Năng lượng ánh sáng docx

Năng lượng ánh sáng Loài người luôn luôn lệ thuộc vào năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời cả trực tiếp dùng cho sưởi ấm, hong khô quần áo, nấu nướng, và gián tiếp mang lại thực phẩm, nước và cả không khí. Kiến thức của chúng ta về giá trị của các tiasáng MặtTrời suy đi nghĩ lại quẩn quanh theo kiểumà chúngta thulợi từ nguồnnăng lượng đó, nhưngcó những liên hệ còn cơ bản hơnnhiều xuất phát từ mối liên quan giữa ánh sáng và năng lượng.Dù cho loài người có nghĩ ra đượcnhững cơ chế tài tìnhđể khaithác năng lượngMặt Trời haykhông thì hành tinhcủa chúngta và môi trường luôn luôn biến đổi chứa trong nó vốnbị chi phối bởi năng lượngcủa ánh sángMặt Trời. Chúng tađều biết rằng nếu như Mặt Trời khôngmọc,thì thời tiết của chúng ta sẽ chuyểnsang mùađông lạnh lẽo mãi mãi, aohồ và sôngsuối sẽ đóngbăng khắpnơi, vàthực vậtvà động vật sẽ nhanh chóng bị diệt vong.Các độngcơ sẽ khônghoạt động được,và chúng ta không cócách nào để chuyên chở thực phẩm hoặc nhiên liệu, hoặc để phát rađiện. Với chất đốt hạn chế để tạo ra lửa, loài người sẽ sớm không còn nguồnthắp sáng hoặc nguồn cấp nhiệt. Tuy nhiên, với sự hiểu biết hiện nay của chúng ta về hệ mặt trời, chúng ta có thể khá chắc chắn rằng Mặt Trời sẽ mọc lên vào ngày mai,như trước naynó vẫn mọc kể từ khi Trái Đất lần đầu tiên cô đặc lại từ một đám mâykhí củacác mảnh vụn vũ trụ. Trongquákhứ chưa lâu lắm, loài người không chắc chắn lắm về điều này. Họ không thể giải thích đưcợ tại saoMặt Trời lại chuyển động ngang quabầu trời, họ cũng không biết cách thức nó tạo ra ánh sángkhác biệt giữa ngàyvà đêm. Nhiều nền vănminh đã ghi nhận tầmquan trọngcủa Mặt Trời, tôn thờ ngôi saogầnchúng ta nhất này làm thần thánh (xemhình 1) với niềm hivọng lànó sẽ không biến mất. Lượngnăng lượng rơi lên bề mặt Trái Đất đến từ Mặt Trời khoảng chừng5,6 tỉ tỉ megajun mỗi năm. Tính trungbình cho toàn bộ bề mặt Trái Đất, điều nàycó nghĩa là mối mét vuông nhận được chừng5 kWhmỗi ngày. Nănglượng đến từ Mặt Trời trong mộtngày có thể cung cấp nhucầu chotoànbộ dân cư của Trái Đất trong ba thập kỉ. Rõràng làkhôngcó phương tiện nào có khả năng (và cũng khôngcần thiết) khaitháctoàn bộ nguồn năng lượngcó sẵn này, cũng hiển nhiênlà việc nắm bắt cả một phần nhỏ của nguồn nănglượng có sẵn nàyở dạngcó thể sử dụng được sẽ có giá trị rất lớn. Mặcdù toànbộ nănglượngchạmđến bầu khí quyển Trái Đất xuất phát từ MặtTrời là thật đángkinh ngạc, nhưngnó không có mức độ tập trungrất caoso với các dạng năng lượng khácmà chúng ta sử dụng, ví dụ như lửa, các loại đèn nóngsáng và các lò sưởi điện. Vì vậy, bất cứ phương tiện nào bắt lấy năng lượng MặtTrời cũng phải chiếm mộtdiện tích tương đối lớnđể làm tập trungcó hiệu quả phần nănglượng cầnthiết. Chỉ trong vài thậpniên gần đây, loài ngườimới bắt đầu