ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกคือการปล่อยอิเล็กตรอน ออก จากวัสดุที่เกิดจากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นแสงอัลตราไวโอเลตอิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาในลักษณะนี้เรียกว่าโฟโตอิเล็กตรอนปรากฏการณ์นี้ได้รับการศึกษาในฟิสิกส์สสารควบแน่นฟิสิกส์ของแข็งและเคมีควอนตัมเพื่ออนุมานเกี่ยวกับคุณสมบัติของอะตอม โมเลกุล และของแข็ง ปรากฏการณ์นี้ถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เชี่ยวชาญด้านการตรวจจับแสงและการปล่อยอิเล็กตรอนที่กำหนดเวลาได้อย่างแม่นยำ

ผลการทดลองขัดแย้งกับทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิกซึ่งทำนายว่าคลื่นแสงต่อเนื่องจะถ่ายโอนพลังงานไปยังอิเล็กตรอน ซึ่งจะถูกปล่อยออกมาเมื่อสะสมพลังงานได้มากพอ การเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสงจะเปลี่ยนพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาตามทฤษฎี โดยแสงที่จางลงจะทำให้การปล่อยอิเล็กตรอนล่าช้าลง แต่ผลการทดลองกลับแสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาก็ต่อเมื่อแสงมีความถี่เกินกว่าค่าที่กำหนดเท่านั้นโดยไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงหรือระยะเวลาการสัมผัส เนื่องจากลำแสงความถี่ต่ำที่มีความเข้มสูงจะไม่สะสมพลังงานที่จำเป็นในการสร้างโฟโตอิเล็กตรอน เหมือนกับกรณีที่พลังงานของแสงสะสมมาเรื่อยๆ จากคลื่นต่อเนื่องอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์จึงเสนอว่าลำแสงไม่ใช่คลื่นที่แพร่กระจายผ่านอวกาศ แต่เป็นกลุ่มพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง ซึ่งต่อมาได้รับการขนานนามว่าโฟตอนโดยกิลเบิร์ต เอ็น. ลูอิส

การปล่อยอิเล็กตรอนนำไฟฟ้าจากโลหะ ทั่วไป ต้องใช้ควอนตัมแสงไม่กี่อิเล็กตรอนโวลต์ (eV) ซึ่งสอดคล้องกับแสงที่มองเห็นได้หรือแสงอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่นสั้น ในกรณีที่รุนแรง การปล่อยจะถูกเหนี่ยวนำด้วยโฟตอนที่มีพลังงานใกล้ศูนย์ เช่น ในระบบที่มีความสัมพันธ์กับอิเล็กตรอนเป็นลบและการปล่อยจากสถานะกระตุ้น หรือโฟตอนไม่กี่ร้อย keV สำหรับอิเล็กตรอนแกนกลางในธาตุที่ มี เลขอะตอมสูง^{[ 1 ]}การศึกษาปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกนำไปสู่ขั้นตอนสำคัญในการทำความเข้าใจธรรมชาติควอนตัมของแสงและอิเล็กตรอน และมีอิทธิพลต่อการก่อตัวของแนวคิดเรื่องความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาค [ ^{2 ] ปรากฏการณ์}อื่นๆ ที่แสงมีผลต่อการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า ได้แก่ปรากฏการณ์การนำ ไฟฟ้าด้วยแสง ปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกและปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กโทรเคมี

โฟตอนของลำแสงมีพลังงานเฉพาะตัว เรียกว่าพลังงานโฟตอนซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของแสง ในกระบวนการปล่อยโฟตอน เมื่ออิเล็กตรอนภายในวัสดุดูดซับพลังงานของโฟตอนและได้รับพลังงานมากกว่าพลังงานยึดเหนี่ยว ของมัน อิเล็กตรอนนั้นก็มีแนวโน้มที่จะถูกปล่อยออกมา หากพลังงานโฟตอนต่ำเกินไป อิเล็กตรอนจะไม่สามารถหลุดออกจากวัสดุได้ เนื่องจากการเพิ่มความเข้มของแสงความถี่ต่ำจะเพิ่มจำนวนโฟตอนพลังงานต่ำเท่านั้น การเปลี่ยนแปลงความเข้มนี้จึงไม่สร้างโฟตอนเดี่ยวที่มีพลังงานเพียงพอที่จะขับไล่อิเล็กตรอนได้ ยิ่งไปกว่านั้น พลังงานของอิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาจะไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงที่เข้ามาที่มีความถี่ที่กำหนด แต่จะขึ้นอยู่กับพลังงานของโฟตอนแต่ละตัวเท่านั้น

ในขณะที่อิเล็กตรอนอิสระสามารถดูดซับพลังงานใดๆ ก็ได้เมื่อถูกฉายรังสี ตราบใด ที่ตามมาด้วยการปล่อยซ้ำทันที เช่นในปรากฏการณ์คอมป์ตันในระบบควอนตัม พลังงานทั้งหมดจากโฟตอนหนึ่งตัวจะถูกดูดซับ—หากกระบวนการนี้ได้รับอนุญาตจากกลศาสตร์ควอนตัม —หรือไม่มีเลย พลังงานที่ได้รับมาส่วนหนึ่งจะถูกใช้เพื่อปลดปล่อยอิเล็กตรอนจากการยึดเหนี่ยวกับอะตอม และส่วนที่เหลือจะนำไปสู่พลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอน ในฐานะอนุภาคอิสระ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}เนื่องจากอิเล็กตรอนในวัสดุครอบครองสถานะควอนตัมที่แตกต่างกันหลายสถานะด้วยพลังงานยึดเหนี่ยวที่แตกต่างกัน และเนื่องจากพวกมันสามารถทนต่อการสูญเสียพลังงานระหว่างทางออกจากวัสดุ อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจะมีช่วงของพลังงานจลน์ อิเล็กตรอนจากสถานะที่ถูกครอบครองสูงสุดจะมีพลังงานจลน์สูงสุด ในโลหะ อิเล็กตรอนเหล่านั้นจะถูกปล่อยออกมาจากระดับเฟอร์มิ

เมื่อโฟโตอิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมาในของแข็งแทนที่จะปล่อยเข้าไปในสุญญากาศ มักจะใช้คำว่าการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนภายในและการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนเข้าไปในสุญญากาศจะเรียกว่า การปล่อยโฟโต อิเล็กตรอน ภายนอก

