Fotoelektrisk effekt vs fotovoltaisk effekt
Måden, hvorpå elektronerne udsendes i den fotoelektriske effekt og den fotovoltaiske effekt, skaber forskellen mellem dem. Præfikset 'foto' i disse to udtryk antyder, at begge disse processer opstår på grund af lysets interaktion. Faktisk involverer de emission af elektroner ved absorption af energi fra lys. De adskiller sig dog i definition, da progressionstrinene er forskellige i hvert enkelt tilfælde. Hovedforskellen mellem de to processer er, at i den fotoelektriske effekt udsendes elektronerne til rummet, mens de udsendte elektroner i fotovoltaisk effekt direkte kommer ind i et nyt materiale. Lad os diskutere det i detaljer her.
Hvad er fotoelektrisk effekt?
Det var Albert Einstein, der foreslog denne idé i 1905 gennem eksperimentelle data. Han forklarede også sin teori om lysets partikelnatur ved at bekræfte eksistensen af bølge-partikel-dualitet for alle former for stof og stråling. I sit eksperiment med fotoelektrisk effekt forklarer han, at når lys skydes på et metal i en periode, kan de frie elektroner i metalatomerne absorbere energi fra lyset og komme ud fra overfladen og udsende sig selv ud i rummet. For at dette kan ske, skal lyset bære et energiniveau, der er højere end en vis tærskelværdi. Denne tærskelværdi kaldes også 'arbejdsfunktionen' for det respektive metal. Og dette er den mindste energi, der er nødvendig for at fjerne elektronen fra dens skal. Yderligere tilført energi vil blive omdannet til kinetisk energi af elektronen, så den kan bevæge sig frit efter at være blevet frigivet. Men hvis kun energien svarende til arbejdsfunktionen er tilvejebragt, vil de udsendte elektroner forblive på overfladen af metallet, ude af stand til at bevæge sig på grund af manglen på kinetisk energi.
For at lyset skal overføre sin energi til en elektron, der er af materiel oprindelse, menes det, at lysets energi faktisk ikke er kontinuerlig som en bølge, men kommer i diskrete energipakker, der er kendt som 'kvanter.' Derfor er det muligt for lyset at overføre hver energikvanta til individuelle elektroner, hvilket får dem til at drive ud af deres skal. Når metallet ydermere er fikseret som en katode i et vakuumrør med en modtageanode på den modsatte side med et eksternt kredsløb, vil elektronerne, der udstødes fra katoden, blive tiltrukket af anoden, som holdes på en positiv spænding og derfor transmitteres en strøm i vakuumet, hvilket fuldender kredsløbet. Dette var grundlaget for Albert Einsteins resultater, der gav ham Nobelprisen i fysik i 1921.
Hvad er fotovoltaisk effekt?
Dette fænomen blev første gang observeret af den franske fysiker A. E. Becquerel i 1839, da han forsøgte at producere en strøm mellem to plader af platin og guld, nedsænket i en opløsning, og som blev udsat for lys. Det, der sker her, er, at elektronerne i metallets valensbånd absorberer energien fra lyset og ved excitation hopper til ledningsbåndet og bliver dermed frie til at bevæge sig. Disse exciterede elektroner accelereres derefter af et indbygget krydspotentiale (Galvani Potential), så de direkte kan krydse fra det ene materiale til det andet i modsætning til at krydse et vakuumrum som i tilfælde af fotoelektrisk effekt, hvilket er vanskeligere. Solceller fungerer efter dette koncept.
Hvad er forskellen mellem fotoelektrisk effekt og fotovoltaisk effekt?
• I den fotoelektriske effekt udsendes elektronerne i et vakuumrum, hvorimod elektronerne i fotovoltaisk effekt direkte kommer ind i et andet materiale ved emission.
• Fotovoltaisk effekt observeres mellem to metaller, der er i forbindelse med hinanden i en opløsning, men fotoelektrisk effekt finder sted i et katodestrålerør med deltagelse af en katode og en anode forbundet via et eksternt kredsløb.
• Forekomsten af den fotoelektriske effekt er vanskeligere sammenlignet med den fotovoltaiske effekt.
• Den kinetiske energi af de udsendte elektroner spiller en stor rolle i strømmen produceret af fotoelektrisk effekt, hvorimod den ikke er så vigtig i tilfælde af fotovoltaisk effekt.
• De udsendte elektroner via den fotovoltaiske effekt skubbes gennem et junction potential i modsætning til den fotoelektriske effekt, hvor der ikke er noget junction potential involveret.
