光電効果
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2023/12/14 01:28 UTC 版)
デジタルカメラや太陽光発電の動作原理として広く利用されている。外部光電効果と内部光電効果の二種類があり、単に光電効果という場合は外部光電効果を指す場合が多い。内部光電効果は、光起電力効果とも呼ばれる[注 1]。
外部光電効果
物質に光を照射すると、光と電子の相互作用によって、光のもつエネルギーが電子に与えられ、電子（光電子）が物質の表面から放出される。この現象を外部光電効果、または単に光電効果と言う。広義には電子のみならず、原子や分子が外部に放出される現象も含める。また、気体の原子や分子が自由電子を放出する光イオン化（英: photoionization、光電離）も広義の外部光電効果である。
光電子の放出は物質に一定の振動数以上の光を照射した時のみ発生する。このときの振動数を限界振動数 ν0 と言う。またその時の波長を限界波長 λ0 と言い、これらの値は物質の種類によって決まっている。入射光の強度にはよらない。
この現象の起こりやすさは仕事関数 φ で表すことができ、ν0 と λ0 を用いて書くと、c を光速、e を電気素量として
内部光電効果：半導体や絶縁体に光を照射すると電子が励起する 半導体や絶縁体に充分に短波長の光を照射すると、物質内部の伝導電子が増加する現象、またそれによって起こる電気伝導率が増加するなどの現象を内部光電効果と呼ぶ。光伝導（英: photoconduction）、光導電とも言う。半導体や絶縁体において、価電子帯や不純物準位などにある電子が光子のエネルギーを吸収し、伝導帯などへ励起される。この励起された電子を光電子と呼ぶ。これによって伝導電子や正孔が増加するため、導電性が増す。この性質を光伝導性（英: photoconductivity）、光導電性という。この時の電気伝導率の増加は、キャリアの電荷を e、キャリアの寿命を τ、移動度を μ、体積・時間あたりの光子数を f、1光子あたりに生じるキャリア数（量子効率）を η として
で表される。この効果は半導体のみならず、酸化物や硫化物、有機物など非常に多様な物質で見られる。
応用例
一般に内部光電効果を用いた場合、低電圧で駆動可能、小型化しやすい、丈夫で長寿命、などの利点が得られる。
注釈
- ^ JIS C 8960「太陽光発電用語」において、光起電力効果と呼ばれている。
- ^ タイトルの日本語訳は『アインシュタイン選集1』[6]およびこの書籍を参考文献としているウェブサイト[7]から取っている。
- ^ この授賞については、本来授賞理由とされるべきであった相対性理論に対して、当時（実は現代も）は懐疑的・否定的な意見（相対性理論#反「相対性理論」を参照）、あるいは新発見ではなく単なる物理学の解釈に過ぎないという意見があった事から、名目上は光電効果研究が授賞理由にされたと言われている。
- ^ 電磁気学により電磁波のエネルギーは振幅の二乗に比例することが分かっている。（振動数には関係がない）因みに、古典力学によれば、力学的波動（質点が運動する運動）のエネルギーは振幅の二乗と振動数の二乗の両方に比例する（出典:https://eman-physics.net/dynamics/wave_energy.html）
出典
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