แม้ว่าการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้นได้จากวัสดุใดๆ ก็ตาม แต่จะสังเกตได้ง่ายที่สุดจากโลหะและตัวนำอื่นๆ เนื่องจากกระบวนการนี้ทำให้เกิดความไม่สมดุลของประจุ ซึ่งหากไม่ถูกทำให้เป็นกลางโดยการไหลของกระแสไฟฟ้า จะส่งผลให้กำแพงศักย์เพิ่มขึ้นจนกระทั่งการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนหยุดลงโดยสมบูรณ์ กำแพงพลังงานสำหรับการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนมักจะเพิ่มขึ้นโดยชั้นออกไซด์ที่ไม่นำไฟฟ้าบนพื้นผิวโลหะ ดังนั้นการทดลองและอุปกรณ์ในทางปฏิบัติส่วนใหญ่ที่ใช้ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตรอนจึงใช้พื้นผิวโลหะที่สะอาดในหลอดสุญญากาศ สุญญากาศยังช่วยในการสังเกตอิเล็กตรอนได้ดีขึ้น เนื่องจากป้องกันไม่ให้ก๊าซขัดขวางการไหลของอิเล็กตรอนระหว่างขั้วไฟฟ้า

แสงแดดเป็นแหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตที่ไม่สม่ำเสมอและแปรผันได้ ปริมาณรังสี UV เปลี่ยนแปลงไปตามปริมาณเมฆ ความเข้มข้นของโอโซน ระดับความสูง และการสะท้อนของพื้นผิว แหล่งกำเนิดรังสี UV ในห้องปฏิบัติการนั้นใช้หลอดไฟซีนอนอาร์ค หรือ หลอดฟลูออเรสเซนต์ซึ่งให้แสงสม่ำเสมอกว่าแต่มีความเข้มแสงน้อยกว่า^{[ 6 ]} แหล่งกำเนิดที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น ได้แก่เลเซอร์อัลตราไวโอเลต^{[ 7 ]}และรังสีซินโครตรอน^{[ 8 ]}

การจัดวางอุปกรณ์แบบคลาสสิกเพื่อสังเกตปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกประกอบด้วยแหล่งกำเนิดแสง ชุดตัวกรองเพื่อทำให้แสง เป็นแสง เอกรงค์ หลอดสุญญากาศที่โปร่งใสต่อแสงอัลตราไวโอเลต ขั้วไฟฟ้าเปล่งแสง (E) ที่สัมผัสกับแสง และตัวเก็บประจุ (C) ซึ่งแรงดันไฟฟ้าV _Cสามารถควบคุมได้จากภายนอก

ใช้แรงดันไฟฟ้าภายนอกที่เป็นบวกเพื่อนำอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากการกระตุ้นด้วยแสงไปยังตัวเก็บประจุ หากความถี่และความเข้มของรังสีที่ตกกระทบคงที่ กระแสไฟฟ้าจาก การกระตุ้นด้วยแสง Iจะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าบวกเพิ่มขึ้น เนื่องจากมีอิเล็กตรอนถูกนำไปยังขั้วไฟฟ้ามากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อไม่สามารถเก็บรวบรวมอิเล็กตรอนจากการกระตุ้นด้วยแสงเพิ่มเติมได้ กระแสไฟฟ้าจากการกระตุ้นด้วยแสงจะถึงค่าอิ่มตัว กระแสนี้จะเพิ่มขึ้นได้ก็ต่อเมื่อความเข้มของแสงเพิ่มขึ้นเท่านั้น

แรงดันลบที่เพิ่มขึ้นจะป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงสุดไปถึงตัวเก็บประจุได้ ยกเว้นอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงสุดเท่านั้น เมื่อไม่พบกระแสไฟฟ้าไหลผ่านหลอด แรงดันลบจะถึงค่าที่สูงพอที่จะชะลอและหยุดโฟโตอิเล็กตรอนที่มีพลังงานจลน์สูงสุด_Kmax ค่าของแรงดันหน่วงนี้เรียกว่าศักย์หยุดหรือศักย์ตัดV _o [ ^{9 ]}เนื่องจากงานที่ทำโดยศักย์หน่วงในการหยุดอิเล็กตรอนที่มีประจุ^eคือ eV o _{ดังนั้น eV o จะต้องเป็น จริง}ดังนี้eV _o  =  Kmax

กราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้ามีลักษณะเป็นรูปตัว S แต่รูปร่างที่แน่นอนจะขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตของการทดลองและคุณสมบัติของวัสดุอิเล็กโทรด

สำหรับพื้นผิวโลหะที่กำหนด จะมีความถี่ต่ำสุดของรังสี ตกกระทบค่าหนึ่ง ซึ่งต่ำกว่านั้นจะไม่มีโฟโตอิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมา ความถี่นี้เรียกว่าความถี่เกณฑ์การเพิ่มความถี่ของลำแสงตกกระทบจะเพิ่มพลังงานจลน์สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมา และแรงดันหยุดจะต้องเพิ่มขึ้น จำนวนอิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาอาจเปลี่ยนแปลงได้เช่นกัน เนื่องจากความน่าจะเป็นที่แต่ละโฟตอนจะส่งผลให้เกิดอิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมานั้นขึ้นอยู่กับพลังงานของโฟตอน

การเพิ่มความเข้มของแสงโมโนโครมาติกเดียวกัน (ตราบใดที่ความเข้มไม่สูงเกินไป^{[ 10 ]} ) ซึ่งเป็นสัดส่วนกับจำนวนโฟตอนที่ตกกระทบพื้นผิวในช่วงเวลาที่กำหนด จะเพิ่มอัตราการปล่อยอิเล็กตรอน—กระแสไฟฟ้าโฟโตอิเล็กตรอนI—แต่พลังงานจลน์ของโฟโตอิเล็กตรอนและแรงดันหยุดยังคงเท่าเดิม สำหรับโลหะที่กำหนดและความถี่ของรังสีตกกระทบ อัตราการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของแสงตกกระทบ

ความล่าช้าของเวลาระหว่างการตกกระทบของรังสีและการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนนั้นน้อยมาก น้อยกว่า 10 ⁻⁹วินาที การกระจายเชิงมุมของโฟโตอิเล็กตรอนขึ้นอยู่กับโพลาไรเซชัน (ทิศทางของสนามไฟฟ้า) ของแสงตกกระทบอย่างมาก เช่นเดียวกับคุณสมบัติควอนตัมของวัสดุที่ปล่อย เช่น สมมาตรของวงโคจรอะตอมและโมเลกุล และโครงสร้างแถบอิเล็กตรอนของของแข็งผลึก ในวัสดุที่ไม่มีระเบียบในระดับมหภาค การกระจายของอิเล็กตรอนมีแนวโน้มที่จะสูงสุดในทิศทางของโพลาไรเซชันของแสงโพลาไรซ์เชิงเส้น^{[ 11 ]}เทคนิคการทดลองที่สามารถวัดการกระจายเหล่านี้เพื่ออนุมานคุณสมบัติของวัสดุได้คือ สเปกโทรส โก ปีการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนแบบแยกมุม

