प्रकाशविद्युत् : विद्युत् चुंबकीय प्रारण [सामान्यपणे दृश्य प्रकाश→ विद्युत् चुंबकीय प्रारण] पदार्थावर पाडले असता त्याच्या विद्युत् गुणधर्मांत (विशेषतः विद्युत् संवाहकतेत) जे बदल घडून येतात त्यांचा विचार प्रकाशविद्युत् या विषयामध्ये केला जातो. प्रारण टाकल्यामुळे सामान्यपणे सर्व पदार्थांच्या विद्युत् गुणधर्मात बदल घडतो असे आढळले,तरी हा परिणाम काही घन पदार्थांच्या बाबतीत विशेष प्रकर्षाने दिसून येतो. अशा संवेदनशील पदर्थांचा उपयोग करून प्रकाशविद्युत् प्रयुक्तीच्या साहाय्याने प्रारणाचे अभिज्ञान (अस्तित्व ओळखणे),मापन अथवा रूपांतर करता येते. पुरेशा उच्च कंप्रतेचा (दर सेकंदाला होणाऱ्या कंपनांची संख्या उच्च असलेला) प्रकाश पाडल्यामुळे धातूपासून इलेक्ट्रॉनाचे उत्सर्जन होते,या शोधापासून या शास्त्राचा प्रारंभ झाला. या आविष्काराची व्याख्या सध्या विस्तारित केली गेली असून तिच्यामध्ये धातू,अर्धसंवाहक [ज्यांची विद्युत् संवाहकता धातू व निरोधक यांच्या दरम्यान असते असे पदार्थ→ अर्धसंवाहक] घन,द्रव व वायुरूप अशा द्रव्यावर दृश्य प्रकाश जंबुपार (दृश्य वर्णपटातील जांभळ्या रंगाच्या पलीकडील अदृश्य) किरण,क्ष-किरण आणि गॅमा किरण पाडले असता त्यांपासून मिळणारे इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन या सर्वांचा अंतर्भाव केला जातो.
त्यामुळे प्रकाशविद्युत् आविष्काराचे खालील मुख्य प्रकार मिळतात.
(१)बाह्य प्रकाशविद्युत् परिणाम अथवा प्रकाश उत्सर्जक परिणाम : पुरेशा उच्च कंप्रतेचा प्रकाश पदार्थावर (विशेषतः धातूवर) टाकला असता त्यापासून इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन होते. प्रकाशविद्युत् घट या इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्तीचे कार्य या परिणामावरच आधारित असते [→ इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ती].
(२)अंतर्गत प्रकाशविद्युत् परिणाम : याचे दोन उपप्रकार आहेत.
(अ) सिलिनियमासारख्या अर्धसंवाहक द्रव्यावर प्रकाश टाकला असता त्याच्या विद्युत् रोधात बदल होतो. या परिणामाला प्रकाश संवाहकता असे म्हणतात.
(आ) काही विवक्षित अर्धसंवाहक द्रव्ये वापरून त्यांपासून प्रतिबंध संरचना असलेले घट बनविता येतात. या घटावर प्रकाश पाडला असता त्यामुळे विद्युत् चालक प्रेरणा (विद्युत् मंडलात विद्युत् प्रवाह वाहण्यास कारणीभूत होणारी प्रेरणा) निर्माण होते. या परिणामाला प्रकाशविद्युत् चालक परिणाम असे म्हणतात.
प्रकाशविद्युत् संवाहकाचा उपयोग दूरचित्रवाणीतील कॅमेऱ्यामध्ये होतो [→ दूरचित्रवाणी],तर प्रकाशविद्युत् चालक परिणामाचा उपयोग या छायाचित्रणातील उद्‌भासनमापकात [→ कॅमेरा] व सूर्यप्रकाशाचे विद्युत् चालक प्रेरणेत रूपांतर करणाऱ्या सौर विद्युत् घटात केला जातो [→ सौर विद्युत् घट].
(३)प्रकाशामुळे होणारे आयनीकरण : योग्य ऊर्जेचे प्रकाशकिरण वायुकणांवर टाकले असता त्यांचे शोषण होऊन,त्यामुळे वायुकणांचे आयनीकरण होते म्हणजे त्यांपासून इलेक्ट्रॉन व धन आयन (धन विद्युत् भारित अणू) यांच्या जोड्या निर्माण होतात. निर्माण झालेल्या आयनांची संख्या प्रकाशाच्या तीव्रतेवर अवलंबून असल्यामुळे या परिणामाचा उपयोग प्रकाशकिरणाचे अभिज्ञान व तीव्रता मापन करण्याकरिता होतो. या पद्धतीमध्ये एक कोटर वापरतात. त्यामध्ये दोन विद्युत् अग्रे असून योग्य दाबाचा वायू कोटरात बंदिस्त केलेला असतो. आयनीकरण कोटराचा उपयोग क्ष-किरण,गॅमा किरण इत्यादींसारख्या आयनीकारक किरणांचे मापन करण्याकरिता होतो.
