Foto-elektrisch effect versus fotovoltaïsch effect
De manieren waarop de elektronen worden uitgezonden in het foto-elektrische effect en het fotovoltaïsche effect creëren het verschil tussen beide. Het voorvoegsel 'foto' in deze twee termen suggereert dat beide processen plaatsvinden door de interactie van licht. In feite gaat het om de emissie van elektronen door de absorptie van energie uit licht. Ze verschillen echter in definitie, aangezien de stappen van progressie in elk geval anders zijn. Het belangrijkste verschil tussen de twee processen is dat bij het foto-elektrisch effect de elektronen naar de ruimte worden uitgezonden, terwijl bij het fotovoltaïsche effect de uitgezonden elektronen direct een nieuw materiaal binnenkomen. Laten we dat hier in detail bespreken.
Wat is foto-elektrisch effect?
Het was Albert Einstein die dit idee in 1905 voorstelde door middel van experimentele gegevens. Hij legde ook zijn theorie over de deeltjesaard van licht uit door het bestaan van golf-deeltjesdualiteit voor alle vormen van materie en straling te bevestigen. In zijn experiment met foto-elektrisch effect legt hij uit dat wanneer licht gedurende een bepaalde periode op een metaal wordt gemeden, de vrije elektronen in de metaalatomen energie van het licht kunnen absorberen en van het oppervlak naar buiten kunnen komen en zichzelf in de ruimte uitzenden. Om dit te laten gebeuren, moet het licht een energieniveau dragen dat hoger is dan een bepaalde drempelwaarde. Deze drempelwaarde wordt ook wel de ‘werkfunctie’ van het betreffende metaal genoemd. En dit is de minimale energie die nodig is om het elektron uit zijn schil te verwijderen. Extra geleverde energie wordt omgezet in kinetische energie van het elektron waardoor het vrij kan bewegen nadat het is losgelaten. Als echter alleen de energie wordt geleverd die gelijk is aan de werkfunctie, blijven de uitgezonden elektronen op het oppervlak van het metaal en kunnen ze niet bewegen vanwege het gebrek aan kinetische energie.
Om ervoor te zorgen dat het licht zijn energie overdraagt aan een elektron dat van materiële oorsprong is, denkt men dat de energie van licht in feite niet continu is zoals een golf, maar wordt geleverd in discrete energiepakketten die bekend staan als Daarom is het voor het licht mogelijk om elke energiekwanta over te dragen aan individuele elektronen, waardoor ze uit hun schil voortstuwen. Bovendien, wanneer het metaal als kathode in een vacuümbuis wordt gefixeerd met een ontvangende anode aan de andere kant met een extern circuit, zullen de elektronen die uit de kathode worden uitgeworpen worden aangetrokken door de anode, die op een positieve spanning wordt gehouden en daarom wordt er een stroom overgedragen in het vacuüm, waardoor het circuit wordt voltooid. Dit was de basis van de bevindingen van Albert Einstein die hem in 1921 de Nobelprijs voor natuurkunde opleverden.
Wat is fotovoltaïsch effect?
Dit fenomeen werd voor het eerst waargenomen door de Franse natuurkundige A. E. Becquerel in 1839 toen hij probeerde een stroom te produceren tussen twee platen van platina en goud, ondergedompeld in een oplossing en die werd blootgesteld aan licht. Wat hier gebeurt, is dat de elektronen in de valentieband van het metaal de energie van het licht absorberen en bij excitatie naar de geleidingsband springen en zo vrij worden om te bewegen. Deze geëxciteerde elektronen worden vervolgens versneld door een ingebouwde junctiepotentiaal (Galvani-potentiaal) zodat ze direct van het ene materiaal naar het andere kunnen oversteken in tegenstelling tot het oversteken van een vacuümruimte zoals in het geval van foto-elektrisch effect, wat moeilijker is. Zonnecellen werken op dit concept.
Wat is het verschil tussen foto-elektrisch effect en fotovoltaïsch effect?
• Bij het foto-elektrisch effect worden de elektronen uitgezonden in een vacuümruimte, terwijl bij het fotovoltaïsche effect de elektronen bij emissie direct een ander materiaal binnengaan.
• Fotovoltaïsch effect wordt waargenomen tussen twee metalen die in combinatie met elkaar in een oplossing zijn, maar foto-elektrisch effect vindt plaats in een kathodestraalbuis met de deelname van een kathode en een anode die via een extern circuit zijn verbonden.
• Het optreden van het foto-elektrisch effect is moeilijker in vergelijking met het fotovoltaïsche effect.
• De kinetische energie van de uitgezonden elektronen speelt een grote rol in de stroom die wordt geproduceerd door het foto-elektrisch effect, terwijl het niet zo belangrijk is in het geval van het fotovoltaïsche effect.
• De geëmitteerde elektronen via het fotovoltaïsche effect worden door een junctiepotentiaal geduwd in tegenstelling tot het foto-elektrische effect waarbij er geen junctiepotentiaal is.
