Photoelectric Effect, Photoelectric Tranformation   광전 효과, 광전 변환

1. 광전효과,광전변환 이란?

  ㅇ 광전 효과 (Photoelectric Effect)
     - 물질이 빛을 흡수하여 자유전자를 발생시키는 전자방출 현상
        . 빛의 입자성을 암시

     * 1839년 프랑스 베크렐(E. Becquerel)이 최초 발견

  ㅇ 광전 변환 (Photoelectric Tranformation)
     - 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것


2. 빛의 입자성 : 빛은 입자 같은 에너지 덩어리 = 광자(Photon)

  ㅇ 빛을 에너지 입자 덩어리로 보는 견해
     - 그 반대로 빛의 파동성은 그 강도(진폭)가 연속적으로 변한다는 견해

  ㅇ 모든 물질은 자유전자를 방출시키기 위한 최소 진동수가 있음
     - 자유전자를 발생시키는데 필요한 최소 에너지를 E 라고 할 때,
        .  hν = E (h는 플랑크 상수)가 되는 진동수 ν이상의 빛에서 만 자유전자를 방출
     - 외부에서 조사되는 빛이, 낮은 진동수로는 아무리 강도가 높아도, 아무리 긴 시간 동안
       이라도 물질 내 전자를 방출시키지 못함 

  ㅇ 광전자의 최대 운동에너지는 진동수에 따라 선형적으로 변화됨

       

     - 방출되는 광전자의 최대 운동에너지 (입사 빛의 진동수 > ν0)
        ⇒  Ekin,Max = ½mv2 = (입사 광자 에너지) - (일함수)
                                = hν - hν0  (Einstein 방정식,1905년)


3. 고전물리학의 실패 (양자론의 근거)

  ㅇ 고전물리학적 견해로는, 
     - 빛의 세기가 충분할 경우,
     - 전자들이 물질의 일함수를 넘어서게 되어, 
     - 표면으로부터 방출될 것이며, 빛의 진동수와는 무관하리라 예측하나,
     * 이러한 현상은 관찰되지 않음

  ㅇ 결국, 광전자의 운동에너지는,
     - 빛의 세기와는 무관하고,
     - 조사되는 빛의 진동수에 의존 함 


4. 광 전자 방출현상 응용 

  ※ 흡수체 및 자유전자의 상태의 차이에 따라 분류

  ㅇ 광전자방출형 (Photoemissive)
     - 고체 표면의 외부 광전효과 (광전자방출) : 광전관, 광증배관, 촬상관 등

  ㅇ 광 기전력형 (Photovoltaic)
     - 입사 광에 의해 광 기전력이 발생
        . 역 바이어스된 반도체 pn접합 : 광다이오드, PIN, APD, 태양 전지 등

     * 광 기전력 효과 (Photovoltaic Effect,Photoelectro-motive Force Effect)
        . 반도체 접합에 빛을 쐬여 전자 정공 쌍(EHP)를 방출시켜, 이로부터 기전력을 얻어냄

  ㅇ 광 도전형 (Photoconductive)
     - 도체 내부의 내부 광전효과 (광전도현상) : CdS Cell(황화카드뮴 광전도셀) 등
        . 빛의 세기가 강해짐에 따라 전도성 증대(저항 작아짐)

  ㅇ 기타
     - 원자의 광 전리
     - 고체 접촉면의 감광 기전효과


5. 광 전자 변환 효율

  ※ ☞ 양자 효율
     - 광-전 변환에서 `전자 정공 쌍(EHP)`으로의 변환비율
        . 통상, 소자 크기, 빛 노출량, 파장 등에  비례적임