Fotoelektrik_etkisi
19.yy
1839 yılında, Alexandre Edmond Becquerel elektrolit hücrelerde ışığın etkisini araştırırken fotovoltaik etkiyi keşfetti. Fotoelektrik etkiyle aynı olmamasına rağmen fotovoltaikler üzerine çalışması maddenin deneysel olarak ışık ve elektronik özellikleri arasındaki güçlü ilişkiyi göstermiştir. 1873 yılında, Willoughby Smith Selenyum’daki fotoiletkenliği keşfetti, denizaltı telegrafları çalışmasında metallerin yüksek direnç özelliklerini test etmiştir. Heidelberg’de öğrenci olan Johann Elster (1854–1920) ve Hans Geitel (1855–1923) ışığın şiddetini ölçmek için kullanılan ilk pratik fotoelektrik hücrelerini geliştirdiler. Elster ve Geitel elektriklendirilmiş kütlelerdeki ışık tarafından üretilen etkileri keşfettiler. 1887 yılında, Heinrich Hertz fotoelektrik etkiyi, elektromanyetik dalgaların üretimi ve alımını gözlemledi. Aynı zamanda bu gözlemler Annalen der Physik ‘de de yayımlandı. Alıcı kıvılcım aralığıyla bir bobin içeriyordu, kıvılcım elektromanyetik dalgaların belirlenmesinde görüldü. Kıvılcımı daha iyi görmek için karanlık bir kutuya aparatlar yerleştirdi. Fakat, kutuda maksimum kıvılcım boyunun düştüğünü gördü. Elektronların karşı aralığa atlaması için elektromanyetik dalgalar ve ultraviyole ışınları arasına cam bir panel yerleştirdi. Panel yerinden kaldırıldığında kıvılcım boyu arttı. Cam paneli kuarz ile değiştirdiğinde, kuarz UV ışımasını emmediği için kıvılcım boyu düştü. Hertz aylarını bu araştırmaya harcadı ve gözlemlediği sonuçları raporladı. Daha sonra bu etkiyle ilgili araştırmalarına devam etmedi. 1887 yılında Hertz tarafında keşfedilen kıvılcım geçişini kolaylaştıran kıvılcım aralığında ultraviyole ışınlarına rastlanılması Hallwachs,[24] Hoor,[25] Righi[26] ve Stoletow ışığın ve özellikle ultraviyole ışınlarının yüklenmiş kütleler üzerindeki etki araştırmalarını hızlandırdı. Yeni temizlenmiş çinko yüzeylerindeki araştırmalar onaylanmıştır. Ultraviyole ışık yüzeye düştüğünde eğer negatif elektrikle yüklüyse küçük bile olsa bu yükünü kaybeder. Eğer yüzey başlangıçta yüksüzse ışığa maruz bırakıldığında pozitif olur. Pozitif elektriklendirme yüzeye karşı güçlü bir havalı atomizer tarafından arttırılabilir, metal çevrelendiğinde negatif elektriklendirme gaza geçer. Eğer çinko yüzey pozitif olarak elektriklendirilirse, ışığa maruz kaldığında yük kaynı olmaz: bu sonuç sorgulanmıştır, ama bu olayın Elster ve Geitel tarafından dikkatli bir incelemesi bu şartlar altında gözlenen kaybı göstermiştir. Bu durum pozitif yük tarafından uyarılmış komşu iletkenlerdeki negatif elektriklendirilmiş çinko yüzeyden yansıyan ışık tarafından boşaltılmasından kaynaklanır. Elektrik alanı etkisindeki negatif elektrik pozitif elektriklendirilmiş yüzeye doğru hareket eder. Hertz etkisi göz önüne alındığında, ilk araştırmacılar fotoelektrik yorgunluk olayının muhteşem karmaşasını göstermiştir – bu durum metalik yüzeylerde gözlenen ilerici küçülme etkisidir. Önemli araştırmacı Wilhelm Hallwachs’a göre, bu olayda ozon önemli bir rol oynamaktadır. Fakat diğer elemanlar oksidasyon, nem oranı, yüzeyin parlak olması gibi elemanlardır. Vacumda metal yorulmasının olup olmamasından emin olunmadığı bir zamandır. 1888 Şubat ayından 1891 yılına kadarki periyotta, ayrıntılı bir fotoetki analizi Aleksandr Stoletov tarafından sonuçlarıyla birlikte 6 ay içinde yayınlanmıştır, dört tanesi Comptes Rendus‘da, bir özeti Physikalische Revue’da (Rusça’dan tercüme edilmiştir) ve son çalışması da Journal de Physique ‘da. Ilk önce, Stoletov’un keşfettiği yeni bir deneysel kurulum fotoelektrik etkinin nicelik analizinin daha uygun olduğuydu. Bu kurulumu kullanan Stoletov ışık şiddeti ve uyarılmış foto elektrik akımı arasındaki direkt oranı buldu (fotoetkinin ilk kanunu ya da Stoletov’un kanunu). Diğer bulgularından biri de gaz basıncında elektrik foto akımının şiddetine bağlı olan ölçümlerdi, maksimum fotoakımına bağlı bir optimum gaz basıncının Pm varlığını bulmuştur; bu özellik Güneş’e ait hücrelerin oluşumunda kullanılmıştır. 1899’da J.J.Thomson Crookes tüplerindeki ultraviyole ışınlarını araştırdı. Thomson katot ışınlarında bulunan parçacıklar ve fırlatılan parçacıkların aynı olduğunu göstermiştir, daha sonra bu elektronlara “corpuscles” adı verilir. Bu araştırmalarda, Thomson vakum tüpe metal bir plaka yerleştirdi ve yüksek frekanslı ışımaya maruz bırakıldı. Salınımlı elektromanyetik alanların, belli bir genliğe ulaştıktan sonra atom alanlarında rezonans ürettiklerine neden oldukları düşünülüyordu. Böylece fırlatılan atomaltı “corpuscle”ler ve keşfedilmesi gereken akımlar ortaya çıkıyordu. Bu akım miktarı şiddet ve ışımanın rengiyle değişmekteydi. Büyük ışıma şiddeti veya frekans daha fazla akım üretiyordu.