Różnica między efektem fotoelektrycznym a efektem fotowoltaicznym

Efekt fotoelektryczny a efekt fotowoltaiczny
 

Sposoby emitowania elektronów w efekcie fotoelektrycznym i fotowoltaicznym tworzą różnicę między nimi. Przedrostek „zdjęcie” w tych dwóch terminach sugeruje, że oba te procesy zachodzą z powodu interakcji światła. W rzeczywistości wiążą się z emisją elektronów przez pochłanianie energii ze światła. Różnią się jednak definicją, ponieważ kroki 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 bezpośrednio wchodzą w nowy materiał. Omówmy to szczegółowo tutaj.

Co to jest efekt fotoelektryczny?

To było Albert Einstein który zaproponował ten pomysł w 1905 r. na podstawie danych eksperymentalnych. Wyjaśnił także swoją teorię o cząsteczkowej naturze światła, potwierdzając istnienie dualizmu falowo-cząsteczkowego dla wszystkich form materii i promieniowania. W swoim eksperymencie z efektem fotoelektrycznym wyjaśnia, że ​​gdy światło jest okresowo odrzucane przez metal, wolne elektrony w atomach metali mogą absorbować energię ze światła i wychodzić z powierzchni, emitując się w przestrzeń. Aby tak się stało, światło musi przenosić poziom energii wyższy niż pewna wartość progowa. Ta wartość progowa jest również nazywana „funkcja pracy„odpowiedniego metalu. Jest to minimalna energia potrzebna do usunięcia elektronu z jego powłoki. Dodatkowa dostarczona energia zostanie zamieniona na energię kinetyczną elektronu, umożliwiając mu swobodny ruch po uwolnieniu. Jeśli jednak dostarczona zostanie tylko energia równa funkcji pracy, emitowane elektrony pozostaną na powierzchni metalu, niezdolne do ruchu z powodu braku energii kinetycznej.

Aby światło przenosiło swoją energię do elektronu pochodzenia materialnego, uważa się, że energia światła w rzeczywistości nie jest ciągła jak fala, ale występuje w dyskretnych pakietach energii, które są znane jako „kwanty.„Dlatego światło może przenosić każdą kwant energii do pojedynczych elektronów, co powoduje, że wypychają się one ze swojej skorupy. Ponadto, gdy metal jest zamocowany jako katoda w lampie próżniowej z anodą odbiorczą po przeciwnej stronie za pomocą obwodu zewnętrznego, elektrony wyrzucane z katody będą przyciągane przez anodę, która jest utrzymywana na dodatnim napięciu i dlatego prąd przepływa w próżni, uzupełniając obwód. To była podstawa odkryć Alberta Einsteina, który zdobył mu Nagrodę Nobla w 1921 roku za fizykę.

Co to jest efekt fotowoltaiczny?

Zjawisko to po raz pierwszy zaobserwował francuski fizyk A. E. Becquerel w 1839 roku, kiedy próbował wytworzyć prąd między dwoma płytkami platyny i złota, zanurzony w roztworze i wystawiony na działanie światła. To, co się tutaj dzieje, polega na tym, że elektrony w paśmie walencyjnym metalu pochłaniają energię ze światła i po wzbudzeniu skaczą do pasma przewodzenia, zapewniając swobodę ruchu. Te wzbudzone elektrony są następnie przyspieszane przez wbudowany potencjał połączenia (potencjał Galvani), dzięki czemu mogą one bezpośrednio przechodzić z jednego materiału do drugiego, w przeciwieństwie do przechodzenia 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 próżni, podczas gdy w efekcie fotowoltaicznym elektrony wchodzą bezpośrednio do innego materiału po emisji.

• Efekt fotowoltaiczny obserwuje się między dwoma metalami, które są ze sobą połączone w roztworze, ale efekt fotoelektryczny zachodzi w lampie katodowej z udziałem katody i anody połączonej za pomocą obwodu zewnętrznego.

• Występowanie efektu fotoelektrycznego jest trudniejsze w porównaniu z efektem fotowoltaicznym.

• Energia kinetyczna emitowanych elektronów odgrywa dużą rolę w prądzie wytwarzanym przez efekt fotoelektryczny, podczas gdy nie jest tak ważna w przypadku efektu fotowoltaicznego.

• Emitowane elektrony poprzez efekt fotowoltaiczny są przepychane przez potencjał złącza, w przeciwieństwie do efektu fotoelektrycznego, w którym nie występuje potencjał połączenia.

Obrazy dzięki uprzejmości:

1. Efekt fotoelektryczny Feitscherga (CC BY-SA 3.0)
2. Schematyczna ilustracja efektu fotowoltaicznego autorstwa Ncouniot (CC BY-SA 3.0)