Luận văn Hiệu ứng quang điện khảo sát đặc tuyến vôn ampe của tế bào quang điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN VẬT LÍ ĐỀ TÀI: HIỆU ỨNG QUANG ĐIỆN KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN VÔN_AMPE CỦA TẾ BÀO QUANG ĐIỆN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện ThS. Phạm Văn Tuấn Đặng Phúc Đảm Lớp: Sư phạm Lí K31 MSSV 1050117 -- Cần Thơ, 2009 -- Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM1 Phần A. MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, con người đã đạt được nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật quan trọng. Những thành tựu đáng chú ý đó là chế tạo thành công pin Mặt trời và các thiết bị điều khiển tự động như: thiết bị chống trộm, thiết bị báo cháy, các thiết bị đóng mở đèn tự động, các cửa tự động...Tất cả các thiết bị này đã gây cho tôi một sự say mê tìm tòi: “tại sao người ta lại làm được như thế?”. Và qua thời gian nghiên cứu học hỏi tôi đã biết được: người ta dựa vào hiện tượng quang điện để chế tạo ra các thiết bị hữu ích này. Vì vậy, tôi đã quyết định nghiên cứu về hiện tượng quang điện, và chọn đề tài “ hiện tượng quang điện_khảo sát đặc tuyến Vôn_Ampe của tế bào quang điện”. Qua đây tôi có thể hiểu sâu hơn, tổng quát hơn về hiện tượng vật lý có nhiều ứng dụng này. II. Mục đích nghiên cứu - Thông qua việc nghiên cứu đề tài này giúp tôi có được kiến thức vững vàng hơn về các lý thuyết liên quan đến hiệu ứng quang điện, đặc biệt là các lý thuyết về việc giải thích các định luật quang điện. - Giúp rèn luyện cho tôi có được kĩ năng thực hành và kĩ năng thiết kế chế tạo các bộ dụng cụ thí nghiệm, phục vụ đắc lực cho việc giảng dạy sau này một cách có hiệu quả và đạt kết quả cao nhất có thể được. III. Các giả thuyết của đề tài - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết liên quan đến thí nghiệm và một số lý thuyết khác liên quan. Từ việc nghiên cứu lý thuyết đó, tôi đã phần nào nắm vững lý thuyết và đã đủ tự tin để tự thiết kế, chế tạo bộ dụng cụng thí nghiệm với tế bào quang điện. - Với bộ thí nghiệm này ta có thể kiểm nghiệm được sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện vào hiệu điện thế đặt vào tế bào quang điện, sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện bão hòa, hiệu điện thế hãm vào công suất của nguồn sáng và vào từng bước sóng ánh sáng khác nhau. Và đăc biệt là ta có thể tính lại được hằng số Plăng và kiểm nghiệm lại được các định luật quang điện. IV. Các bước tiến hành - Bước 1: Nghiên cứu lý thuyết. - Bước 2: Chế tạo và lắp ráp bài thí nghiệm. Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM2 - Bước 3: Tiến hành đo đạc, lấy số liệu thực nghiệm. - Bước 4: Phân tích số liệu đo được - Bước 5: Hoàn thành đề tài. V. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến hiện tượng quang điện như: Thuyết miền năng lượng, các thí nghiệm và các kết quả thí nghiệm về hiện tương quang điện, các lý thuyết về việc giải thích hiện tượng quang điện, các loại tế bào quang điện, chất bán dẫn, quang bán dẫn. - Phương pháp thực nghiệm: thiết kế, chế tạo bài thí nghiệm với tế bào quang điện. Phần B. CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. Thuyết miền năng lượng của vật rắn Khái niệm tổng quát về cấu trúc miền. Cấu trúc miền của