Efecto Fotoeléctrico
La emisión de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia fue observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs. Este efecto se llama efecto fotoeléctrico la liberación (total o parcial) de los electrones de enlaces con atomos  y moléculas de la sustancia bajo acción de la luz (visible, infrarroja y ultravioleta).
Si los electrones  salen fuera de la sustancia  el efecto fotoeléctrico se denomina externo. El efecto fotoeléctrico se observa en los metales. Sus características esenciales son
Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por mas intensa que sea la radiación.

La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación que incide sobre la superficie del metal, ya que hay mas energía disponible para liberar electrones.

La  fig.1  muestra un recipiente  provisto de una ventanilla de cuarzo que es transparente para la radiación óptica. Dentro del recipiente  se encuentra una placa metalica  K (catodo), conectada al polo negativo de la pila, y una placa A (anodo), conectada al polo positivo de la pila. Al iluminarse la placa K, entre ésta y la placa A  se produce una corriente (corriente fotoeléctrica) que puede medirse con el galvanómetro G. Como en el recipiente existe un vacío, la corriente se produce exclusivamente por los electrones(fotoelectrones) que se desprenden de la placa iluminada.




Fig. 1 Fig. 2

Hay tres  características  fundamentales  del efecto fotoeléctrico.   
 
La corriente fotoeléctrica de saturación (o sea, el número maximo de electrones liberados por la  luz en 1 s) es directamente proporcional  al flujo luminoso incidente.        
La velocidad de los fotoelectrones crece con el aumento de la frecuencia de la luz incidente y no depende de su intensidad.         
Independientemente de la intensidad de la luz el efecto fotoeléctrico  comienza sólo con frecuencia mínima determinada (para el metal dado) de la luz que se denomina frecuencia de corte o umbral.        
          
  La  fig.2 se muestra  la  grafica  de la corriente fotoeléctrica en función de la diferencia de potencial  V entre las placas A y K.  La intensidad de la corriente fotoeléctrica, cuando la composición y la intensidad de la luz incidente sobre la placa K permanecen constantes, depende de la diferencia de potencial V que existe entre las placas A y K.  En esta grafica se observa dos particularidades: 1) al aumentar la diferencia de potencial  V la corriente fotoeléctrica llega a la saturación y 2) existe un valor de la diferencia de potencial retardadora (potencial retardador) V0  llegando a la cual cesa la corriente i.  
La corriente fotoeléctrica alcanza un valorlímite   is (la corriente de saturación)  para el cual  todos los fotoelectrones desprendidos del catodo llegan hasta la placa A. La practica demuestra que  con el aumento de la intensidad de la luz incidente aumenta también la corriente de saturación, pero solamente a causa de que son emitidos mas electrones.  La  intensidad de la luz incidente para la curva 2 es mayor  que para la curva 1. Como la corriente i = en, donde n es el número de electrones arrancados  en la unidad de tiempo, se deduce que el número de electrones arrancados  en la unidad de tiempo aumenta con el aumento de la intensidad de la luz incidente.
La parte ab de la curva  indica, que aunque se invierte la polaridad de la diferencia de potencial, la corriente fotoeléctrica no se reduce instantaneamente a cero, lo que hace deducir que los electrones emitidos por la placa K tienen una  determinada velocidad inicial. Estos electrones dejan de llegar a la placa A cuando el trabajo del campo eléctrico eV0, que frena a los electrones, se hace igual  a su energía cinética inicial (la energía cinética maxima) Ec,max= (mυ2)/2.
                                           (1
De la fig.2 se ve que para las ambas curvas,  que corresponden a diferentes intensidades de la luz incidente,  el potencial retardador es el mismo, o sea, el potencial retardador no depende de la intensidad de la radiación incidente, lo que implica que la energíacinética maxima es independiente de la  intensidad de la luz.
La segunda y tercera ley del efecto fotoeléctrico esté en contradicción con la teoría ondulatoria de la luz. Según esta teoría  una onda electromagnética al incidir sobre el cuerpo que contenga electrones debera provocar  en ellos vibraciones forzadas de amplitud proporcional a las amplitudes de las propias ondas luminosas. La intensidad de la luz es proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda electromagnética, por lo tanto, la luz de cualquier frecuencia, pero de intensidad suficientemente grande, debería arrancar los electrones del metal, es decir, no debería existir la frecuencia umbral para el efecto fotoeléctrico.
Esta conclusión no  concuerda con la tercera ley del efecto fotoeléctrico. La amplitud de las ondas luminosas determina la potencia del flujo luminoso, la velocidad de los electrones desprendidos debería aumentar con el crecimiento de la intensidad de la luz incidente; en otras palabras, cuanto mas intensa fuera la luz, tanto mayor energía cinética  debería recibir de ella el electrón. Pero en realidad esto no ocurre: al aumentar la potencia de la luz incidente lo que aumenta  es el número  de electrones que se desprenden; la velocidad de los electrones depende exclusivamente de la frecuencia de la luz.