tìm kiếm nghiêmtúc cơ chế khai thác tiềm năngkhổnglồ của năng lượngMặt Trời. Mốiquan tâm lớn nàycó nguyên do từ sức tiêu thụ năng lượng liên tục tăng lên, làm phát sinh cácvấn đề môi trường vàmối longại về sự cạn kiệt không thể tránh khỏi của các nguồnnhiên liệu hóathạch mà chúng ta ngày càngphụ thuộc nhiều vào chúng. Cung cấp năng lượng cho sự sống Năng lượngMặt Trời có liênquan mật thiết tới sự tồn tại của mọi sinh vật sống cómặt trên hành tinhnày và cách thức mà các dạng sốngbuổi đầu phát triển trên Trái Đất nguyên thủy, saucùng tiến hóa thànhnhữngdạng hiện tại của chúng. Hiện nay,các nhà khoa học nhận thấy câycối hấp thụ nước và carbondioxidetừ môitrường, vàsử dụng năng lượng từ Mặt Trời (xemhình2) chuyển hóa các chất đơn giản này thành glucose vàoxygen.Với glucose là viên gạch cấu trúc cơ bản, cây cối tổng hợp nên mộtsố chất hóa sinhphức tạp chứa carbon để sinhtrưởngvà duy trì sự sống. Quá trình này gọi là sự quang hợp và là cơ sở của sự sống trên Trái Đất. Các nhà khoa họcvẫn chưa làm sáng tỏ được cơ chế phứctạpmà quađó sự quanghợp xảy ra, nhưng quá trìnhnày đã tồn tại hàng triệu năm nay rồi và sự thích nghirấtsớm trong lịch sử tiến hóa củasự sống. Nhữngsinh vậtsống đầu tiên là các sinh vật hướng hóa chất, lớn lên bằng cáchthu năng lượngtừ những phản ứng hóa học đơn giản. Từ những tổ chứcnguyênthủy này, tế bào ra đời có thể thu năng lượngcần thiết từ sự quang hợp, tạo ra sản phẩmlà oxygen. Đơn giản nhất trong nhóm cáccơ thể sống này là cyanobacteria.Sinhvậtmột tế nào chưa có nhân thật thuộc loại này là sinhvậtsống lớn tuổi nhất trênhành tinh chúngta, vàngười ta tin rằng chúnglà dạng sống thống trị trên Trái Đất hơn 2 tỉ năm. Các nhà địa chất đã tìm thấy những khối cyanobacteria hóa thạch lớn,gọilà stromatolite, trên ba tỉ năm tuổi (một số mẫuvật kháccó thể tìm thấy ở vùng biển nông duyên hải Australia). Trướckhi các sinh vật quang hợp phát triển, córất ít oxygen trongbầu khí quyển Trái Đất, nhưngmột khiquá trìnhtạooxygen bắt đầu,khi đó tồn tại khả năng cócácsinh vậttiến hóa cần oxygen. Do lượngnăng lượngrất lớncó sẵn từ MặtTrời, nênkhả năng nhậnđượccác thành phần cần thiếtcho sự sống là nguồn cung cấp Mặt Trời cóthể thực hiện dễ dàngvới nhữngdạng thức sống phức tạp hơnnhiều trước khiquá trìnhquang hợp tiếntriển. Đa số cây cối lớn lên trên đất, và nếu bị nhổ lên, chúng sẽ chết. Trongnhiều thế kỉ, loài người tin rằng câycối sinh sôi là nhờ ăn đất. Nhữngphép đotỉ mỉ sự tăng trưởng của cây xanhđã được thực hiện bởi nhà khoahọc người Bỉ, Jan Baptistavan Helmont,vào đầuthế kỉ 17.VanHelmontđã chứng minh đượcmột cái câyđanglớn tăng trọng nhiều hơn lượng đất bị mất, vàkết luận rằng cây xanh được nuôi dưỡng bằng một thứ gì đó, ngoàiđất ra. Cuối cùng,ôngkết luận cây lớn lên, mộtphần. là nhờ nước. Hơn nửa thế kỉ sau, nhà