các tinh thể (các vật rắn) là cơ sở của phần lớn các quan niệm hiện đại về các cơ chế của những hiện tượng khác trong các chất cách điện (điện môi), các chất bán dẫn điện và các chất dẫn điện (các kim loại). Trong những nét tổng quát nhất, quan niệm đó rút về một điều là, electron trong vật rắn có năng lượng thay đổi liên tục trong những khoảng xác định (E1min, E1max), (E2min, E2max), (E3min, E3max) ngăn cách nhau bởi những miền giá trị cấm của năng lượng. Các khoảng những giá trị cho phép được gọi là vùng những giá trị cho phép của năng lượng, các khoảng năng lượng không được thực hiện trong các tinh thể được gọi là vùng cấm. Số các trạng thái khả dĩ trong các vùng cho phép là hữu hạn, do nguyên lý cấm của Pauli, số các trạng thái đó dẫn đến số hữu hạn các electron có năng lượng trong vùng đang xét. Sự dời chuyển của êlectrôn từ vùng này sang vùng khác liên quan đến sự biến đổi năng lượng một vùng không nhỏ hơn bề rộng của vùng cấm. Sự dời chuyển có thể được thực hiện nhờ năng lượng của dao động nhiệt của mạng, nhờ sự chiếu sáng hay điện trường. Về mặt lý thuyết, cấu trúc miền của các tinh thể có thể xuất hiện khi giải phương trình Shrôdinger cho tinh thể sau một số sự đơn giản hóa để đưa bài toán cho tinh thể về bài toán cho một hạt. Xuất phát từ thưc nghiệm, người ta cũng có thể đi tới cấu trúc miền. Chẳng hạn các phổ hấp thụ của những vật rắn trong miền quang học và miền các tia Rơnghen mềm gồm các dải rộng riêng biệt. Điều đó nói lên các electron của vật rắn có thể chỉ hấp thụ một năng lượng không nhỏ hơn bề Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM3 rộng của vùng cấm, và không lớn hơn khoảng cách giữa đáy của một vùng này với lớp trên của vùng khác cao hơn. I.1 Trong kim loại Trong kim loại, sau khi tạo thành mạng tinh thể, từ các nguyên tử của kim loại đứt ra các electron liên kết yếu hơn với nguyên tử. Các electron này trở thành các electron tự do. Xuất phát từ quan niệm về các electron tự do Đrútđơ và Lorent đã hoàn chỉnh thuyết electron cổ điển. Thuyết này giúp ta giải thích được tính dẫn điện của kim loại, nguyên nhân của điện trở, bản chất của nhiệt dung, độ dẫn điện, độ tự cảm và điện động lực của kim loại…Nhưng những gì mà thuyết electron mang lại chưa thật hoàn hảo. Nó không giúp ta giải thích được sự khác biệt giữa kim loại, bán kim loại, bán dẫn và chất cách điện, sự xuất hiện của hằng số Hall và nhiều tính chất khác. Điều này làm nảy sinh yêu cầu cần có một lý thuyết mới chặt chẽ hơn. Như ta biết mạng tinh thể có cấu trúc tuần hoàn nên thế năng của electron trong mạng cũng là một hàm tuần hoàn theo chu kì mạng. Ví dụ, với mạng một chiều, thế năng có dạng như hình vẽ sau: Chuyển động của electron trong một trường tuần hoàn tạo nên một cấu trúc mới về phổ năng lượng. Việc giải thích phương trình Schrodinger với một thế năng tuần hoàn khá phức tạp, vượt ra ngoài phạm vi của vật lý đại cương. Nhưng để hiểu những nét chính, chúng ta có thể suy luận như sau: xét một tinh thể có N nguyên tử giống nhau. Giả sử ban đầu các nguyên tử này ở rất xa nhau (coi như không tương tác với nhau). Lúc đó mức năng lượng của electron trong mọi nguyên tử là giống nhau. a 0 x E ….