(४)अणुकेंद्रीय प्रकाशविद्युत् परिणाम अथवा युग्मनिर्मिती : यामध्ये उच्च ऊर्जेच्या गॅमा किरणाचे अणुकेंद्रीय (अथवा तत्सम मूलकणीय) क्षेत्रात पॉझिट्रॉन-इलेक्ट्रॉन युग्मात रूपांतर केले जाते [→ पॉझिट्रॉन].
इतिहास : विरल अम्ल विद्रावात बुडवून ठेवलेल्या धातूच्या दोन पत्र्यांपैकी एक पत्रा प्रकाशित केला असता अशा विद्युत् घटाच्या विद्युत् चालक प्रेरणेमध्ये फरक पडतो,असे एकोणिसाव्या शतकाच्या पूर्वार्धात ई. बेक्रेल यांनी दाखविले होते. १८७३ मध्ये डब्ल्यू. स्मिथ यांना सिलिनियम धातू प्रकाशित केल्यास तिचा विद्युत् रोध कमी होतो,असे आढळून आले. नंतर थोड्याच कालावधीत अनेक धातूंवर जंबुपार किरण पाडल्यास त्या धन विद्युत् भारित होतात असा शोध डब्ल्यू. हालव्हाक्स यांनी १८८८ मध्ये लावला. स्टेलेटोव यांनी धातुपटलावर प्रकाश पाडला असता त्यापासून ऋण विद्युत् बाहेर पडले असे प्रयोगाद्वारे दाखविले. १८९७ साली जे. जे. टॉमसन यांनी इलेक्ट्रॉनाचा शोध लावला. धातूपासून प्रकाशामुळे उत्सर्जित होणारी ऋण विद्युत् इलेक्ट्रॉनाच्या स्वरूपात असते हे पी. ई. ए. लेनार्ट यांनी सिद्ध केले.
प्रकाश उत्सर्जक परिणाम : वर वर्णन केलेल्या या प्रयोगांमुळे महत्त्वाचे खालील निष्कर्ष मिळतात.
(१)इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन होण्याकरिता प्रकाशकंप्रता एका ठराविक उंबरठ्यावजा मूल्यापेक्षा जास्त असावी लागते. ही गोष्ट जर तरंगलांबीच्या संदर्भात नमूद करावयाची असल्यास आपाती प्रकाशाची तरंगलांबी एका उंबरठा मूल्यापेक्षा कमी असावी लागते. (२)प्रकाशकिरणाचे आपतन व त्यामुळे होणारे इलेक्ट्रॉनाचे उत्सर्जन यांमधील कालखंड नगण्य आहे. याचा अर्थ असा की,प्रकाश पाडल्याबरोबर धातुपटलातून इलेक्ट्रॉन तात्काळ पडतात. (३)प्रकाशामुळे उत्सर्जित झालेल्या इलेक्ट्रॉनांची गतिज ऊर्जा एकसारखी नसून त्याकरिता मॅक्सवेल-बोल्टस्‌मान वितरणाशी [→ द्रव्याचा गत्यात्मक सिद्धांत] सदृश असे ऊर्जा वितरण आढळते. उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनाची गतिज ऊर्जा शून्य व एक ठराविक महत्तम मूल्य या दोन मर्यादांमध्ये राहते. महत्तम ऊर्जेचे मूल्य आपाती प्रकाशाच्या फक्त कंप्रतेवर अवलंबून असते,ते प्रकाशाच्या तीव्रतेबरोबर बदलत नाही. (४)आपाती प्रकाशाची कंप्रता स्थिर असेल,तर इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन त्वरा (संख्या प्रती सेकंद) ही आपाती प्रकाशाच्या तीव्रतेप्रमाणे बदलते.
