โฟโตอิเล็กทริกกับโฟโตโวลตาอิกเอฟเฟค
วิธีที่อิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมาในเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกและโฟโตโวลตาอิกสร้างความแตกต่างระหว่างพวกมัน คำนำหน้า 'ภาพถ่าย' ในคำสองคำนี้แสดงให้เห็นว่ากระบวนการทั้งสองนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการโต้ตอบของแสง อันที่จริง พวกมันเกี่ยวข้องกับการปล่อยอิเล็กตรอนโดยการดูดกลืนพลังงานจากแสง อย่างไรก็ตาม คำนิยามต่างกันเนื่องจากขั้นตอนของความก้าวหน้าแตกต่างกันไปในแต่ละกรณี ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสองกระบวนการคือในเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกสู่อวกาศ ในขณะที่เอฟเฟกต์โซลาร์เซลล์ อิเลคตรอนที่ปล่อยออกมาจะเข้าสู่วัสดุใหม่โดยตรงมาคุยรายละเอียดกันที่นี่
โฟโตอิเล็กทริคเอฟเฟคคืออะไร
Albert Einstein เป็นผู้เสนอแนวคิดนี้ในปี 1905 ผ่านข้อมูลการทดลอง เขายังอธิบายทฤษฎีของเขาเกี่ยวกับธรรมชาติของอนุภาคของแสงโดยยืนยันการมีอยู่ของความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่นสำหรับสสารและการแผ่รังสีทุกรูปแบบ ในการทดลองเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกของเขา เขาอธิบายว่าเมื่อแสงถูกบดบังบนโลหะเป็นระยะเวลาหนึ่ง อิเล็กตรอนอิสระในอะตอมของโลหะสามารถดูดซับพลังงานจากแสงและออกมาจากพื้นผิวที่เปล่งตัวเองออกสู่อวกาศ เพื่อให้สิ่งนี้เกิดขึ้น แสงต้องมีระดับพลังงานที่สูงกว่าค่าเกณฑ์ที่กำหนด ค่าเกณฑ์นี้เรียกอีกอย่างว่า 'ฟังก์ชันการทำงาน' ของโลหะนั้น ๆ และนี่คือพลังงานขั้นต่ำที่จำเป็นในการขจัดอิเล็กตรอนออกจากเปลือก พลังงานเพิ่มเติมที่จัดให้จะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนเพื่อให้เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระหลังจากถูกปล่อยออกมา อย่างไรก็ตาม หากให้พลังงานเท่ากับฟังก์ชันการทำงาน อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจะยังคงอยู่บนผิวโลหะ ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เนื่องจากขาดพลังงานจลน์
สำหรับแสงที่จะถ่ายเทพลังงานไปยังอิเล็กตรอนที่มีต้นกำเนิดจากวัตถุ เชื่อกันว่าพลังงานของแสงที่จริงแล้วไม่ต่อเนื่องเหมือนคลื่น แต่มาในแพ็กเก็ตพลังงานแบบแยกที่เรียกว่า 'ควอนตา' ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่แสงจะถ่ายโอนพลังงานแต่ละควอนตัมไปยังอิเล็กตรอนแต่ละตัวทำให้พวกมันขับเคลื่อนออกจากเปลือกของพวกมัน นอกจากนี้ เมื่อโลหะถูกตรึงเป็นแคโทดในหลอดสุญญากาศที่มีขั้วบวกรับอยู่ฝั่งตรงข้ามกับวงจรภายนอก อิเลคตรอนที่ถูกขับออกจากแคโทดจะถูกดึงดูดโดยขั้วบวก ซึ่งจะมีแรงดันบวกและ ดังนั้นจึงมีการส่งกระแสภายในสุญญากาศทำให้วงจรสมบูรณ์นี่คือฐานของการค้นพบของ Albert Einstein ที่ทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลในปี 1921 สาขาฟิสิกส์
โฟโตโวลตาอิกเอฟเฟคคืออะไร
นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส A. E. Becquerel พบปรากฏการณ์นี้เป็นครั้งแรกในปี 1839 เมื่อเขาพยายามสร้างกระแสระหว่างแผ่นแพลตตินัมและทองคำ 2 แผ่น โดยจุ่มลงในสารละลายและสัมผัสกับแสง สิ่งที่เกิดขึ้นที่นี่คืออิเล็กตรอนในแถบวาเลนซ์ของโลหะดูดซับพลังงานจากแสงและเมื่อถูกกระตุ้นจะกระโดดไปที่แถบการนำไฟฟ้าและทำให้เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นเหล่านี้จะถูกเร่งด้วยศักย์ไฟฟ้าในตัว (ศักยภาพของกัลวานี) เพื่อให้สามารถข้ามจากวัสดุหนึ่งไปยังอีกวัสดุหนึ่งได้โดยตรง ตรงกันข้ามกับการข้ามพื้นที่สุญญากาศเช่นในกรณีของโฟโตอิเล็กทริก ซึ่งยากกว่า เซลล์แสงอาทิตย์ดำเนินการตามแนวคิดนี้
โฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟกต์และโฟโตโวลตาอิกต่างกันอย่างไร
• ในเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกสู่พื้นที่สุญญากาศ ในขณะที่เอฟเฟกต์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ อิเล็กตรอนจะป้อนวัสดุอื่นโดยตรงเมื่อมีการปล่อยออก
• สังเกตผลของโฟโตโวลตาอิกระหว่างโลหะสองชนิดที่เชื่อมกันในสารละลาย แต่เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกเกิดขึ้นในหลอดรังสีแคโทดโดยมีส่วนร่วมของแคโทดและแอโนดที่เชื่อมต่อผ่านวงจรภายนอก
• การเกิดขึ้นของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกนั้นยากกว่าเมื่อเทียบกับเอฟเฟกต์โซลาร์เซลล์
• พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมามีบทบาทสำคัญในกระแสที่เกิดจากเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก ในขณะที่มันไม่ได้มีความสำคัญในกรณีของเอฟเฟกต์เซลล์แสงอาทิตย์
• อิเลคตรอนที่ปล่อยออกมาจากเอฟเฟกต์โฟโตโวลตาอิกจะถูกผลักผ่านศักย์ทางแยกซึ่งตรงกันข้ามกับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกซึ่งไม่มีศักย์ไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง