektrony przez efekt fotowoltaiczny są przepychane przez potencjał złącza, w przeciwieństwie do efektu fotoelektrycznego, w którym nie występuje potencjał złącza.