ในปี ค.ศ. 1905 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้เสนอทฤษฎีปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกโดยใช้แนวคิดที่ว่าแสงประกอบด้วยแพ็กเก็ตพลังงานขนาดเล็กที่เรียกว่าโฟตอนหรือควอนตัมแสง แต่ละแพ็กเก็ตมีพลังงานที่เป็นสัดส่วนกับความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน ค่าคงที่สัดส่วน นี้ ได้กลายเป็นที่รู้จักใน ชื่อค่าคงที่ ของพลังค์ ในช่วงของพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่ถูกดึงออกจากพันธะอะตอมที่แตกต่างกันโดยการดูดซับโฟตอนของพลังงานพลังงานจลน์สูงสุดคือ โดยที่คือพลังงานขั้นต่ำที่จำเป็นในการดึงอิเล็กตรอนออกจากพื้นผิวของวัสดุ เรียกว่าฟังก์ชันงานของพื้นผิวและบางครั้งก็ใช้สัญลักษณ์หรือ[ ^{12 ]}ถ้าเขียนฟังก์ชันงานเป็น สูตรสำหรับพลังงานจลน์สูงสุดของอิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาจะกลาย ^เป็น${\displaystyle h\nu }$${\displaystyle \nu }$${\displaystyle h}$${\displaystyle h\nu }$${\displaystyle K_{\max }}$$${\displaystyle K_{\สูงสุด }=h\,\nu -W.}$$${\displaystyle W}$${\displaystyle \Phi }$${\displaystyle \varphi }$$${\displaystyle W=h\,\nu _{o},}$$$${\displaystyle K_{\max }=h\left(\nu -\nu _{o}\right)}$$

พลังงานจลน์เป็นค่าบวก และจำเป็นสำหรับการเกิดปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กท ริก ^{[ 13 ]}ความถี่คือความถี่เกณฑ์สำหรับวัสดุที่กำหนด เหนือความถี่นั้น พลังงานจลน์สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอนรวมถึงแรงดันหยุดในการทดลองจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามความถี่ และไม่ขึ้นอยู่กับจำนวนโฟตอนและความเข้มของแสงโมโนโครมาติกที่ตกกระทบ สูตรของไอน์สไตน์ แม้จะเรียบง่าย แต่ก็อธิบายปรากฏการณ์ทั้งหมดของปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก และมีผลกระทบอย่างกว้างขวางต่อการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัม ${\displaystyle \nu >\nu _{o}}$${\displaystyle \nu _{o}}$${\textstyle V_{o}={\frac {h}{e}}\left(\nu -\nu _{o}\right)}$

อิเล็กตรอนที่ถูกยึดไว้ในอะตอม โมเลกุล และของแข็ง ต่างก็มีสถานะพลังงานยึดเหนี่ยว ที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน เมื่อควอนตัมของแสงส่งพลังงานมากกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวนี้ไปยังอิเล็กตรอนแต่ละตัว อิเล็กตรอนอาจถูกปล่อยออกมาสู่พื้นที่ว่างด้วยพลังงานจลน์ส่วนเกินที่สูงกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอน การกระจายตัวของพลังงานจลน์จึงสะท้อนถึงการกระจายตัวของพลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอนในระบบอะตอม โมเลกุล หรือผลึก กล่าวคือ อิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาจากสถานะที่มีพลังงานยึดเหนี่ยวจะมีพลังงานจลน์การกระจายตัวนี้เป็นหนึ่งในลักษณะสำคัญของระบบควอนตัม และสามารถนำไปใช้ในการศึกษาเพิ่มเติมในเคมีควอนตัมและฟิสิกส์ควอนตัมได้ ${\displaystyle h\nu }$${\displaystyle E_{B}}$${\displaystyle E_{k}=h\nu -E_{B}}$

คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของของแข็งผลึกที่มีระเบียบจะถูกกำหนดโดยการกระจายของสถานะอิเล็กทรอนิกส์โดยสัมพันธ์กับพลังงานและโมเมนตัม ซึ่งก็คือโครงสร้างแถบอิเล็กตรอนของของแข็ง แบบจำลองทางทฤษฎีของการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนจากของแข็งแสดงให้เห็นว่าการกระจายนี้ส่วนใหญ่ยังคงรักษาไว้ในปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตรอนแบบจำลองสามขั้นตอน เชิงปรากฏการณ์ ^{[ 14 ]}สำหรับการกระตุ้นด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์อ่อนจะแยกผลกระทบออกเป็นขั้นตอนเหล่านี้: ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

1. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกภายในเนื้อวัสดุ คือการเปลี่ยนผ่านทางแสงโดยตรงระหว่างสถานะอิเล็กตรอนที่มีอิเล็กตรอนอยู่และสถานะอิเล็กตรอนที่ว่างอยู่ ปรากฏการณ์นี้อยู่ภายใต้กฎการเลือก ทางกลศาสตร์ควอนตัม สำหรับการเปลี่ยนผ่านแบบไดโพล รูที่เหลืออยู่หลังอิเล็กตรอนสามารถก่อให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ หรือที่เรียกว่าปรากฏการณ์ออเกอร์ซึ่งอาจมองเห็นได้แม้ว่าโฟโตอิเล็กตรอนหลักจะไม่ได้ออกจากวัสดุก็ตาม ในของแข็งระดับโมเลกุลโฟนอนจะถูกกระตุ้นในขั้นตอนนี้และอาจมองเห็นได้เป็นเส้นสเปกตรัมรองในพลังงานอิเล็กตรอนสุดท้าย
2. การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปยังพื้นผิว ซึ่งอิเล็กตรอนบางส่วนอาจกระจัดกระจายเนื่องจากการปฏิสัมพันธ์กับส่วนประกอบอื่นๆ ของของแข็ง อิเล็กตรอนที่กำเนิดจากส่วนลึกของของแข็งมีแนวโน้มที่จะเกิดการชนและปรากฏออกมาด้วยพลังงานและโมเมนตัมที่เปลี่ยนแปลงไป ระยะทางเฉลี่ยที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้จะเป็นเส้นโค้งสากลที่ขึ้นอยู่กับพลังงานของอิเล็กตรอน
3. อิเล็กตรอนหลุดออกจากพื้นผิวเข้าสู่สถานะคล้ายอิเล็กตรอนอิสระในสุญญากาศ ในขั้นตอนนี้ อิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานในปริมาณเท่ากับฟังก์ชันงานของพื้นผิวและสูญเสียโมเมนตัมในทิศทางตั้งฉากกับพื้นผิว เนื่องจากพลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอนในของแข็งสามารถแสดงได้อย่างสะดวกโดยเทียบกับสถานะที่ถูกครอบครองสูงสุดที่พลังงานเฟอร์มิและความแตกต่างกับพลังงานในพื้นที่ว่าง (สุญญากาศ) คือฟังก์ชันงานของพื้นผิว ดังนั้นพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากของแข็งจึงมักเขียนเป็น.${\displaystyle E_{F}}$${\displaystyle E_{k}=h\nu -W-E_{B}}$