Fig.3
La fig.3 muestra  la grafica, obtenida experimentalmente, del potencial retardador en función de la frecuencia de la luz incidente.Cuanto mas la frecuencia de la luz, tanto mayor debe ser el potencial retardador. Ademas, la grafica pone de manifiesto que existe una frecuencia  de corte ν0,  característica para cada metal. Para frecuencias menores que ésta desaparece el efecto fotoeléctrico, por intensa que sea la iluminación.
Las tres características mencionadas anteriormente se interpretan facilmente, basandose en la teoría cuantica de la luz. Einstein demostró que todas las regularidades fundamentales del efecto fotoeléctrico se explican directamente si se admite que la luz es absorbida en las mismas porciones (cuantos)  E = hν en que, según Planck, es emitida. Cuando un fotón choca con un electrón  en la superficie  o en un punto interior infinitamente próximo  a la superficie  de un metal, puede transmitir su energía al electrón. Después del choque con  el electrón  el fotón desaparece. La energía adquirida por el electrón se gasta en el trabajo necesario para arrancar el electrón (E0) y en comunicarle  una energía cinética  (mυ2)/2. De acuerdo con la ley de la conservación de la energía  tendremos que  
                      
Esta es la fórmula de Einstein.  Expresando  la energía cinética del electrón  por medio del trabajo del campo eléctrico [la fórmula (1)], se puede escribir  la fórmula de Einstein de la forma:
                           hν = eV0 +  E0.
De esta última igualdadse deduce que
                         
Esta fórmula es la expresión analítica de de la grafica V0 = f(ν) [fig.3]. El hecho  de que la  energía cinética de los fotoelectrones es función lineal  de la frecuencia se deduce de la hipótesis según la cual la absorción de la luz se realiza en porciones (cuantos) de energía E = hν.
De la misma forma se explica la proporcionalidad que existe entre la corriente de saturación y la potencia de la luz que incide. Al aumentar la potencia del flujo luminoso aumenta también el número de porciones de energía (cuantos)  E = hν y por consiguiente  el número n de electrones arrancados en la unidad de tiempo. Como is es proporcional a n, esta claro que la corriente de saturación es también proporcional a la potencia de la luz.








Panel Solar
Un panel solar (o módulo solar) es un dispositivo que aprovecha la energía de la radiación solar. El término comprende a los colectores solares utilizados para producir agua caliente (usualmente doméstica) mediante energía solar térmica y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad mediante energía solar fotovoltaica.
Energía Solar Fotovoltaica
Descripción de un panel
Los paneles fotovoltaicos: estan formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad. Las celdas a veces son llamadas células fotovoltaicas, del griego 'fotos', luz. Estas celdas dependen del efectofotovoltaico por el que la energía luminosa produce cargas positiva y negativa en dos semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico capaz de generar una corriente.
Los materiales que se eligen habitualmente para celdas solares son Silicio cristalino y arseniuro de galio . Los cristales de arseniuro de galio son creados especialmente para uso fotovoltaico, mientras que los cristales de silicio estan disponibles en lingotes estandar mas baratos producidos principalmente para el consumo de la industria microelectrónica. El silicio policristalino tiene una menor eficacia de conversión, pero también menor coste.
Cuando es expuesto a luz solar directa, una celda de silicio de 6 cm de diametro puede producir una corriente de alrededor 0,5amperios a 0  voltios (equivalente a un promedio de 90 W/m², en un rango de usualmente 50-150 W/m², dependiendo del brillo solar y la eficacia de la celda). El arseniuro de galio es mas eficaz que el silicio, pero también mas costoso.
Las células de silicio mas comúnmente empleadas en los paneles fotovoltaicos se pueden dividir en tres subcategorías
Las células de silicio monocristalino estan constituidas por un único cristal de silicio. Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.
Las células de silicio policristalino (también llamado multicristalino) estan constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al delas células monocristalinas. Se caracterizan por un color azul mas intenso.
Las células de silicio amorfo. Son menos eficientes que las células de silicio cristalino pero también menos costosas. Este tipo de células es, por ejemplo, el que se emplea en aplicaciones solares como relojes o calculadoras.
Los lingotes cristalinos son cortados en discos finos como una oblea, pulidos para eliminar posibles daños causados por el corte. Se introducen dopantes (impurezas añadidas para modificar las propiedades conductoras) dentro de las obleas, y se depositan conductores metalicos en cada superficie: una fina rejilla en el lado donde da la luz solar y usualmente una hoja plana en el otro. Los paneles solares son construidos con estas celdas cortadas en forma apropiada. Para protegerlos de daños en la superficie frontal causados por radiación o por el mismo manejo de éstos se los enlaza en una cubierta de vidrio y se cimentan sobre un sustrato (el cual puede ser un panel rígido o una manta blanda). Se realizan conexiones eléctricas en serie-paralelo para determinar el voltaje de salida total. La cimentación y el sustrato deben ser conductores térmicos, ya que las celdas se calientan al absorber la energía infrarroja que no es convertida en electricidad. Debido a que el calentamiento de las celdas reduce la eficacia de operación es deseable minimizarlo. Los ensamblajes resultantes son llamados paneles solares o grupos solares.