…. Hình 1: Thế năng của electron trong mạng tuần hoàn một chiều.U(x) = U(x + a) Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM4 Gọi gn là độ suy biến của mức n thì hệ gồm N nguyên tử trên có độ suy biến là N.gn. Bây giờ ta cho các nguyên tử lại gần nhau để tạo thành tinh thể như nó tồn tại trên thực tế, lúc đó các nguyên tử sẽ tương tác với nhau và các mức năng lượng trên sẽ tách ra, độ suy biến giảm. Do N là một số rất lớn (vào cỡ 1023 nguyên tử/cm3) nên khoảng tách giữa các mức là rất bé, ta có thể coi như là có một vùng năng lượng gần như liên tục. Để minh họa, ta xét hai nguyên tử và xét hai mức năng lượng 1s và 2s của chúng lúc hai nguyên tử lại gần nhau thì mỗi mức bị tách ra làm hai (hình 2.a), nếu có 6 nguyên tử thì một mức bị tách ra làm 6 mức con (hình 2.b). Khi số nguyên tử N lớn (cỡ 1023 nguyên tử/cm3) thì mỗi một mức ban đầu tách ra thành một vùng năng lượng gần như 1s 2s Năng lượng Hình 2.a. Năng lượng Khoảng cách nguyên tử Hình 2.b 2P 3S 2S 1S Hình 3 năng lượng Khoảng cách nguyên tử Vùng năng lượng được phép Khe năng lượng Hình 2.c Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM5 liên tục (hình 2.c). Các vùng này gọi là vùng được phép. Vùng có mức năng lượng cao hơn gọi là vùng dẫn, vùng có năng lượng thấp hơn gọi là hóa trị. Giữa các vùng này có những khoảng trống, gọi là khe năng lượng (hay vùng cấm) trong đó không tồn tại trạng thái nào của electron và dĩ nhiên không có electron nào trong vùng đó. Cũng có những miền trong đó có hai hay nhiều vùng năng lượng xen phủ nhau về mặt năng lượng. Các vùng được phép có thể là vùng trống nếu như mọi mức năng lượng của nó chưa bị êlectron chiếm chỗ; cũng có thể là vùng đầy nếu như mọi mức năng lượng đều bị electron chiếm chỗ; hoặc có thể là vùng chưa đầy nếu như có một số mức năng lượng ở phía trên trong vùng còn bị bỏ trống. Hình 3 mô tả sơ đồ vùng năng lượng của tinh thể Natri, trong đó vùng chiếm đầy 3s chỉ mới choán đầy một nửa. Các tính chất điện của một vật rắn phụ thuộc vào sự sắp xếp các vùng và các khe năng lượng, đồng thời cũng phụ thuộc vào việc các vùng đó được cư trú bởi các electron như thế nào. a. Vùng hóa trị (valence band): Là vùng có năng lượng thấp nhất theo thang năng lượng, là vùng mà điện tử bị liên kết mạnh với nguyên tử và không linh động. b. Vùng dẫn (Conduction band): Vùng có mức năng lượng cao nhất, là vùng mà điện tử sẽ linh động (như các điện tử tự do) và điện tử ở vùng này sẽ là điện tử dẫn, có nghĩa là chất sẽ có khả năng dẫn điện khi có điện tử tồn tại trên vùng dẫn. Tính dẫn điện tăng khi mật độ điện tử trên vùng dẫn tăng. c. Vùng cấm (Forbidden band) hay còn gọi là vùng trống năng lượng: Là vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, không có mức năng lượng nào do đó điện tử không thể tồn tại trên vùng cấm. Nếu bán dẫn pha tạp, có thể xuất hiện các mức năng lượng trong vùng cấm (mức pha tạp). Các mức chưa lấp Các mức đã lấp Năng lượng Vùng dẫn Vùng trống năng Vùng hóa trị Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM6 Khoảng cách giữa đáy vùng dẫn và đỉnh vùng hóa trị gọi là độ rộng vùng cấm, hay năng lượng vùng cấm (Band Gap). Tùy theo độ rộng vùng cấm lớn hay nhỏ mà chất có thể là dẫn điện hoặc không dẫn điện. Như vậy, tính dẫn điện của các chất rắn và tính chất của chất bán dẫn có thể lý giải một cách đơn giản nhờ lý thuyết vùng năng lượng