มีบางกรณีที่แบบจำลองสามขั้นตอนไม่สามารถอธิบายลักษณะเฉพาะของการกระจายความเข้มของโฟโตอิเล็กตรอนได้แบบจำลองขั้นตอนเดียว ที่ซับซ้อนกว่า ^{[ 18 ]}ถือว่าผลกระทบเป็นกระบวนการที่สอดคล้องกันของการกระตุ้นด้วยแสงไปยังสถานะสุดท้ายของผลึกที่มีขนาดจำกัด ซึ่งฟังก์ชันคลื่นมีลักษณะคล้ายอิเล็กตรอนอิสระภายนอกผลึก แต่มีซองที่สลายตัวอยู่ภายใน^{[ 17 ]}

ในปี พ.ศ. 2482 Alexandre Edmond Becquerel ค้นพบ ปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกที่เกี่ยวข้องในขณะที่ศึกษาผลของแสงต่อเซลล์อิเล็กโทรไลต์ [ ^{19 ] แม้}จะไม่เทียบเท่ากับปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก แต่งานของเขาเกี่ยวกับโฟโตโวลตาอิกมีส่วนสำคัญในการแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างแสงและคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุ ในปี พ.ศ. 2416 Willoughby Smithค้นพบการนำไฟฟ้าด้วยแสงในซีลีเนียมในขณะที่ทดสอบโลหะเพื่อหาคุณสมบัติความต้านทานสูงควบคู่ไปกับงานของเขาที่เกี่ยวข้องกับสายเคเบิลโทรเลขใต้น้ำ^{[ 20 ]}

โยฮันน์ เอลสเตอร์ (1854–1920) และฮันส์ ไกเทล (1855–1923) นักศึกษาในไฮเดล เบิร์ก ได้ทำการวิจัย เกี่ยวกับผลกระทบที่เกิดจากแสงต่อวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า และพัฒนาเซลล์โฟโตอิเล็กทริกเชิงปฏิบัติเครื่องแรกที่สามารถใช้ในการวัดความเข้มของแสงได้^{[ 21 ] [ 22 ] : 458} พวกเขาจัดเรียง โลหะตามความสามารถในการปล่อยประจุลบ ได้แก่ รูบิเดียม โพแทสเซียมโลหะผสมของโพแทสเซียมและโซเดียม โซเดียม ลิเธียม แมกนีเซียม แทลเลียม และสังกะสี สำหรับทองแดง แพลทินัม ตะกั่ว เหล็ก แคดเมียม คาร์บอนและปรอทผลกระทบจากแสงธรรมดามีขนาดเล็กเกินกว่าจะวัดได้ลำดับของโลหะสำหรับผลกระทบนี้เหมือนกับในอนุกรมของ โวลตาสำหรับไฟฟ้าสัมผัส โดยโลหะที่มีประจุบวกมากที่สุดจะให้ผลโฟโตอิเล็กทริกที่ใหญ่ที่สุด

ในปี พ.ศ. 2430 ไฮน์ริช เฮิรตซ์สังเกตเห็นปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก^{[ 23 ]}และรายงานเกี่ยวกับการผลิตและการรับ^{[ 24 ]}ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า^{[ 25 ]}ตัวรับในอุปกรณ์ของเขาประกอบด้วยขดลวดที่มีช่องว่างประกายไฟซึ่งจะมองเห็นประกายไฟเมื่อตรวจจับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ เขาวางอุปกรณ์ไว้ในกล่องมืดเพื่อดูประกายไฟได้ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม เขาพบว่าความยาวของประกายไฟสูงสุดลดลงเมื่ออยู่ภายในกล่อง แผ่นกระจกที่วางอยู่ระหว่างแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและตัวรับจะดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตซึ่งช่วยให้อิเล็กตรอนกระโดดข้ามช่องว่าง เมื่อนำแผ่นกระจกออก ความยาวของประกายไฟจะเพิ่มขึ้น เขาไม่พบว่าความยาวของประกายไฟลดลงเมื่อเปลี่ยนกระจกเป็นควอตซ์ เนื่องจากควอตซ์ไม่ดูดซับรังสี UV

การค้นพบของเฮิรตซ์นำไปสู่การวิจัยหลายชุดโดยวิลเฮล์ม ฮัลล์วาคส์ [ ^{26 ] [ 27 ] ฮู}ร์^{[ 28 ]}ออกุสโต ริกี^{[ 29 ]}และอเล็กซานเดอร์ สโตเลตอฟ^{[ 30 ] [ 31 ]}เกี่ยวกับผลของแสง โดยเฉพาะแสงอัลตราไวโอเลต ต่อวัตถุที่มีประจุ ฮัลล์วาคส์เชื่อมต่อแผ่นสังกะสีเข้ากับอิเล็กโทรสโคปเขาปล่อยให้แสงอัลตราไวโอเลตตกกระทบแผ่นสังกะสีที่ทำความสะอาดใหม่ และสังเกตว่าแผ่นสังกะสีจะไม่มีประจุหากมีประจุลบในตอนแรก จะมีประจุบวกหากไม่มีประจุในตอนแรก และจะมีประจุบวกมากขึ้นหากมีประจุบวกในตอนแรก จากการสังเกตเหล่านี้ เขาจึงสรุปได้ว่าอนุภาคที่มีประจุลบบางส่วนถูกปล่อยออกมาจากแผ่นสังกะสีเมื่อสัมผัสกับแสงอัลตราไวโอเลต

ในส่วนที่เกี่ยวกับผลของเฮิรตซ์นักวิจัยได้แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนของปรากฏการณ์ความล้าจากแสงตั้งแต่เริ่มต้น ซึ่งก็คือการลดลงของผลที่สังเกตได้บนพื้นผิวโลหะใหม่ ตามที่ Hallwachs กล่าวโอโซนมีบทบาทสำคัญในปรากฏการณ์นี้^{[ 32 ]}และการปล่อยโอโซนได้รับอิทธิพลจากออกซิเดชัน ความชื้น และระดับการขัดเงาของพื้นผิว ในขณะนั้นยังไม่ชัดเจนว่าความล้าจะไม่มีอยู่ในสุญญากาศหรือไม่

ในช่วงระหว่างปี พ.ศ. 2431 ถึง พ.ศ. 2434 อเล็กซานเดอร์ สโตเลตอฟได้ทำการวิเคราะห์ผลกระทบของแสงอย่างละเอียดโดยมีรายงานผลในเอกสารตีพิมพ์ 6 ฉบับ^{[ 31 ]}สโตเลตอฟได้คิดค้นชุดอุปกรณ์ทดลองใหม่ที่เหมาะสมกว่าสำหรับการวิเคราะห์ผลกระทบของแสงในเชิงปริมาณ เขาค้นพบความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างความเข้มของแสงและกระแสไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำ (กฎข้อแรกของผลกระทบของแสงหรือกฎของสโตเลตอฟ ) ^{[ 33 ]}

นอกจากโลหะแล้ว สารหลายชนิดยังปล่อยประจุไฟฟ้าลบภายใต้การกระทำของแสงอัลตราไวโอเลต GC Schmidt ^{[ 34 ]}และ O. Knoblauch ^{[ 35 ]}ได้รวบรวมรายชื่อสารเหล่านี้