sinh lí học người Anh Stephen Halesphát hiện thấy câyxanhcũng cần có không khí để trưởngthành, và, thật ngạc nhiên, ông nhận thấy cây cối hấp thụ khí carbon dioxidetừ không khí. Nhà hóahọc người AnhJosephPriestleylà nhà nghiên cứu đầutiên nhận thấycây xanh giải phóng oxygenkhi chúng khỏe mạnhvà tăngtrưởng. Thí nghiệm của ông chứngminh choquá trìnhquang hợp, và chothấy hô hấp và quang hợp là những quátrình có liênquan,nhưng hoạt động theo chiều ngượcnhau.Thí nghiệmnổi tiếng nhấtcủa Priestley(khoảng năm 1772)chứngminh rằng một cây nến sẽ nhanh chóngtắt nếuđặt nótrong một cái bình hình chuông,nhưngnó sẽ cháytrở lại trong cùng khôngkhí đó nếu như đặt một cây xanh trong đó vài ngày. Ông kếtluận cây xanhcó thể “hoàn trả” phầnkhông khí bị “tổn hại” bởi ngọn nến cháy. Trongnhững thí nghiệm khác, Priestleychứng minhđược rằng một con chuộtđặt trongbìnhsẽ “làm tổn hại” khôngkhí theokiểugiống như cây nến, nhưng có thể thở trong khôngkhí sau khi “hoàn trả”, dẫn đếnquan điểm chorằng hô hấp và quang hợp là haiquá trình ngược nhau. Theo lờiPriestleythì“phần khôngkhí đó sẽ hoặclà làm tắt ngọn nến, hoặc là hoàntoàn bất tiện cho con chuột mà tôi đặt vàođó”. Priestley đã phát hiện ra một chất saunày được đặttên là oxygen, bởi nhà hóa học người Pháp AntoineLaurentLavoisier,người nghiên cứu mốiquan hệ giữa sự cháyvà không khí. Một yếu tố then chốt để hiểu được sự quanghợp vẫn còn thiếu,mãi cho đến khi nhà sinh lí học ngườiHàLan Jan Ingenhouszxác địnhđược,vàonăm 1778, rằng cây xanhchỉ hấp thụ carbondioxidevà giải phóngoxygenkhi nào chúngphơi ra trước ánh sáng.Cuối cùng, nhà vật lí người Đức,Julius Robert Mayerđã chính thức hóa ý tưởng cho rằng nănglượng được chuyển hóa từ ánh sáng để tạo ra một hóa chất mới trong câyxanh đang sinhtrưởng.Mayertin rằngmột quátrình hóa học thích hợp (ngày naygọi làoxy hóa)là nguồn năng lượngcơ bản đối với một cơ thể sống. Quanghợp, cónghĩa là “kếthợp với nhaubằng ánhsáng”, là quá trình mà qua đó hầu như tất cả mọi cây xanh, một số vi khuẩn, và một vài sinhvật nguyên thủy khaithác năng lượng từ ánh sángMặtTrời để tạo rađường (và oxygenlà sản phẩm).Sự chuyển hóanănglượng ánh sáng thành năng lượnghóa họcphụ thuộc vào mộtchấtgọi làchlorophyll, sắc tố màu xanh lá cây đã mang lạimàu xanhcho chiếc lá. Không phải tất cả cây cối đều có lá, nhưng chúng thật sự rất có hiệuquả trong việc chuyển hóa quangnăngthànhhóa năng. Thườngthì những chiếc lá hay được xemlà những máy thu Mặt Trời sinhhọc,được trang bị hàng loạt tế bào nhỏ xíu thực hiệnquang hợp ở cấp độ vi mô. Sắc tố được địnhnghĩa là chất hấp thụ và phản xạ ánh sángkhả kiến. Đa phần sắc tố là nhữngchất có màu, biểu hiện màu nhất địnhphụ thuộc vào sự phân bố bước sóngánh sángphản xạ và hấp thụ. Mỗi sắc tố có phổ hấp thụ đặc trưng riêng của nó,xác định phần phổ trênđó