Effetto fotoelettrico vs effetto fotovoltaico
Il modo in cui gli elettroni vengono emessi nell'effetto fotoelettrico e nell'effetto fotovoltaico creano la differenza tra loro. Il prefisso "foto" in questi due termini suggerisce che entrambi questi processi si verificano a causa dell'interazione della luce. Infatti, comportano l'emissione di elettroni per assorbimento di energia dalla luce. Tuttavia, differiscono nella definizione in quanto le fasi della progressione sono diverse in ciascun caso. La principale differenza tra i due processi è che nell'effetto fotoelettrico gli elettroni vengono emessi nello spazio mentre, nell'effetto fotovoltaico, gli elettroni emessi entrano direttamente in un nuovo materiale. Discutiamone in dettaglio qui.
Cos'è l'effetto fotoelettrico?
Fu Albert Einstein a proporre questa idea nel 1905 attraverso dati sperimentali. Ha anche spiegato la sua teoria sulla natura particellare della luce confermando l'esistenza della dualità onda-particella per tutte le forme di materia e radiazione. Nel suo esperimento sull'effetto fotoelettrico, spiega che quando la luce viene evitata su un metallo per un periodo, gli elettroni liberi negli atomi di metallo possono assorbire energia dalla luce ed uscire dalla superficie emettendosi nello spazio. Affinché ciò avvenga, la luce deve trasportare un livello di energia superiore a un determinato valore di soglia. Questo valore di soglia è anche chiamato "funzione di lavoro" del rispettivo metallo. E questa è l'energia minima necessaria per rimuovere l'elettrone dal suo guscio. L'energia aggiuntiva fornita verrà convertita in energia cinetica dell'elettrone permettendogli di muoversi liberamente dopo essere stato rilasciato. Tuttavia, se viene fornita solo l'energia pari alla funzione di lavoro, gli elettroni emessi rimarranno sulla superficie del metallo, impossibilitati a muoversi per mancanza di energia cinetica.
Affinché la luce trasferisca la sua energia a un elettrone di origine materiale, si pensa che l'energia della luce, in effetti, non sia continua come un'onda, ma arrivi in pacchetti energetici discreti noti come 'quanta.' Pertanto, è possibile che la luce trasferisca ogni quanti di energia ai singoli elettroni facendoli fuoriuscire dal loro guscio. Inoltre, quando il metallo viene fissato come catodo in un tubo a vuoto con un anodo di ricezione sul lato opposto con un circuito esterno, gli elettroni che vengono espulsi dal catodo saranno attratti dall'anodo, che viene mantenuto ad una tensione positiva e, quindi, una corrente viene trasmessa all'interno del vuoto, completando il circuito. Questa fu la base delle scoperte di Albert Einstein che gli valsero il Premio Nobel nel 1921 per la Fisica.
Cos'è l'effetto fotovoltaico?
Questo fenomeno fu osservato per la prima volta dal fisico francese A. E. Becquerel nel 1839 quando cercò di produrre una corrente tra due lastre di platino e oro, immerse in una soluzione ed esposte alla luce. Quello che succede qui è che gli elettroni nella banda di valenza del metallo assorbono l'energia dalla luce e dopo l'eccitazione s altano nella banda di conduzione e diventano così liberi di muoversi. Questi elettroni eccitati vengono quindi accelerati da un potenziale di giunzione incorporato (Galvani Potential) in modo che possano passare direttamente da un materiale all' altro in contrasto con l'attraversamento di uno spazio vuoto come nel caso dell'effetto fotoelettrico, che è più difficile. Le celle solari funzionano su questo concetto.
Qual è la differenza tra effetto fotoelettrico ed effetto fotovoltaico?
• Nell'effetto fotoelettrico, gli elettroni vengono emessi in uno spazio vuoto mentre, nell'effetto fotovoltaico, gli elettroni entrano direttamente in un altro materiale al momento dell'emissione.
• L'effetto fotovoltaico si osserva tra due metalli che sono in congiunzione tra loro in una soluzione, ma l'effetto fotoelettrico avviene in un tubo a raggi catodici con la partecipazione di un catodo e un anodo collegati tramite un circuito esterno.
• Il verificarsi dell'effetto fotoelettrico è più difficile rispetto all'effetto fotovoltaico.
• L'energia cinetica degli elettroni emessi gioca un ruolo importante nella corrente prodotta dall'effetto fotoelettrico mentre non è così importante nel caso dell'effetto fotovoltaico.
• Gli elettroni emessi tramite l'effetto fotovoltaico vengono spinti attraverso un potenziale di giunzione in contrasto con l'effetto fotoelettrico in cui non vi è alcun potenziale di giunzione coinvolto.