ในปี พ.ศ. 2440 เจ.เจ. ทอมสันได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับแสงอัลตราไวโอเลตในหลอดครูกส์ [ ^{36 ] ทอม}สันสรุปว่าอนุภาคที่ถูกปล่อยออกมา ซึ่งเขาเรียกว่าอนุภาค มีลักษณะเดียวกันกับรังสีแคโทดอนุภาคเหล่านี้ต่อมากลายเป็นที่รู้จักในชื่ออิเล็กตรอน ทอมสันได้ใส่แผ่นโลหะ (แคโทด) ไว้ในหลอดสุญญากาศ และฉายรังสีความถี่สูงลงไป^{[ 37 ]}เชื่อกันว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สั่นไหวทำให้สนามของอะตอมเกิดการสั่นพ้อง และหลังจากถึงระดับแอมพลิจูดที่กำหนดแล้ว จะทำให้อนุภาคย่อยอะตอมถูกปล่อยออกมา และตรวจพบกระแสไฟฟ้า ปริมาณกระแสไฟฟ้านี้จะแปรผันตามความเข้มและสีของรังสี ความเข้มหรือความถี่ของรังสีที่มากขึ้นจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้ามากขึ้น

ในช่วงปี ค.ศ. 1886–1902 วิลเฮล์ม ฮัลล์วาคส์และฟิลิปป์ เลนาร์ดได้ทำการศึกษาปรากฏการณ์การปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนอย่างละเอียด เลนาร์ดสังเกตว่ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านหลอดแก้วสุญญากาศที่บรรจุอิเล็กโทรด สองตัว เมื่อรังสีอัลตราไวโอเลตตกกระทบที่อิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่ง ทันทีที่หยุดการฉายรังสีอัลตราไวโอเลต กระแสไฟฟ้าก็จะหยุดลงเช่นกัน นี่เป็นจุดเริ่มต้นของแนวคิดเรื่องการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอน การค้นพบการแตกตัวเป็นไอออนของก๊าซด้วยแสงอัลตราไวโอเลตเกิดขึ้นโดยฟิลิปป์ เลนาร์ดในปี ค.ศ. 1900 เนื่องจากปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นในอากาศที่มีความหนาหลายเซนติเมตรและให้ไอออนบวกมากกว่าไอออนลบ จึงเป็นเรื่องปกติที่จะตีความปรากฏการณ์นี้ ดังที่เจ.เจ. ทอมสันได้ทำไว้ ว่าเป็นปรากฏการณ์เฮิรตซ์ที่เกิดขึ้นกับอนุภาคในก๊าซ^{[ 25 ]}

ในปี พ.ศ. 2445 เลนาร์ดสังเกตว่าพลังงานของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาแต่ละตัวเป็นอิสระจากความเข้มของแสงที่ใช้^{[ 3 ] [ 38 ]}สิ่งนี้ดูเหมือนจะขัดแย้งกับทฤษฎีคลื่นแสง ของแม็กซ์เวลล์ ซึ่งทำนายว่าพลังงานของอิเล็กตรอนจะเป็นสัดส่วนกับความเข้มของรังสี

เลนาร์ดสังเกตการเปลี่ยนแปลงของพลังงานอิเล็กตรอนตามความถี่ของแสงโดยใช้หลอดไฟอาร์คไฟฟ้ากำลังสูง ซึ่งช่วยให้เขาสามารถตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสงได้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ของเลนาร์ดเป็นเชิงคุณภาพมากกว่าเชิงปริมาณ เนื่องจากความยากลำบากในการทำการทดลอง: การทดลองจำเป็นต้องทำกับโลหะที่ตัดใหม่เพื่อให้สามารถสังเกตโลหะบริสุทธิ์ได้ แต่โลหะจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันภายในเวลาไม่กี่นาทีแม้ในสภาวะสุญญากาศบางส่วนที่เขาใช้ กระแสไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวถูกกำหนดโดยความเข้มหรือความสว่างของแสง: การเพิ่มความเข้มของแสงเป็นสองเท่าจะทำให้จำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

การตรวจสอบเบื้องต้นของปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกในก๊าซโดย Lenard ^{[ 39 ]}ได้รับการติดตามโดย JJ Thomson ^{[ 40 ]}และต่อมาได้รับการยืนยันอย่างเด็ดขาดโดย Frederic Palmer Jr. ^{[ 41 ] [ 42 ]}การปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนของก๊าซได้รับการศึกษาและแสดงลักษณะที่แตกต่างกันมากจากที่ Lenard ระบุไว้ในตอนแรก^{[ 25 ]}

ในปี ค.ศ. 1900 ขณะที่กำลังศึกษาการแผ่รังสีของวัตถุดำนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันแม็กซ์ พลังค์ได้เสนอในบทความ "ว่าด้วยกฎการกระจายพลังงานในสเปกตรัมปกติ" ^{[ 43 ]}ว่าพลังงานที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพกพานั้นสามารถปล่อยออกมาได้เฉพาะในรูปของแพ็กเก็ตพลังงานเท่านั้น ในปี ค.ศ. 1905 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้ตีพิมพ์บทความที่เสนอสมมติฐานว่าพลังงานแสงนั้นพกพาในรูปของแพ็กเก็ตควอนตัมที่ไม่ต่อเนื่อง เพื่ออธิบายข้อมูลการทดลองจากปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ไอน์สไตน์ตั้งทฤษฎีว่าพลังงานในแต่ละควอนตัมของแสงนั้นเท่ากับความถี่ของแสงคูณด้วยค่าคงที่ ซึ่งต่อมาเรียกว่าค่าคงที่ของพลังค์ โฟตอนที่มีความถี่สูงกว่าเกณฑ์จะมีพลังงานที่จำเป็นในการขับอิเล็กตรอนตัวเดียวออกมา ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ นี่เป็นก้าวหนึ่งในการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัม ในปี พ.ศ. 2457 การวัดค่าคงที่ของพลังค์จากปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกที่มีความแม่นยำสูงของโรเบิร์ต เอ. มิลลิกัน สนับสนุนแบบจำลองของไอน์สไตน์ แม้ว่าทฤษฎีอนุภาคของแสงจะเป็นสิ่งที่ "คิดไม่ถึง" สำหรับมิลลิกันในขณะนั้นก็ตาม ^{[ 44 ]}ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ในปี พ.ศ. 2464 จาก "การค้นพบกฎของปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก" ^{[ 45 ]}และมิลลิกันได้รับรางวัลโนเบลในปี พ.ศ. 2466 จาก "ผลงานของเขาเกี่ยวกับประจุไฟฟ้าพื้นฐานและปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก" ^{[ 46 ]}ในทฤษฎีการรบกวนควอนตัมของอะตอมและของแข็งที่ถูกกระทำโดยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกยังคงถูกวิเคราะห์โดยทั่วไปในแง่ของคลื่น วิธีการทั้งสองนี้เทียบเท่ากันเนื่องจากการดูดซับโฟตอนหรือคลื่นสามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะระหว่างระดับพลังงานควอนตัมที่มีความแตกต่างของพลังงานเท่ากับพลังงานของโฟตอน^{[ 47 ] [ 15 ]}

คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เกี่ยวกับวิธีที่ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกเกิดขึ้นจากการดูดซับ ควอน ตั มของแสงนั้นอยู่ใน เอกสาร Annus Mirabilis ฉบับหนึ่งของเขาซึ่งมีชื่อว่า "เกี่ยวกับมุมมองเชิงอุปมาอุปไมยเกี่ยวกับการผลิตและการเปลี่ยนแปลงของแสง" ^{[ 48 ]}เอกสารดังกล่าวเสนอคำอธิบายง่ายๆ เกี่ยวกับควอนตัมพลังงานและแสดงให้เห็นว่าควอนตัมเหล่านั้นอธิบายสเปกตรัมการแผ่รังสีของวัตถุดำได้อย่างไร คำอธิบายของเขาในแง่ของการดูดซับควอนตัมแสงแบบไม่ต่อเนื่องนั้นสอดคล้องกับผลการทดลอง มันอธิบายว่าทำไมพลังงานของโฟโตอิเล็กตรอนจึงไม่ขึ้นอยู่กับความเข้ม ของแสงที่ตกกระทบ นี่เป็นการก้าวกระโดดทางทฤษฎี แต่แนวคิดนี้ได้รับการต่อต้านอย่างมากในตอนแรก เพราะมันขัดแย้งกับทฤษฎีคลื่นของแสงที่ตามมาโดยธรรมชาติจาก สมการแม่เหล็กไฟฟ้าของ เจมส์ คลาร์ก แม็กซ์เวลล์และโดยทั่วไปแล้ว สมมติฐานเรื่องการแบ่งพลังงานได้อย่างไม่จำกัดในระบบทางกายภาพ

งานของไอน์สไตน์ทำนายว่าพลังงานของอิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาแต่ละตัวจะเพิ่มขึ้นเชิงเส้นตามความถี่ของแสง ความสัมพันธ์ที่แม่นยำยังไม่ได้รับการทดสอบในเวลานั้น จนกระทั่งปี 1905 เป็นที่ทราบกันว่าพลังงานของโฟโตอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นตามความถี่ของแสงที่ตกกระทบที่เพิ่มขึ้นและไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสง อย่างไรก็ตาม วิธีการเพิ่มขึ้นยังไม่ได้รับการกำหนดโดยการทดลองจนกระทั่งปี 1914 เมื่อมิลลิกันแสดงให้เห็นว่าการทำนายของไอน์สไตน์นั้นถูกต้อง^{[ 4 ]}

ในปี พ.ศ. 2480 นักฟิสิกส์ชาวบัลแกเรียGeorgi Nadjakovค้นพบสถานะโฟโตอิเล็กเตรตในไดอิเล็กทริก^{[ 49 ]}ปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับผลโฟโตอิเล็กทริกในของแข็ง และต่อมาได้มีส่วนช่วยในพื้นฐานทางกายภาพของการถ่ายเอกสาร^{[ 50 ]}

ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกช่วยผลักดันแนวคิดเรื่องความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาคในธรรมชาติของแสงที่กำลังเกิดขึ้นในขณะนั้น แสงมีคุณสมบัติทั้งของคลื่นและอนุภาคพร้อมกัน โดยแต่ละอย่างจะปรากฏออกมาตามสถานการณ์ ปรากฏการณ์นี้ไม่สามารถเข้าใจได้ในแง่ของคำอธิบายคลื่นแบบคลาสสิกของแสง^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]}เนื่องจากพลังงานของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มของรังสีที่ตกกระทบ ทฤษฎีคลาสสิกทำนายว่าอิเล็กตรอนจะ 'สะสม' พลังงานในช่วงเวลาหนึ่ง แล้วจึงถูกปล่อยออกมา^{[ 52 ] [ 54 ]}

ควอนตัมของแสงได้รับชื่อสมัยใหม่โดยGilbert N. Lewisเมื่อเขาบัญญัติศัพท์ 'โฟตอน' ในจดหมายของเขาเรื่อง "การอนุรักษ์โฟตอน" ถึงNatureซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันที่ 18 ธันวาคม พ.ศ. 2469 ^{[ 55 ] [ 56 ]}

การวิจัยเกี่ยวกับปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตรอนในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามุ่งเน้นไปที่การวัดเวลาการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอน เป็นเวลานานแล้วที่เชื่อกันว่าการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นทันที อย่างไรก็ตาม เทคนิคการทดลองเกี่ยวกับการสร้างพัลส์แสงระดับแอตโตวินาทีสำหรับการศึกษาพลศาสตร์ของอิเล็กตรอนมีบทบาทสำคัญในสาขานี้ ซึ่งได้รับการยอมรับผ่านรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2023 แก่ Pierre Agostini, Ferenc Krausz และ Anne L'Huillier ^{[ 57 ]}ตัวอย่างเช่น ในปี 2010 มีการค้นพบว่าการปล่อยอิเล็กตรอนใช้เวลา 20 แอตโตวินาที และการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนเกี่ยวข้องกับความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนหลายตัวที่ซับซ้อนและไม่ใช่กระบวนการของอิเล็กตรอนตัวเดียว^{[ 58 ]}ในงานวิจัยล่าสุดในบริบทของทังสเตนการวัดการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนบ่งชี้ว่าต้องใช้เวลาประมาณ 100 แอตโตวินาทีในการปลดปล่อยอิเล็กตรอน^{[ 59 ]}ในงานวิจัยอีกชิ้นหนึ่ง พบว่าค่าดังกล่าวคือ 45 แอตโตวินาที^{[ 60 ]}มีฉันทามติอย่างกว้างขวางเกิดขึ้นเกี่ยวกับข้อเท็จจริงที่ว่าการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนไม่ได้เกิดขึ้นทันทีและเกี่ยวข้องกับเวลาที่จำกัด

บทบาทของสนามไฟฟ้าในปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกได้รับการศึกษาเชิงประจักษ์เช่นกัน และพบว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีทิศทางเฉพาะของสนามไฟฟ้าสามารถกระตุ้นอิเล็กตรอน ทำให้เกิดการปล่อยที่เพิ่มขึ้นในช่วงเทราเฮิร์ตซ์^{[ 61 ]}

