Tài liệu: Ánh sáng và Năng lượng

Planck ban đầu đưa ra một mối quan hệ cơ sở giữa năng lượng và tần số là một phần lí thuyết của ông về cơ chế mà các chất rắn phát ra bức xạ khi bị nung nóng (bức xạ vật đen).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu: Ánh sáng và Năng lượng Ánh sáng và Năng lượng Planck ban đầu đưa ra một mối quan hệ cơ sở giữa năng lượng và tần số làmột phần lí thuyết của ông về cơ chế mà các chất rắn phát ra bức xạ khi bị nungnóng (bức xạ vật đen). Định đề nổi tiếng phát biểu rằng năng lượng (E) của photontới bằng với tần số (f) của ánh sáng nhân với một hằng số (h), ngày nay gọi là hằngsố Planck. Mối quan hệ đơn giản đó được biểu diễn như sau: E = hf Hiệu ứng quang điện biểu hiện ở ba dạng: quang điện ngoài, quang dẫn, vàquang điện trong, dạng thứ ba là đáng kể nhất đối với sự chuyển hóa năng lượngsáng thành năng lượng điện. Hiệu ứng quang điện ngoài xảy ra khi ánh sáng vachạm lên một bề mặt kim loại chuẩn bị trước, ví dụ cesium, và chuyển hóa đủ nănglượng làm bật electron vào không gian tự do gần kề bề mặt đó. Trong tế bào quangđiện, electron bật ra bị hút bởi cực dương, và khi áp vào một hiệu điện thế thì mộtdòng điện phát sinh sau đó tỉ lệ tuyến tính với cường độ ánh sáng tới lên tế bào.Hiệu ứng quang điện ngoài được mô tả kĩ lưỡng đối với các vùng năng lượng cao,ví dụ như vùng phổ tia X và tia gamma, và các tế bào thuộc loại này thường đượcsử dụng để phát hiện và nghiên cứu các hiện tượng xảy ra ở những mức nănglượng này. Nhiều chất biểu hiện sự thay đổi đáng kể độ dẫn điện khi bị rọi sáng, và tínhchất quang dẫn của chúng có thể được khai thác để đóng mở các dụng cụ điện,cũng như những ứng dụng khác. Trong các chất có độ dẫn điện cao, như kim loại,sự thay đổi độ dẫn điện có thể không đáng kể. Tuy nhiên, trong chất bán dẫn, sựthay đổi này có thể khá lớn. Vì sự tăng độ dẫn điện tỉ lệ với cường độ ánh sángchạm tới chất liệu, nên dòng điện là một dòng ngoài sẽ tăng theo cường độ ánhsáng. Loại tế bào này thường được dùng trong những bộ cảm biến ánh sáng đểthực hiện những công việc như bật và tắt đèn đường và đèn chiếu sáng trong nhà. Hiệu ứng quang điện trong và pin Mặt Trời Tế bào Mặt Trời chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện,hoặc gián tiếp bằng cách trước tiên chuyển nó thành năng lượng nhiệt, hoặc quamột quá trình trực tiếp gọi là hiệu ứng quang điện trong. Các loại tế bào Mặt Trờiphổ biến nhất dựa trên hiệu ứng quang điện trong, xảy ra khi ánh sáng rơi vào mộtchất bán dẫn hai lớp tạo ra một sự chênh lệch điện thế, hay hiệu điện thế, giữa hailớp. Hiệu điện thế tạo ra trong tế bào có thể điều khiển dòng điện qua một mạchđiện ngoài có thể dùng làm dụng cụ cấp điện. Năm 1839, nhà vật lí Pháp Edmund Becquerel phát hiện thấy ánh sáng chiếuvào hai điện cực giống hệt nhau đặt ngập trong một dung dịch dẫn điện yếu sẽ tạora một hiệu điện thế. Hiệu ứng này không hiệu quả lắm để tạo ra dòng điện, và vìkhông có ứng dụng thực tế nào vào lúc đó, nên nó vẫn chỉ là một sự hiếu kì trongnhiều năm. Vài thập kỉ sau, sự quang dẫn của selenium được khám phá bởiWilloughby Smith trong lúc ông đang kiểm tra các chất để phát triển cáp viễnthông dưới nước. Một mô tả của tế bào quang điện selenium đầu tiên được công bốvào năm 1877, và sức hấp dẫn rất lớn thu được từ việc hiệu ứng quang điện trongđược quan sát thấy trong chất rắn. Nhà phát minh người Mĩ Charles Fritts đã chếtạo được tế bào Mặt Trời đầu tiên cấu tạo từ bánh xốp selenium vào năm 1883,mặc dù tế bào của ông có hiệu chuyển hóa chỉ khoảng 1-2%. Các ứng dụng thươngmại thực dụng và công nghiệp không dễ dàng có mặt ngay, và vào đầu thế kỉ 20(sau phát minh ra bóng đèn điện), việc phát điện bằng tuabin mới trở nên phổ biến.Sự hứng thú với hiệu ứng quang điện trong nhanh chóng bị lu mờ, và đa số cácnghiên cứu trong lĩnh vực này tập trung vào việc điều khiển và ứng dụng dòngđiện. Sự hiểu biết toàn diện về hiện tượng bao hàm hiệu ứng quang điện trongkhông có được, mãi cho tới khi thuyết lượng tử được phát triển. Các ứng dụngquang điện trong ban đầu chủ yếu là cảm biến hoặc đo ánh sáng, chứ không phảitạo ra năng lượng điện. Tác nhân cần thiết cho nghiên cứu trong lĩnh vực này đếntừ mô tả của Einstein về hiệu ứng quang điện và những thí nghiệm buổi đầu sửdụng tế bào quang điện thô sơ. Tế bào Mặt Trời thực dụng đầu tiên phát sinh từkhám phá ra tính chất quang điện trong chất bán dẫn silicon pha tạp chất. Cácmôđun Mặt Trời chế tạo bởi Phòng thí nghiệm Bell trong năm 1954 được chế tạotừ các dẫn xuất tương tự silicon, và hoạt động ở hiệu suất gần 6%. Vào năm 1960,tế bào quang điện trong được cải tiến đạt tới hiệu suất 14%, một giá trị đủ ghinhận để tạo ra các dụng cụ hữu dụng. Ngày nay, những tế bào quang điện trong thông dụng nhất đều sử dụng vàilớp silicon pha tạp, cùng loại chất bán dẫn được sử dụng để sản xuất chip máy tính.Chức năng của chúng phụ thuộc vào chuyển động của các thực thể mang điện giữacác lớp silion xen kẽ. Trong silicon tinh khiết, khi đủ năng lượng nhận vào (ví dụ,bằng cách làm nóng), một số electron trong các nguyên tử silicon có thể thoát ra tựdo khỏi ...