sắc tố thunhận có hiệu quả năng lượngtừ ánh sáng. Chlorophyll, chất hóasinh phổ biến với mọi cơ thể quang hợp,phản xạ bướcsóng màu xanh lá cây (trungbình) và hấp thụ các bướcsóng xanh-tím và đỏ- cam ở hai đầudải phổ ánh sáng khả kiến. Chlorophylllà một phân tử phức hợp tồn tại ở vài biến thể hoặc đồng phân trong cây xanhvà các cơ thể quang hợp khác. Tất cả sinh vật thựchiện quang hợp đều chứa loại chất gọilà chlorophyll a. Nhiều sinhvật kháccũng chứa các sắc tố phụ,gồm những chlorophyll khác, carotenoidvà xanthophyll, hấp thụ những bước sóng khác trong phổ khả kiến. Như vậy, cây xanhcó thể thích ứng với những nhân tố môi trườngnhất định tác động bảnchấtcủa ánh sáng có sẵn lên chúng theo kiểu thích hợp. Các nhân tố như chiềusâuvà chất lượngnước ảnh hưởngmạnh đến bướcsóng ánh sáng có sẵn trong môi trường sôngnướcvà môi trườngbiển khác nhau, và đóng vaitrò to lớn trong nhiệmvụ quang hợp của phytoplankonvà những loài sinh vật nguyên thủy khác. Khi một sắc tố hấp thụ năng lượng ánh sáng, năng lượnghoặc có thể tiêu tan dướidạng nhiệt, phát raở bước sóngdài hơn dưới dạng huỳnh quang,hoặc nó có thể gây ra một phản ứng hóa học. Các màng và cấu trúc nhất định trong sinhvật quanghợp đóng vai trò đơn vị cấu trúc của sự quanghợp vì chlorophyllsẽ chỉ thamgia và những phản ứng hóa học khi phân tử đó tương thích với proteingắn trên màng (vídụ như lục lạp, hình 3).Quanghợp là một quátrình haigiaiđoạn, và trong cơ thể có lục lạp, haikhuvực cấutrúc khác nhau này nằm trong những quá trìnhriêng. Mộtquá trình phụ thuộc ánh sáng(thườnggọi là phản ứng sáng)xảy ra trong hạt xếpcọc, trong khimột quá trình phụ thuộc ánh sángthứ hai (phản ứng tối)xảyra đồng thời trong chất nềncủa lục lạp (hình 3). Người ta cho rằng phản ứng tối có thể xảy ra trongsự thiếu sángchừng nào màcác hạtmang năng lượng phát triển trong phản ứng sáng có mặt. Giai đoạn thứ nhất củasự quang hợp xảy rakhi nănglượngtừ ánh sáng được sử dụng trực tiếpđể tạo ra cácphân tử mang năng lượng, như adonesine triphosphate (ATP). Tronggiaiđoạn này,nướcbị tách các thành phần của nó, và oxygen được giải phóngdưới dạngsảnphẩm.Các tác nhân vận chuyểnnăng lượng hóa sauđó được dùng trong quátrình thứ hai và là quátrình cơ bản nhất củaquá trìnhquang hợp: tạo racácliên kết carbon-carbon.Giai đoạn thứ haikhông yêu cầu rọi sáng (quá trìnhtối) và chịutrách nhiệm cung cấp chất dinhdưỡng cơ bản cho tế bào cây xanh,cũng như tổng hợp chất liệu cho thành tế bào và các thành phần khác. Trongquátrình này, carbon dioxidegắn với hydrogen tạothành carbonhydrate, một họ chất hóa sinh chứa cùng số nguyên tử carbon và phân tử nước. Nói chung, quá trình quang hợp không cho phép cơ thể sống sử dụng trực tiếp năng lượng ánh sáng,mà yêu cầu bắtnăng lượngtrong giai đoạnthứ nhất, tiếp theo sau làgiai đoạn thứ hai