หลอดเหล่านี้เป็นหลอดสุญญากาศที่ไวต่อแสงมากเป็นพิเศษ โดยมีโฟโตแคโทด เคลือบ อยู่ภายในซอง โฟโตแคโทดประกอบด้วยวัสดุผสม เช่น ซีเซียม รูบิเดียม และแอนติโมนี ซึ่งได้รับการคัดเลือกเป็นพิเศษเพื่อให้มีฟังก์ชันงานต่ำ ดังนั้นเมื่อได้รับแสงแม้ในระดับแสงที่ต่ำมาก โฟโตแคโทดก็จะปล่อยอิเล็กตรอนออกมาได้ง่าย ด้วยการใช้ชุดอิเล็กโทรด (ไดโนด) ที่มีศักยภาพสูงขึ้นเรื่อยๆ อิเล็กตรอนเหล่านี้จะถูกเร่งความเร็วและเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างมากผ่านการปล่อยทุติยภูมิเพื่อให้ได้กระแสเอาต์พุตที่ตรวจจับได้ง่าย โฟโตมัลติพลายเออร์ยังคงใช้กันทั่วไปในทุกที่ที่ต้องตรวจจับแสงในระดับต่ำ^{[ 62 ]}

หลอดภาพวิดีโอในยุคแรกๆ ของโทรทัศน์ใช้ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ตัวอย่างเช่น " เครื่องแยกภาพ " ของPhilo Farnsworthใช้หน้าจอที่ชาร์จด้วยปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกเพื่อแปลงภาพออปติคอลเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่สแกนได้^{[ 63 ]}

เนื่องจากพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาคือพลังงานของโฟตอนที่ตกกระทบลบด้วยพลังงานการยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอนภายในอะตอม โมเลกุล หรือของแข็ง พลังงานการยึดเหนี่ยวสามารถกำหนดได้โดยการฉายรังสีเอกซ์หรือ แสง ยูวีแบบโมโนโค รมาติก ที่มีพลังงานที่ทราบแล้ว และวัดพลังงานจลน์ของโฟโตอิเล็กตรอน^{[ 15 ]}การกระจายพลังงานของอิเล็กตรอนมีคุณค่าสำหรับการศึกษาคุณสมบัติควอนตัมของระบบเหล่านี้ นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของตัวอย่างได้ สำหรับของแข็ง พลังงานจลน์และการกระจายมุมการปล่อยของโฟโตอิเล็กตรอนจะถูกวัดเพื่อกำหนดโครงสร้างแถบอิเล็กตรอน อย่างสมบูรณ์ ในแง่ของพลังงานการยึดเหนี่ยวและโมเมนตัมที่อนุญาตของอิเล็กตรอน เครื่องมือที่ทันสมัยสำหรับสเปกโทรสโกปีการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนแบบแยกมุมสามารถวัดปริมาณเหล่านี้ด้วยความแม่นยำดีกว่า 1 meV และ 0.1°

โดยปกติการวัด สเปกโทรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอนจะดำเนินการในสภาพแวดล้อมสุญญากาศสูง เนื่องจากอิเล็กตรอนจะถูกกระเจิงโดยโมเลกุลของก๊าซหากมีอยู่ อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันมีบางบริษัทจำหน่ายผลิตภัณฑ์ที่ช่วยให้เกิดการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนในอากาศได้ แหล่งกำเนิดแสงอาจเป็นเลเซอร์ หลอดปล่อยประจุ หรือแหล่งกำเนิดรังสีซินโครตรอน^{[ 64 ]}

เครื่องวิเคราะห์ทรงครึ่งวงกลมแบบศูนย์กลางร่วมเป็นเครื่องวิเคราะห์พลังงานอิเล็กตรอนแบบทั่วไป มันใช้สนามไฟฟ้าระหว่างทรงครึ่งวงกลมสองอันเพื่อเปลี่ยนแปลง (กระจาย) วิถีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่ตกกระทบโดยขึ้นอยู่กับพลังงานจลน์ของพวกมัน

โฟตอนที่กระทบกับฟิล์มบางๆ ของโลหะอัลคาไลหรือ วัสดุ เซมิคอนดักเตอร์เช่นแกลเลียมอาร์เซไนด์ใน หลอด ขยายภาพ จะ ทำให้เกิดการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนเนื่องจากปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก อิเล็กตรอนเหล่านี้จะถูกเร่งความเร็วโดยสนามไฟฟ้าสถิตและกระทบ กับหน้าจอที่เคลือบ ด้วยสารเรืองแสง เปลี่ยนอิเล็กตรอนกลับเป็นโฟตอน การเพิ่มความเข้มของสัญญาณทำได้โดยการเร่งความเร็วของอิเล็กตรอนหรือโดยการเพิ่มจำนวนอิเล็กตรอนผ่านการปล่อยทุติยภูมิ เช่นเดียวกับแผ่นไมโครแชนเนลบางครั้งอาจใช้ทั้งสองวิธีร่วมกัน พลังงานจลน์เพิ่มเติมจำเป็นสำหรับการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนออกจากแถบนำไฟฟ้าไปยังระดับสุญญากาศ ซึ่งเรียกว่าค่าสัมพัทธ์ของอิเล็กตรอนของโฟโตแคโทด และเป็นอุปสรรคต่อการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนอีกอย่างหนึ่งนอกเหนือจากแถบต้องห้าม ซึ่งอธิบายโดย แบบ จำลองช่องว่างแถบพลังงานวัสดุบางชนิด เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ มีค่าสัมพัทธ์ของอิเล็กตรอนที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่าระดับของแถบนำไฟฟ้า ในวัสดุเหล่านี้ อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปยังแถบนำไฟฟ้าจะมีพลังงานเพียงพอที่จะถูกปล่อยออกมาจากวัสดุ ดังนั้นฟิล์มที่ดูดซับโฟตอนจึงสามารถมีความหนาได้มาก วัสดุเหล่านี้เรียกว่าวัสดุที่มีความสัมพันธ์กับอิเล็กตรอนเชิงลบ

ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกจะทำให้ยานอวกาศที่สัมผัสกับแสงแดดเกิดประจุบวก ซึ่งอาจเป็นปัญหาใหญ่ เนื่องจากส่วนอื่นๆ ของยานอวกาศอยู่ในเงามืด ซึ่งจะทำให้ยานอวกาศเกิดประจุลบจากพลาสมาที่อยู่ใกล้เคียง ความไม่สมดุลนี้สามารถปล่อยประจุผ่านชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่บอบบางได้ ประจุไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกนั้นมีขีดจำกัดในตัวเอง เนื่องจากวัตถุที่มีประจุสูงกว่าจะไม่ปล่อยอิเล็กตรอนออกมาได้ง่ายเท่ากับวัตถุที่มีประจุต่ำกว่า^{[ 65 ] [ 66 ]}