như sau: a. Trong kim loại: vùng dẫn và vùng hóa trị phủ lên nhau (không có vùng cấm), do đó luôn luôn có điện tử trên vùng dẫn vì thế mà kim loại luôn luôn dẫn điện. Ngay ở nhiệt độ thường các electron hóa trị dễ dàng di chuyển lên mức năng lượng cao hơn, rồi tới mức năng lượng cao hơn nữa từ miền hóa trị lên miền dẫn và trở thành electron tự do. Số lượng electron tự do rất lớn. Do đó kim loại dẫn điện rất tốt. Hình 4. Các miền năng lượng của electron trong kim loại. b. Trong điện môi: Miền cấm rộng cỡ 3eV trở lên. Các electron hóa trị tạo nên liên kết chặt chẽ giữa các nguyên tử cạnh nhau. Các liên kết này khó bị đứt nên khó tạo thành electron tự do.Theo thuyết miền năng lượng, tất cả các mức trong miền hóa trị đều bị chiếm, Nă ng lư ợn g c ủa ê le ct ro n ● ●● ● Nă ng lư ợn g c ủa el ec tro n ● ●● ● Hình 5. Các mức năng lượng của electron trong điện môi Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM7 tất cả các mức trong miền dẫn còn trống. Muốn cho electron từ miền hóa trị vượt qua miền cấm đến miền dẫn thì phải cung cấp cho nó một động năng lớn. Vì vậy ở nhiệt độ thường năng lượng chuyển động nhiệt không đủ để nó chuyển động lên miền dẫn. Do đó, ở nhiệt độ thường điện môi là chất cách điện. I.2 Trong chất bán dẫn: có vùng cấm có một độ rộng xác định. Ở không độ tuyệt đối (0 K), mức Fermi nằm giữa vùng cấm, có nghĩa là tất cả các điện tử tồn tại ở vùng hóa trị, do đó chất bán dẫn không dẫn điện. Khi tăng dần nhiệt độ, các điện tử sẽ nhận được năng lượng nhiệt (kB.T với kB là hằng số Boltzmann) nhưng năng lượng này chưa đủ để điện tử vượt qua vùng cấm nên điện tử vẫn ở vùng hóa trị. Khi tăng nhiệt độ đến mức đủ cao, sẽ có một số điện tử nhận được năng lượng lớn hơn năng lượng vùng cấm và nó sẽ nhảy lên vùng dẫn và chất rắn trở thành dẫn điện. Khi nhiệt độ càng tăng lên, mật độ điện tử trên vùng dẫn sẽ càng tăng lên, do đó, tính dẫn điện của chất bán dẫn tăng dần theo nhiệt độ (hay điện trở suất giảm dần theo nhiệt độ). Một cách gần đúng, có thể viết sự phụ thuộc của điện trở chất bán dẫn vào nhiệt độ như sau:      Tk E RR B g o 2 exp. với: R0 là hằng số, gE là độ rộng vùng cấm. Ngoài ra, tính dẫn điện của chất bán dẫn có thể thay đổi nhờ các kích thích năng lượng khác, ví dụ như ánh sáng. Khi chiếu sáng, các điện tử sẽ hấp thu năng lượng từ phôtôn, và có thể nhảy lên vùng dẫn nếu năng lượng đủ lớn. Đây chính là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi về tính chất của chất bán dẫn dưới tác dụng của ánh sáng (quang-bán dẫn). Nă ng lư ợn g c ủa êl ec tr on ●● Năng lượng của lỗ trống ● ○● Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM8 Một tính chất có tầm quan trọng thực tiễn của các chất bán dẫn là sự hưởng ứng của chúng đối với ánh sáng. Các photon có ánh sáng với năng lượng lượng tử hf > Eg có thể kích thích các electron lên miền dẫn khi chúng bị hấp thụ do các va chạm quang điện. Khi năng lượng của vật rắn tăng lên, chiều rộng của miền được phép (miền dẫn, miền hóa trị) tăng lên, còn chiều rộng của miền cấm giảm đi, Do đó, tính chất dẫn điện của kim loại, chất bán dẫn tăng khi nhiệt độ tăng. Đặc điểm nổi bật của chất bán dẫn là điện trở suất giảm khi nhiệt độ tăng. Muốn cho electron chuyển từ miền hóa trị lên miền dẫn phải cung cấp cho electron