Fotoelektrický efekt verzus fotovoltaický efekt
Spôsoby, akými sú elektróny emitované pri fotoelektrickom efekte a fotovoltaickom efekte, vytvárajú rozdiel medzi nimi. Predpona „foto“v týchto dvoch výrazoch naznačuje, že oba tieto procesy sa vyskytujú v dôsledku interakcie svetla. V skutočnosti zahŕňajú emisiu elektrónov absorpciou energie zo svetla. Líšia sa však v definícii, pretože kroky postupu sú v každom prípade odlišné. Hlavný rozdiel medzi týmito dvoma procesmi je v tom, že pri fotoelektrickom efekte sú elektróny emitované do priestoru, zatiaľ čo pri fotovoltaickom efekte emitované elektróny vstupujú priamo do nového materiálu. Rozoberme si to tu podrobne.
Čo je fotoelektrický efekt?
Bol to Albert Einstein, kto navrhol túto myšlienku v roku 1905 prostredníctvom experimentálnych údajov. Svoju teóriu o časticovej povahe svetla vysvetlil aj potvrdením existencie vlnovo-časticovej duality pre všetky formy hmoty a žiarenia. Vo svojom experimente s fotoelektrickým efektom vysvetľuje, že keď sa na kov na určitý čas obráti svetlo, voľné elektróny v atómoch kovu môžu absorbovať energiu zo svetla a vyjsť z povrchu a vyžarovať sa do vesmíru. Aby sa tak stalo, svetlo musí niesť úroveň energie vyššiu ako je určitá prahová hodnota. Táto prahová hodnota sa tiež nazýva „pracovná funkcia“príslušného kovu. A to je minimálna energia, ktorá je potrebná na odstránenie elektrónu z jeho obalu. Dodatočná poskytnutá energia sa premení na kinetickú energiu elektrónu, čo mu umožní voľný pohyb po uvoľnení. Ak je však poskytnutá iba energia rovnajúca sa pracovnej funkcii, emitované elektróny zostanú na povrchu kovu a nebudú sa môcť pohybovať kvôli nedostatku kinetickej energie.
Na to, aby svetlo prenieslo svoju energiu na elektrón, ktorý je materiálneho pôvodu, sa predpokladá, že energia svetla v skutočnosti nie je spojitá ako vlna, ale prichádza v diskrétnych energetických balíčkoch, ktoré sú známe ako „kvantá.“Preto je možné, aby svetlo prenieslo každé kvantá energie na jednotlivé elektróny, čím ich vypudí zo svojho obalu. Okrem toho, keď je kov pripevnený ako katóda vo vákuovej trubici s prijímacou anódou na opačnej strane s vonkajším obvodom, elektróny, ktoré sú vyvrhnuté z katódy, budú priťahované anódou, ktorá je udržiavaná na kladnom napätí a, preto sa vo vákuu prenáša prúd, ktorý dokončuje obvod. To bol základ zistení Alberta Einsteina, ktorý mu v roku 1921 vyniesol Nobelovu cenu za fyziku.
Čo je to fotovoltaický efekt?
Tento jav prvýkrát pozoroval francúzsky fyzik A. E. Becquerel v roku 1839, keď sa pokúsil vytvoriť prúd medzi dvoma platňami platiny a zlata, ponorenými do roztoku a vystavenými svetlu. Čo sa tu deje, je to, že elektróny vo valenčnom pásme kovu absorbujú energiu zo svetla a po excitácii preskočia do vodivého pásma a tým sa uvoľnia. Tieto excitované elektróny sú potom urýchľované zabudovaným spojovacím potenciálom (Galvaniho potenciál), takže môžu priamo prechádzať z jedného materiálu na druhý na rozdiel od prechodu vákuovým priestorom, ako je to v prípade fotoelektrického javu, čo je ťažšie. Solárne články fungujú na tomto princípe.
Aký je rozdiel medzi fotoelektrickým efektom a fotovoltaickým efektom?
• Pri fotoelektrickom jave sú elektróny emitované do vákuového priestoru, zatiaľ čo pri fotovoltaickom efekte elektróny pri emisii priamo vstupujú do iného materiálu.
• Fotovoltaický efekt je pozorovaný medzi dvoma kovmi, ktoré sú v roztoku navzájom spojené, ale fotoelektrický efekt prebieha v katódovej trubici za účasti katódy a anódy prepojených cez vonkajší obvod.
• Výskyt fotoelektrického efektu je ťažší v porovnaní s fotovoltaickým efektom.
• Kinetická energia emitovaných elektrónov hrá veľkú úlohu v prúde produkovanom fotoelektrickým javom, zatiaľ čo v prípade fotovoltaického javu nie je taká dôležitá.
• Vyžarované elektróny prostredníctvom fotovoltaického efektu sú tlačené cez spojovací potenciál na rozdiel od fotoelektrického efektu, kde nie je zapojený žiadny spojovací potenciál.
