Célula Fotoeléctrica

Se define como el conjunto de dispositivos realizados en un material que tiene la propiedad de emitir electrones cuando es alcanzado por un haz luminoso. El fenómeno fotoeléctrico fue observado primeramente por Hertz en 1887, pero se debe a Hallwachs (1889) su interpretación correcta.

En un principio se pensó que la energía cinética con que se producía la emisión de electrones debería de ser proporcional al flujo luminoso, es decir, a la amplitud de la ondulación representante del haz luminoso. Sin embargo, un resultado importante de las experimentaciones fue el descubrimiento de que la velocidad máxima de emisión de electrones dependía solamente de la frecuencia de la radiación incidente pero no de la intensidad de dichas radiaciones.

Fue Einstein en 1905 quien ofreció una teoría basada en los cuantos (o quanta) de Planck, que explicaba perfectamente la emisión fotoeléctrica y básicamente exponía que cuando un fotón choca contra la célula y es absorbido completamente, desaparece cediendo su energía  a uno de los electrones libres. Para extraer este electrón del metal o célula, es preciso comunicarle cierta energía superior a un valor umbral  que depende del material de que se trate. El excedente de energía entre la que se le suministra y la energía umbral E-Eo, constituye la energía cinética máxima del electrón.

Lo representa la energía mínima necesaria para liberar el electrón del material, mientras la energía proporcionada por el fotón es directamente  proporcional a la frecuencia de la Longitud de onda de la radiación, siendo  la constante de proporcionalidad, la conocida constante de Planck. Por ello, una radiación puede ser muy  débil pero tener suficiente energía  para producir fotoelectrones. Los  electrones emitidos por efecto foto-eléctrico tienen realmente una energía cinética variable dentro de un intervalo de valores, ya que son arrancados del interior de la superficie del metal y antes de emerger sufren colisiones con los átomos del mismo. Los fotoelectrones de energía máxima son aquellos que se originaron próximos a la superficie y por tanto escaparon sin verificar ningún choque.

Existen muchas aplicaciones tecnológicas del efecto fotoeléctrico.
Las células fotoeléctricas se utilizan como aparatos de control; cuando se modifica la iluminación de la fotocélula, se produce una variación en la corriente fotoeléctrica y cambia el voltaje a través de una resistencia en serie con la célula, lo cual provoca la aparición de una señal eléctrica que es amplificada convenientemente.
También se usan como medidores de intensidades luminosas,dispositivos de alarma contra
robos e incendios, contadores de personas u objetos opacos que pasan por delante de la misma interrumpiendo el haz incidente, apertura automática de puertas etcétera. Una de las aplicaciones más interesantes del efecto fotoeléctrico es la producción de energía solar mediante células solares o fotovoltaicas.

Los sistemas solares fotovoltaicos consisten en un conjunto de células solares hechas de material semiconductor (germanio o silicio) que se disponen en paneles que transforman directamente la energía solar en eléctrica. Este tipo de instalaciones se encuentra en su fase
de desarrollo, ya que el coste de una célula solar es aún muy elevado.