của các phảnứng hóa sinh phức tạpchuyển hóa năng lượngthành liên kết hóahọc. Hiện tượng quang điện Một câu hỏi cơ bản phát sinhtrongsố các nhà khoahọc,vàođầu những năm 1700, là khả năng tác động của ánh sánglênvật chất, vàbản chất và hàm ýcủa những tươngtác này.Vào thế kỉ 19, các nhà nghiêncứu đã xác địnhđược ánh sáng có thể tạo ra hạt mangđiện khichiếu vào bề mặt nhữngkimloại nhất định.Những nghiêncứu sau đó đưa tới khám phá thấy rằng hiện tượng này, ngày naygọi là hiệu ứng quang điện, làm tự do hoặc giải phóng các electron liên kếtvới các nguyêntử trong kimloại (hình 4). Năm 1900,nhà vật lí người Đức, PhillipLenard, xác nhậnđược nguồn phát sinhđiện tích là sự phát xạ electron,vàtìm thấy mối quan hệ bất ngờ giữa bước sóngánh sáng và năng lượngvà số electronđược giải phóng.Bằng cách sử dụng ánh sáng có bước sóngnhất định (lọc bằng mộtlăng kính),Lenardchứng minhđược rằngnăng lượng từ electrongiải phóng chỉ phụ thuộcvào bước sóng ánh sáng chứ không phụ thuộc vào cườngđộ sáng. Ánh sáng cường độ thấp tạo ra ít electronhơn,nhưng mỗielectronđều có năng lượng như nhau, bất chấp cường độ sáng. Hơn nữa,Lenardcòn nhận thấy ánh sángcóbước sóng ngắn giải phóng electroncó năng lượnglớn hơnnăng lượng electrontự do được giải phóngbằng ánh sáng có bước sóng dài hơn. Lenard kết luậnrằng cường độ ánh sáng xác địnhsố electronđược giải phóngbởi hiện tượng quang điện, và bướcsóng ánh sáng xác định lượng năng lượng nội tại chứa trongmỗi electronđược giải phóng.Vào lúcấy, sự tương tác bất thường này giữa ánh sángvà vật chất đã đưa ramộtnan đề mà nền vật lí cổ điển khôngthể nào giảithích nổi.Hiệu ứngquangđiệnlà mộttrong số vài vấn đề lí thuyết mà các nhà vậtlí vướngphảivào nhữngnăm 1900do niềm tin rộngrãi vào thuyết sóng ánhsáng.Mãi cho đến khimộtnhà vật lí Đức khác, MaxPlanck,đề ra một lí thuyếtthay thế. Planck chorằngánh sáng, vàcác dạng khác của bức xạ điện từ, không phải liên tục, mà gồmnhữnggói năng lượng (lượng tử) rời rạc. Thuyết lượng tử của ông, mà vớinó ôngđã nhậngiải thưởng Nobelvật lí năm 1918, giải thích cách ánh sáng có thể, trong một số trườnghợp, được xem làhạt tương đươngvới lượngtử năng lượng, là lí thuyếtkế thừa tư tưởng củaIsaac Newton, người cũng tin ánh sánglà hạt vào hai trăm năm trướcđó. Albert Einsteinđã dựa trên các nguyên lí lượngtử của Planckgiải thích hiệu ứng quangđiện trongmột lí thuyết cơ sở sẽ dung hòa bản chất sóngliên tục của ánh sáng với hành trạnghạt củanó. Lập luận cho lối giải thích của Einstein là ánh sáng có bước sóngnhất định xử sự như thể nó gồm các hạt rời rạc, ngày nay gọi là photon,tất cả có chungnănglượng.Hiệuứng quangđiện xảy rado mỗi electron bị bật ra làkết quả của một vachạmgiữa một photon từ ánh sáng vàmột electron trong kimloại. Ánh sáng có cường độ lớn hơn chỉ gây ra nhiều photon hơn va