แสงจากดวงอาทิตย์ที่กระทบกับฝุ่นบนดวงจันทร์ทำให้ฝุ่นนั้นมีประจุบวกจากปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก จากนั้นฝุ่นที่มีประจุจะผลักกันเองและลอยขึ้นจากพื้นผิวดวงจันทร์ด้วย การลอยตัว ด้วยไฟฟ้าสถิต^{[ 67 ] [ 68 ]}ปรากฏการณ์นี้ปรากฏให้เห็นคล้ายกับ "ชั้นบรรยากาศของฝุ่น" ซึ่งมองเห็นได้เป็นหมอกบางๆ และทำให้ลักษณะที่อยู่ไกลๆ เบลอ และมองเห็นเป็นแสงสลัวๆ หลังดวงอาทิตย์ตกดิน ปรากฏการณ์นี้ถูกถ่ายภาพครั้งแรกโดยยาน สำรวจ Surveyorในช่วงทศวรรษ 1960 ^{[ 69 ]}และล่าสุด ยานสำรวจ Chang'e 3ได้สังเกตเห็นการสะสมของฝุ่นบนหินบนดวงจันทร์สูงถึงประมาณ 28 ซม. ^{[ 70 ]}เชื่อกันว่าอนุภาคที่เล็กที่สุดจะถูกผลักออกไปไกลหลายกิโลเมตรจากพื้นผิว และอนุภาคจะเคลื่อนที่ในลักษณะ "น้ำพุ" ขณะที่พวกมันมีประจุและคายประจุ^{[ 71 ]}

ความน่าจะเป็นของการเกิดปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกจะวัดจากหน้าตัดของปฏิสัมพันธ์ ซึ่งเลขอะตอมของอะตอมเป้าหมายและพลังงานโฟตอน ในการประมาณอย่างคร่าวๆ สำหรับพลังงานโฟตอนที่สูงกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวอะตอมสูงสุด หน้าตัดจะได้รับในเชิงคุณภาพโดย: ^{[ 73 ]}

$${\displaystyle \sigma =\mathrm {constant} \cdot {\frac {Z^{n}}{E^{3}}}}$$

ในที่นี้Zคือเลขอะตอมและnคือตัวเลขที่แปรผันระหว่าง 4 ถึง 5 ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อความสำคัญของมันลดลงในบริเวณรังสีแกมมาของสเปกตรัม เมื่อพลังงานโฟตอนเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นจากธาตุที่มีเลขอะตอมสูงมากกว่า ดังนั้น วัสดุที่มี Z สูงจึง เหมาะที่จะใช้ เป็นเกราะป้องกัน รังสีแกมมาซึ่งเป็นเหตุผลหลักที่ทำให้ตะกั่ว ( Z  = 82) เป็นที่นิยมและใช้กันอย่างแพร่หลาย^{[ 74 ]}

ความน่าจะเป็นของการดูดกลืนแสงแบบโฟโตอิเล็กทริก (ΔΔCt) เมื่อแสงเดินทางผ่านสสาร เป็นองค์ประกอบหนึ่งของสัมประสิทธิ์การลดทอนเชิงเส้นโดย ที่กระบวนการแข่งขันอื่นๆ ได้แก่การกระเจิงแบบคอมป์ตัน (ΔCt) ที่มีภาคตัดขวาง (ΔΔCt) และการสร้างคู่ (ΔΔCt) ที่มีภาคตัดขวาง (ΔΔCt) ภาคตัดขวางเหล่านี้แปรผันตามเลขอะตอมของธาตุที่เด่นในวัสดุและพลังงานของโฟตอน เมื่อพลังงานของโฟตอนเพิ่มขึ้นสูงกว่าพลังงานขอบ K ของวัสดุ ความน่าจะเป็นของปฏิกิริยาโฟโตอิเล็กทริกจะลดลง และการกระเจิงแบบคอมป์ตันจะเริ่มมีบทบาทเด่นขึ้น เมื่อพลังงานของโฟตอนสูงกว่า ΔΔCt${\displaystyle \sigma _{\textrm {pe}}}$$${\displaystyle \mu _{0}=\sigma _{\textrm {pe}}+\sigma _{\textrm {compton}}+\sigma _{\textrm {pp}}}$$${\displaystyle \sigma _{\textrm {compton}}}$${\displaystyle \sigma _{\textrm {pp}}}$1.022 MeVการผลิตคู่เริ่มต้นขึ้น โดยเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามพลังงานโฟตอน^{[ 75 ]}

• ปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกที่ผิดปกติ
• การกระเจิงของคอมป์ตัน
• เอฟเฟกต์เดือนธันวาคม
• เอฟเฟกต์ภาพถ่ายเดือนธันวาคม
• ภาวะทวิลักษณ์ของคลื่นและอนุภาค
• ปรากฏการณ์โฟโตแมกเนติก
• เคมีแสง
• ลำดับเหตุการณ์ของฟิสิกส์อะตอมและอนุภาคย่อยอะตอม

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก

• Astronomy Cast " http://www.astronomycast.com/2014/02/ep-335-photoelectric-effect/ ". AstronomyCast.
• Nave, R., " ความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาค ". HyperPhysics.
• " ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก " วิชาฟิสิกส์ 2000 มหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ โคโลราโด (ไม่พบหน้า)
• กลุ่มวิจัย ACEPT W3 “ ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ” ภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยรัฐแอริโซนา เทมเป รัฐแอริโซนา
• Haberkern, Thomas และ N Deepak " เมล็ดแห่งความลึกลับ: ฟิสิกส์ควอนตัมสำหรับคนทั่วไป " ไอน์สไตน์ไขความลับของปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกบทที่ 3
• ภาควิชาฟิสิกส์ " ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก เก็บถาวรเมื่อ 2009-08-01 ที่Wayback Machine " ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ 320 วิทยาลัยเดวิดสัน เดวิดสัน
• ฟาวเลอร์, ไมเคิล, " ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก " ฟิสิกส์ 252 มหาวิทยาลัยเวอร์จิเนีย
• ไปที่ " เกี่ยวกับมุมมองเชิงฮิวริสติกต่อการเปล่งแสงและการเปลี่ยนแปลงของแสง " เพื่ออ่านคำแปลภาษาอังกฤษของบทความของไอน์สไตน์ปี 1905 (สืบค้นเมื่อ: 11 เมษายน 2557)
• http://www.chemistryexplained.com/Ru-Sp/Solar-Cells.html
• ทรานสดิวเซอร์แบบโฟโตอิเล็กทริก: http://sensorse.com/page4en.html

แอปเพล็ต

• " โปรแกรมจำลอง JavaScript ใน HTML 5 เก็บถาวรเมื่อ 25 มิถุนายน 2022 ที่Wayback Machine " โครงการฟิสิกส์โอเพนซอร์ส
• " ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก " โครงการเทคโนโลยีการศึกษาฟิสิกส์ (PhET) (ภาษาจาวา)
• เฟนดท์, วอลเตอร์, " ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก " (ภาษาจาวา)
• " แอปเพล็ต: เอฟเฟ็กต์ภาพถ่ายเก็บถาวรเมื่อ 14 มีนาคม 2010 ที่Wayback Machine " ระบบจัดการเนื้อหาและประเมินผลการเรียนรู้แบบกระจายศูนย์แบบโอเพนซอร์ส ( Java )