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.
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.