chạmlên kimloại trong một đơnvị thời gian,tương ứng làm bậtra nhiều electron hơn. Năng lượngcủamỗi electronphát ra phụ thuộc vào bướcsóng (tần số) của ánh sáng gây rasự phát xạ, với ánh sángtần số cao hơn sẽ tạo ra electroncó năng lượng cao hơn. Sự tỉ lệ giữa nănglượng photon vàtần số ánh sáng được mô tả bằngđịnh đề cơ bản Planckcủa thuyết lượng tử, líthuyết liên kết thuyếthạt và thuyết sóng, sau này đượcphát triểnthành cơ sở của cơ học lượng tử. Planck ban đầu đưa ra một mối quan hệ cơ sở giữa nănglượng và tần số là một phần líthuyết của ông về cơ chế mà cácchất rắnphát rabức xạ khibị nung nóng(bức xạ vật đen).Địnhđề nổi tiếng phát biểu rằng năng lượng (E)của photon tới bằng với tần số (f) củaánhsáng nhân với một hằng số (h),ngày nay gọi là hằng số Planck. Mối quan hệ đơngiản đó được biểudiễn như sau: E = hf Hiệu ứngquangđiệnbiểu hiện ở ba dạng: quang điện ngoài, quang dẫn, và quangđiện trong,dạng thứ ba là đáng kể nhất đối với sự chuyển hóanănglượng sáng thành nănglượng điện. Hiệu ứng quang điện ngoài xảy ra khi ánh sáng va chạmlên một bề mặt kim loại chuẩn bị trước, ví dụ cesium, và chuyểnhóa đủ năng lượng làm bật electronvào khônggian tự do gần kề bề mặt đó.Trongtế bào quang điện, electronbật rabị hút bởi cực dương, vàkhi áp vào mộthiệu điện thế thì một dòngđiện phát sinh sauđó tỉ lệ tuyếntính với cườngđộ ánh sángtới lên tế bào. Hiệu ứngquangđiệnngoài được mô tả kĩ lưỡng đối với các vùng nănglượng cao, ví dụ như vùng phổ tia Xvà tia gamma, và các tế bào thuộc loại này thườngđược sử dụng để phát hiệnvà nghiên cứu các hiện tượng xảy ra ở những mức năng lượng này. Nhiều chất biểu hiện sự thay đổi đáng kể độ dẫn điện khi bị rọi sáng, và tính chất quang dẫn của chúngcó thể đượckhai thác để đóng mở các dụng cụ điện, cũng như những ứng dụng khác. Trong các chất cóđộ dẫn điệncao, như kimloại, sự thay đổi độ dẫn điện có thể không đáng kể.Tuy nhiên, trongchấtbán dẫn,sự thayđổi này cóthể khá lớn. Vìsự tăng độ dẫn điện tỉ lệ với cườngđộ ánhsáng chạmtới chất liệu, nên dòng điện là mộtdòng ngoài sẽ tăng theo cường độ ánh sáng.Loại tế bào này thườngđượcdùng trong những bộ cảm biến ánh sáng để thực hiện những công việc như bật vàtắt đènđường và đèn chiếu sángtrong nhà. Hiệu ứng quang điện trong và pin Mặt Trời Tế bào Mặt Trời chuyểnhóa năng lượng ánh sángthành năng lượng điện, hoặc gián tiếpbằng cách trước tiên chuyển nóthành năng lượng nhiệt, hoặc qua một quátrình trực tiếpgọi làhiệu ứng quang điện trong. Các loại tế bàoMặtTrời phổ biến nhất dựa trên hiệu ứngquang điện trong, xảyra khi ánhsáng rơi vàomột chất bán dẫn hailớp tạo ra một sự chênh lệch điện thế, hayhiệu điện thế, giữa hai lớp. Hiệu điện thế tạo ratrongtế bào có thể điều khiển dòng điệnqua một mạch điện ngoài có thể dùng làm dụng cụ cấpđiện. Năm 1839,nhàvật lí Pháp