Pannello solare

Su scala ridotta un pannello fotoelettrico può essere costruito in maniera molto semplice. Si prende un diodo fotoluminescente comune ed si inverte la relativa funzione. Invece di generare la luce attaccandolo ad una batteria, la corrente elettrica (o più precisamente la tensione) può essere generata quando il diodo è esposto alla luce. Si collega il diodo all'entrata di un voltmetro (con un'alta resistenza in ingresso) ed si illumina il diodo con una lampada o una luce solare. Si può leggere una tensione di circa 1 V, a seconda non dell'intensità della luce ma dal colore del diodo utilizzato. Chiaramente, questo è un effetto fotoelettrico, o più precisamente effetto un fotoelettrico interno.

Nell'effetto fotoelettrico esterno, gli elettroni sono espulsi da una superficie del metallo interferendo con i fotoni. L'energia dei fotoni (E = hν = hc/λ) deve essere sufficiente alta da sormontare la cosiddetta funzione-lavoro. Cioè la lunghezza d'onda l della luce deve essere sufficiente corta, o il relativo colore deve essere " abbastanza azzurro". La funzione lavoro corrisponde all'energia minima necessaria per estrarre un elettrone dal metallo ed è una caratteristica del metallo. L'effetto fotoelettrico è stato spiegato da A. Einstein in 1905 (E = hn = hc/l).

E_kin ... è l'energia cinetica dell'elettrone emesso, h ..... la costante di Planck (6.626.10-34 Js), n ..... è la frequenza della luce che interferisce con il metallo, W ..... la funzione lavoro per questo metallo.

Nell'effetto fotoelettrico interno, un elettrone è spostato da una fascia più bassa (denominata fascia di valenza) verso più alta (denominato fascia di conduzione), lasciando un foro nella fascia di conduzione. L'elettrone ed il foro vanno alla deriva in direzioni opposte. La tensione generata corrisponde alla differenza tra la valenza e le bande di conduzione, con c.a. 0.8 V sottratti (ciò dovuto alla cosiddetta polarizzazione della giunzione). Il colore di un diodo fotoluminescente è collegato alla differenza di banda (che dipende dal tipo di semiconduttori usati). Per esempio, il colore rosso alla lunghezza d'onda di 680 nm corrisponde all'energia di 1.8 eV. Di conseguenza, il diodo rosso nel nostro esperimento produce 1.0 V e quello verde (520 nm) 1.5 V.