một năng lượng tối thiểu bằng chiều rộng của miền cấm (vài eV). Để các electron di chuyển trong miền được phép chỉ cần một năng lượng nhỏ (khoảng 10-22 eV) Các miền năng lượng được hình thành là do bên trong vật rắn có điện trường tuần hoàn. Trường này tạo nên do các nút mạng tinh thể phân bố có trật tự trong không gian. II. Dòng điện Dòng điện là các dòng điện tích dịch chuyển có hướng, gồm có dòng điện dẫn, dòng điện đối lưu và dòng điện trong chân không. II.1 Dòng điện dẫn : là các dòng điện tích vi mô chuyển động ở bên trong một vật vĩ mô đứng yên (chất rắn, chất lỏng hay chất khí). II.2 Dòng điện đối lưu: là dòng các điện tích được mang đi cùng với các hạt vĩ mô hay các vật chứa các điện tích đó. II.3 Dòng điện trong chân khộng: là dòng các hát mang điện vi mô ( các iôn hay các êlectrôn) chuyển động không phụ thuộc vào các vật vĩ mô ở trong chân không.  Cường độ dòng điện: Đại lượng i xác định bởi điện lượng dq đi qua tiết diện ngang của vật dẫn sau khoảng thời gian vô cùng nhỏ dt được gọi là cường độ dòng điện: dt dq i  . Nếu sau các khoảng thời gian bằng nhau tuỳ ý, các điện tích đi qua tiết diện ngang của vật dẫn như nhau, thì dòng điện được gọi là dòng điện không đổi (về độ lớn và chiều và được kí hiệu là chữ I.  Mật độ dòng điện J là đại lượng đo bằng điện tích đi qua một đơn vị mặt của vật dẫn trong một đơn vị thời gian. Mật độ dòng điện là một véc tơ vuông góc với mặt phẳng có dòng điện chạy qua. Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM9 Về trị số: S i j  , trong đó S là tiết diện ngang của vật dẫn. Ta quy ước lấy chiều dòng điện là chiều chuyển động của các điện tích dương ( hay chiều ngược với chiều chuyển động của các điện tích âm). III. Bản chất của tia sáng Thuyết hạt về ánh sáng được I. Newton phát triển đầu tiên vào cuối thết kỉ thứ XVII đã coi ánh sáng như dòng các hạt do nguồn sáng phát ra và lan truyền thẳng trong môi trường đồng chất. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng được thuyết đó giải thích bằng phương pháp cơ học. Chẳng hạn như, sự phản xạ của hạt ánh sáng từ một tấm gương được so sánh với sự phản xạ của một quả cầu đàn hồi từ một thành nào đó, vì trong trường hợp này, góc phản xạ bằng góc tới, sự phản xạ ánh sáng được giải thích, là do các hạt của ánh sáng bị các hạt của môi trường thứ hai hút khi chúng chuyển từ môi trường này sang môi trường khác. Khi đó các thành phần tiếp tuyến tv1 và tv2 của vận tốc ánh sáng trong môi trường thứ nhất và thứ hai đều như nhau, còn các thành phần pháp tuyến khác nhau. Vì tt ivv sin11  và kxt ivv sin22  , nên chiết suất: 1 2 sin sin v v i i n kx t  . Thuyết hạt của ánh sáng đã không thể giải thích được các hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa, phân cực ánh sáng và đễn thế kỉ XIX. Thuyết sóng ánh sáng lần đầu tiên do nhà vật lý Hà Lan Chistian Huygens (1962- 1965) đề xuất, ông cho rằng ánh sáng là sóng đàn hồi truyền trong mồi trường ête. Ête là môi trường đặc biệt chiếm đầy mọi khoảng không gian bên trong vật cũng như giữa chúng. Trong suốt thế kỉ XVIII, thuyết hạt của Niutơn đã thống trị trong khoa học. Mãi đến khi thuyết sóng giải thích được hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ thì thuyết sóng mới có được vị trí xứng đáng của nó. Cuối