Lichtelektrischer Effekt

Als lichtelektrische Effekte bezeichnet man eine Reihe von physikalischen Vorgängen, bei denen das sichtbare Licht oder Strahlung angrenzender Bereiche des elektromagnetischen Spektrums in Wechselwirkung mit Elektronen tritt. Dabei wird den Elektronen eine solche Menge an Energie zugeführt, dass sie von einem gebundenen in einen freien oder nahezu freien Zustand übergehen.

Der äußere lichtelektrische Effekt

Beim äußeren lichtelektrischen Effekt gehen die Wechselwirkungen zwischen den Elektronen eines Festkörpers (Leiter) und dem Licht in der Nähe der Oberfläche des Körpers vonstatten. Die Elektronen im Leitungsband eines Metalles sind nahezu frei beweglich, können den Festkörper aber nicht verlassen, weil dazu die Verrichtung einer Ablösearbeit erforderlich ist. Durch Energieübertragung vom Licht auf die Elektronen können letztere - sofern das Licht eine gewisse Mindestfrequenz besitzt - eine ausreichende Bewegungsenergie erlangen, um die Oberfläche zu durchdringen und den Festkörper zu verlassen. Diesen Effekt bezeichnet man auch als äußeren Fotoeffekt oder als Fotoemission. Er wird technisch in Fotozellen angewandt.

Der innere lichtelektrische Effekt

Der innere lichtelektrische Effekt spielt sich hauptsächlich in Halbleitern ab. Halbleiter sind dadurch gekennzeichnet, dass die Valenzelektronen relativ locker an die Atomkerne gebunden sind und daher auch durch vergleichsweise geringe Energiezufuhren aus dem gebundenen Zustand in einen nahezu freien Zustand übergehen können. In der physikalischen Fachsprache bezeichnet man diesen Vorgang auch als Wechseln der Elektronen vom Valenzband in das Leitungsband. Die in das Leitungsband überführten Elektronen stehen für die Leitung elektrischen Stromes zur Verfügung. Dies merkt man an dem schnell sinkenden ohmschen Widerstand eines lichtbestrahlten Fotohalbleiters. In Halbleiterfotoelementen leitet man den Elektronenfluss so, dass er sich geordnet in einer bestimmten Richtung vollzieht. Dadurch wird aus dem betreffenden Halbleiterbauteil bei Lichteinfall eine Stromquelle.

Der atomare Fotoeffekt

Durch kurzwelliges Licht können einzelne Atome ionisiert werden. Dabei entweichen Hüllenelektronen aus dem Atom, und bewegen sich bis zu einer Rekombination als freie Teilchen durch den Raum. Dieser Prozess heißt Fotoionisation und wird vor allem bei der an das sichtbare Licht angrenzenden kurzwelligeren UV-Strahlung beobachtet.