1/ Chất quang dẫn là gì?
Chất quang dẫn là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng, dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp. Một số chất quang dẫn như Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe ... chất quang dẫn thường là chất bán dẫn.

Chất được dùng để chế tạo các pin năng lượng mặt trời là chất quang dẫn

2/Hiện tượng quang điện trong
a/ Thí nghiệm hiện tượng quang điện trong

Mô tả thí nghiệm: sử dụng một tấm vật chất được chế tạo từ chất quang dẫn. Sử dụng Ampe kế nối với tấm vật chất để kiểm tra dòng điện.
Khi chất quang dẫn chưa được chiếu sáng ta thấy Ampe kế chỉ số 0 => không có dòng điện
Khi chất quang dẫn được chiếu sáng thích hợp ta thấy Ampe kế chỉ số khác 0 => có dòng điện sinh ra
Ngừng chiếu sáng ta thấy Ampe kế chỉ số 0 => không có dòng điện.
b/ Giải thích hiện tượng trên bằng thuyết lượng tử ánh sáng:
Khi không được chiếu sáng, các electron trong chất quang dẫn đều ở trạng thái liên kết với cá nút mạng tinh thể gọi là các electron liên kết.
Khi bị chiếu sáng mỗi photon ánh sáng kích thích sẽ truyền toạn bộ năng lượng của nó cho electron liên kết. Nếu năng lượng đủ lớn các electron liên kết sẽ giải phóng khỏi mối liên kết để trở thành electron dẫn tham gia vào quá trình dẫn điện đồng thời tạo ra một lỗ trống. Lỗ trống này cũng tham gia vào quá trình dẫn điện. Kết quả là chất quang dẫn trở nên dẫn điện tốt.

Kết luận: Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết thành các electron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống tham gia vào quá trình dẫn điện.

3/ Ứng dụng của chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong
a/ Chế tạo quang điện trở:

• Quang điện trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn. Nó có cấu tạo gồm một sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện.
• Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài Mega Ω (rất lớn) khi không được chiếu sáng xuống vài chục Ω khi được chiếu sáng thích hợp.

b/ Chế tạo pin quang điện (pin mặt trời):
Pin quang điện (còn được gọi là pin mặt trời) là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng mặt trời. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Hiệu suất của các pin quang điện chỉ vào khoảng trên dưới 10%, suất điện động của pin quang điện nằm trong khoảng từ 0,5V đến 0,8V.
Video giải thích nguyên tắc hoạt động của pin quang điện dựa trên hiện tượng quang điện trong

Ánh sáng mặt trời là một nguồn năng lượng sạch và vô tận (ước tính phải 5 tỉ năm nữa mặt trời mới ngừng phát sáng). Trong thực tế giá thành của pin mặt trời còn khá cao, những tấm thu năng lượng mặt trời thường phải có diện tích bề mặt lớn để hấp thụ nhiều ánh sáng nên đòi hỏi không gian rộng ... còn rất nhiều lý do khác nữa khiến việc ứng dụng nguồn năng lượng từ pin mặt trời vào trong đời sống hàng ngày còn gặp nhiều khó khăn.

Xem thêm:
Tổng hợp lý thuyết, bài tập vật lí lớp 12 chương lượng tử ánh sáng

nguồn: vật lí phổ thông ôn thi quốc gia