Fotoelektrični učinek proti fotovoltaičnemu učinku
Načini oddajanja elektronov pri fotoelektričnem in fotovoltaičnem učinku ustvarjajo razliko med njima. Predpona 'fotografija' v teh dveh izrazih nakazuje, da se oba procesa pojavita zaradi interakcije svetlobe. Pravzaprav vključujejo emisijo elektronov z absorpcijo energije iz svetlobe. Vendar se razlikujejo po definiciji, saj so koraki napredovanja v vsakem primeru drugačni. Glavna razlika med obema procesoma je v tem, da se pri fotoelektričnem učinku elektroni oddajajo v prostor, pri fotovoltaičnem učinku pa oddani elektroni neposredno vstopijo v nov material. O tem se podrobneje pogovorimo tukaj.
Kaj je fotoelektrični učinek?
To idejo je leta 1905 na podlagi eksperimentalnih podatkov predlagal Albert Einstein. Pojasnil je tudi svojo teorijo o delčni naravi svetlobe s potrditvijo obstoja dualnosti val-delec za vse oblike snovi in sevanja. V svojem eksperimentu s fotoelektričnim učinkom pojasnjuje, da lahko prosti elektroni v kovinskih atomih, ko se kovina nekaj časa izogiba svetlobi, absorbirajo energijo svetlobe in pridejo ven s površine ter se oddajajo v vesolje. Da bi se to zgodilo, mora svetloba prenašati raven energije, ki je višja od določene mejne vrednosti. Ta mejna vrednost se imenuje tudi "delovna funkcija" zadevne kovine. In to je najmanjša energija, ki je potrebna za odstranitev elektrona iz njegove lupine. Dodatna zagotovljena energija se bo pretvorila v kinetično energijo elektrona, kar mu bo omogočilo prosto gibanje po sprostitvi. Če pa je zagotovljena samo energija, ki je enaka delovni funkciji, bodo izpuščeni elektroni ostali na površini kovine in se zaradi pomanjkanja kinetične energije ne morejo premikati.
Da svetloba prenese svojo energijo na elektron, ki je materialnega izvora, se domneva, da svetlobna energija dejansko ni neprekinjena kot valovanje, ampak prihaja v diskretnih energijskih paketih, ki so znani kot „kvanti.“Zato je možno, da svetloba vsak kvant energije prenese na posamezne elektrone, zaradi česar ti poženejo ven iz svoje lupine. Poleg tega, ko je kovina pritrjena kot katoda v vakuumski cevi s sprejemno anodo na nasprotni strani z zunanjim tokokrogom, bo elektrone, ki se izbijejo iz katode, pritegnila anoda, ki se vzdržuje pri pozitivni napetosti in, zato se v vakuumu prenaša tok, ki sklene tokokrog. To je bila osnova za ugotovitve Alberta Einsteina, ki so mu leta 1921 prinesle Nobelovo nagrado za fiziko.
Kaj je fotovoltaični učinek?
Ta pojav je prvi opazil francoski fizik A. E. Becquerel leta 1839, ko je poskušal ustvariti tok med dvema ploščama iz platine in zlata, potopljenima v raztopino in izpostavljenima svetlobi. Tukaj se zgodi, da elektroni v valenčnem pasu kovine absorbirajo energijo iz svetlobe in ob vzbujanju preskočijo v prevodni pas in tako postanejo prosti gibanja. Te vzbujene elektrone nato pospeši vgrajen spojni potencial (Galvanijev potencial), tako da lahko neposredno prehajajo iz enega materiala v drugega v nasprotju s prečkanjem vakuumskega prostora, kot je v primeru fotoelektričnega učinka, kar je težje. Sončne celice delujejo po tem konceptu.
Kakšna je razlika med fotoelektričnim učinkom in fotovoltaičnim učinkom?
• Pri fotoelektričnem učinku se elektroni oddajajo v vakuumski prostor, medtem ko pri fotovoltaičnem učinku elektroni ob oddaji neposredno vstopijo v drug material.
• Fotonapetostni učinek opazimo med dvema kovinama, ki sta med seboj v konjunkciji v raztopini, fotoelektrični učinek pa poteka v katodni cevi s sodelovanjem katode in anode, povezanih preko zunanjega vezja.
• Pojav fotoelektričnega učinka je težji v primerjavi s fotovoltaičnim učinkom.
• Kinetična energija oddanih elektronov igra veliko vlogo pri toku, ki nastane zaradi fotoelektričnega učinka, medtem ko v primeru fotovoltaičnega učinka ni tako pomembna.
• Emitirani elektroni preko fotovoltaičnega učinka so potisnjeni skozi potencial spoja v nasprotju s fotoelektričnim učinkom, kjer ni vključenega potenciala spoja.
