Als photoelektrischer Effekt bezeichne ich drei Prozesse der Wechselwirkung von Photonen mit Materie. In allen drei Fällen wird ein Elektron aus einer Bindung – z. B. in einem Atom oder im Valenzband oder im Leitungsband eines Festkörpers – gelöst, indem es ein Photon absorbiert. Die Energie des Photons muss dazu mindestens so gross sein wie die Bindungsenergie des Elektrons.
Ich unterscheide drei Arten:
- Als äusseren Effekt bezeichne ich das Herauslösen von Elektronen aus einer Halbleiteroberfläche (siehe Photokathode) durch Bestrahlung. Dieser Effekt wurde bereits im 19. Jahrhundert entdeckt und 1905 von A. Einstein erstmals gedeutet, wobei er den Begriff des Lichtquants einführte.
- Der innere Effekt tritt in Halbleitern auf. Man unterscheidet zwei Fälle:
1. Als Photoleitung bezeichnet man die Zunahme der Leitfähigkeit von Halbleitern durch Bildung von nicht aneinander gebundenen Elektron-Loch-Paaren.
2. Darauf aufbauend ermöglicht der photovoltaische Effekt (siehe unten) die Umwandlung von Licht- in elektrische Energie.
- Unter Photoionisation (auch atomarer Photoeffekt) versteht man die Ionisation einzelner Atome oder Moleküle durch Bestrahlung mit Licht genügend hoher Frequenz.
Die vollständige Absorption des Photons durch ein freies Elektron ist nicht möglich. Stattdessen findet ein Compton-Effekt statt, aus dem immer auch ein Photon geringerer Energie hervorgeht.
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