Edmund Becquerel phát hiện thấy ánhsángchiếu vào hai điện cực giốnghệt nhau đặt ngậptrongmột dung dịch dẫn điệnyếu sẽ tạo ra mộthiệu điện thế. Hiệu ứng này khônghiệu quả lắm để tạo ra dòng điện, vàvì khôngcó ứng dụng thực tế nào vào lúcđó, nên nó vẫn chỉ là một sự hiếu kì trong nhiều năm. Vài thập kỉ sau, sự quang dẫncủa seleniumđượckhám phá bởi WilloughbySmith trong lúc ông đang kiểm tra các chất để phát triển cápviễn thông dưới nước. Một mô tả của tế bào quang điện seleniumđầu tiên được côngbố vào năm 1877, và sức hấpdẫn rất lớn thu đượctừ việc hiệu ứng quangđiện trong được quansát thấy trong chất rắn. Nhà phát minhngười Mĩ Charles Frittsđã chế tạo được tế bào Mặt Trời đầutiên cấu tạo từ bánh xốp selenium vào năm 1883, mặc dùtế bào củaông có hiệu chuyển hóa chỉ khoảng 1-2%.Các ứngdụng thương mại thựcdụngvà công nghiệp khôngdễ dàng cómặtngay, và vào đầuthế kỉ 20 [...]... khiển và ứng dụng dòng điện Sự hiểu biết toàn diện về hiện tượng bao hàm hiệu ứng quang điện trong không có được, mãi cho tới khi thuyết lượng tử được phát triển Các ứng dụng quang điện trong ban đầu chủ yếu là cảm biến hoặc đo ánh sáng, chứ không phải tạo ra năng lượng điện Tác nhân cần thiết cho nghiên cứu trong lĩnh vực này đến từ mô tả của Einstein về hiệu ứng quang điện và những thí nghiệm buổi... khác để kết hợp và giải phóng năng lượng thừa của chúng Giữ vai trò các hạt mang điện tự do, các electron có khả năng tạo ra dòng điện, mặc dù trong silicon tinh khiết có quá ít chúng nên mức dòng điện là không đáng kể Tuy nhiên, silicon có thể được cải thiện bằng cách thêm vào những tạp chất nhất định sẽ làm tăng hoặc là số lượng electron tự do (silicon loại n), hoặc là số lượng lỗ trống (chỗ thiếu electron,... quang điện trong thông dụng nhất đều sử dụng vài lớp 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 giữa các 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 tự do khỏi liên kết của chúng... trống và electrond đều lưu động bên trong mạng tinh thể silicon cố định nên chúng có thể kết hợp để trung hòa lẫn nhau dưới sự tác động của một hiệu điện thế Silicon pha tạp theo kiểu này có đủ tính nhạy sáng để sử dụng trong các ứng dụng quang điện trong . và một vài sinhvật nguyên thủy khaithác năng lượng từ ánh sángMặtTrời để tạo rađường (và oxygenlà sản phẩm).Sự chuyển hóanănglượng ánh sáng thành năng lượnghóa họcphụ thuộc vào mộtchấtgọi làchlorophyll,. vào bướcsóng (tần số) của ánh sáng gây rasự phát xạ, với ánh sángtần số cao hơn sẽ tạo ra electroncó năng lượng cao hơn. Sự tỉ lệ giữa nănglượng photon vàtần số ánh sáng được mô tả bằngđịnh đề. nhận thấy ánh sángcóbước sóng ngắn giải phóng electroncó năng lượnglớn hơnnăng lượng electrontự do được giải phóngbằng ánh sáng có bước sóng dài hơn. Lenard kết luậnrằng cường độ ánh sáng xác địnhsố