thế kỉ XIX, Moăcxoen đã thiết lập thuyết điện từ ánh sáng. Theo ông sóng ánh sáng là sóng điện từ có tần số cao. Thuyết điện từ ánh sáng là một thuyết đúng đắn nhưng vẫn không thể giải thích được hiện tượng tán sắc ánh. Do đó Lorenx đã đưa đưa ra thuyết êlêctrôn để giải thích hiện tượng này. Thuyết êlêctrôn giải thích được một số hiện tượng như tán sắc, hấp thụ ánh sáng, nhưng không giải thích được các hiện tượng khác như sự phát xạ của vật đen tuyệt đối. Để giải quyết khó khăn này, năm 1900 Plăng đã đưa Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM10 ra thuyết lượng tử Plăng. Theo ông sự phát xạ ánh của vật không xảy ra một cách liên tục mà gián đoạn, nghĩa là thành từng phần năng lượng  xác định bởi: hv v tần số phát xạ, h là hằng số Plăng. Năm 1905 Anhxtanh đã phát triển thuyết lượng tử của Plăng thành thuyết lượng tử ánh sáng hay còn gọi là thuyết phôtôn. Theo Anhxtanh, không phải chỉ có sự phát xạ mà còn có sự hấp thụ và sự lan truyền của ánh sáng cũng xảy ra dưới dạng những lượng tử ánh sáng riêng biệt, gọi là lượng tử ánh sáng hay phôtôn. Thuyết phôtôn khác với thuyết hạt của Niutơn ở chỗ trong thuyết phôtôn còn giữ những khái niệm sóng: lượng tử ánh sáng hay là phôtôn được biểu diễn theo tần só sóng theo hệ thức hv . Như vậy, ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt, hay nói cách khác nó có lưỡng tính sóng-hạt. Thuyết phôtôn giải thích được hàng loạt hiện tượng mà thuyết điện từ ánh sáng tỏ ra bất lực (như sự phát xạ, hấp thụ ánh sáng, các hiện tượng quang điện, huỳnh quang…), nhưng thuyết phôtôn không hề phủ nhận thuyết điện từ ánh sáng. Ngày nay, thuyết điện từ ánh sáng và thuyết phôtôn được coi là hai thuyết đúng đắn về bản chất ánh sáng. IV. Tế bào quang điện IV.1 Tế bào quang điện IV.1.1 Hiệu ứng quang điện (hiện tượng quang điện) Heinrich Rudolf Hertz Alexander Stoletov Luận văn tốt nghiệp Ngành Sư Phạm Vật Lý GVHD: PHẠM VĂN TUẤN SVTH: ĐẶNG PHÚC ĐẢM11 Hiệu ứng quang điện do Héc phát hiện ra đầu tiên 1887, sau đó việc nghiên cứu chi tiết hiện tượng đã được Xtô-lê-tốp (Stoletov) tiến hành vào những năm 1888-1889, rồi đến Lê-na (Lénard) năm 1889-1902 và nhiều nhà thực nghiệm khác vào những năm 90 của thế kỉ XIX. Trong những thí nghiệm này người ta đã thu được dòng quang điện và đến đầu thế kỉ XX các định luật quang điện đã được thiết lập. Hiệu ứng quang điện gồm có hai loại chính: hiệu ứng quang điện ngoài và hiệu ứng quang điện trong. Ngoài ra còn có hiệu ứng quang điện của lớp chặn. - Hiệu ứng quang điện ngoài: hiện tượng ánh sáng có bước sóng thích hợp, khi chiếu vào kim loại, làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại, gọi là hiện tượng quang điện ngoài. - Hiệu ứng quang điện trong: do tác dụng của ánh sáng có bước sóng thích hợp các electron dẫn và lỗ trống trong bán dẫn được tạo thành, kết quả là tính dẫn điện của vật được tăng lên. - Hiệu ứng quang điện của lớp chặn: thể hiện ở sự xuất hiện hiệu điện thế trên các vật bán dẫn đặt tiếp xúc nhau được chiếu sáng. Hiệu ứng này được giải thích bởi cớ chế dẫn điện trong các vật bán dẫn. Nếu một bán dẫn có tính dẫn bằng electron và một bán dẫn có tính dẫn bằng lỗ trống được đặt tiếp xúc nhau và bán dẫn có tính dẫn bằng lỗ trống được chiếu sáng, thì các electron của nó sau khi hấp