प्रकाशविद्युत् परिणामाच्या वरील वैशिष्ट्यांचा खुलासा जे. सी. मॅक्सवेल यांच्या विद्युत् चुंबकीय तरंग सिद्धांतानुसार [→ विद्युत् चुंबकीय तरंग] मिळत नाही. माक्स प्लांक यांच्या ⇨पुंज सिद्धांताचा उपयोग करून ॲल्बर्ट आइन्स्टाइन यांनी १९०५ मध्ये प्रथम या आविष्काराचे समाधानकारक विवेचन केले. या कल्पनेप्रमाणे v कंप्रता असलेल्या विद्युत् चुंबकीय प्रारणाच्या फोटॉनात [प्रकाशकणात→ फोटॉन] hv एवढी ऊर्जा असते (येथे h हा प्लांक स्थिरांक आहे). या सूत्रावरून असे दिसते की,निरनिराळ्या कंप्रतांच्या विद्युत् चुंबकीय फोटॉनांच्या ऊर्जेचे मूल्य निरनिराळे असते व ते प्रारणाच्या तीव्रतेवर अवलंबून असत नाही. प्रारण ऊर्जेचे उत्सर्जन व शोषण hv या ऊर्जापुंज एककात होते,ही कल्पना प्लांक यांनी प्रथम पुढे मांडली. तिचे अवकाशात प्रसारण सुद्धा ऊर्जापुंज hv याच स्वरूपात होते,असे या कल्पनेचे विस्तारण आइन्स्टाइन यांनी केले.
धातूमधील अणूंचे काही इलेक्ट्रॉन मुक्त स्वरूपात असतात व त्यामुळेच धातू विद्युत् संवाहक असतात. याचा अर्थ असा होतो की, धातूमधील हे इलेक्ट्रॉन कोणत्याही एका अणूशी निगडित नसून ते धातूमध्ये एका ठिकाणापासून दुसऱ्या ठिकाणी संचार करू शकतात. हे इलेक्ट्रॉन धातूच्या बाहेर पडून अवकाशात येताना आढळत नाहीत, याचे स्पष्टीकरण करण्याकरिता धातूच्या पृष्ठभागाजवळ इलेक्ट्रॉनाकरिता एक प्रतिबंधक (विद्युत्) वर्चस् तट आहे असे मानले जाते. एखादा इलेक्ट्रॉन आपल्या स्वैर गतीमुळे धातूचा पृष्ठभाग सोडून पुढे जाऊ लागला,तर त्यावर एक आकर्षी प्रेरणा कार्य करू लागते व त्यामुळे त्याचा वेग सारखा कमी होत जातो. या प्रेरणेमुळे तो पृष्ठभागापासून काही अंतरावर आपल्या गतीची दिशा बदलून परत धातूच्या पृष्ठभागाकडे वाढत्या वेगाने येऊन त्यामध्ये शेवटी प्रवेश करतो. इलेक्ट्रॉनाला जर एका ठराविक मूल्यापेक्षा जास्त ऊर्जा मिळाली,तर तो धातूच्या पृष्ठभागाशी असलेला अवरोधी वर्चस् तट ओलांडून अवकाशात कायमचा येऊ शकतो. हे करण्याला जी क्रांतिक ऊर्जा लागते तिलाच वर्चस् तट उंची अथवा धातूचे कार्यफलन म्हणतात. इलेक्ट्रॉनाला ही ऊर्जा त्यावर पडणाऱ्या फोटॉनापासून मिळते,असे आइन्स्टाइन यांच्या खाली दिलेल्या समीकरणात मानलेले असते.
hν = Φ + ½ mv2 … … (१)
यामध्ये hν = आपाती फोटॉनाची ऊर्जा, m = इलेक्ट्रॉनाचे वस्तुमान,ν = त्याचा मुक्त अवस्थेतील अवकाश वेग,Φ = धातूचे कार्यफलन.
वरील समीकरण ऊर्जेच्या अक्षय्यता तत्त्वानुसार [→ द्रव्य आणि ऊर्जा यांची अक्षय्यता] मिळते. यामध्ये धातूमधील इलेक्ट्रॉनाची ऊर्जा शून्य आहे असे गृहीत धरलेले असते. या सूत्राप्रमाणे फोटॉनापासून मिळालेली ऊर्जा दोन प्रकारे खर्च केली जाते. त्यापैकी काही भाग (१)धातूच्या पृष्ठभागाजवळील वर्चस् तट ओलांडण्याकरिता वापरला जातो व (२)उरलेला भाग इलेक्ट्रॉनाची गतिज ऊर्जा ½ mv2बनते. वरील सूत्रावरून धातूकरिता फोटॉनाची उंबरठा कंप्रता Φ = hνo एवढी असली पाहिजे व उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनाची ऊर्जा त्याच्या कंप्रतेवर अवलंबून असते,हे स्पष्ट होते. प्रयोगांद्वारे आढळलेल्या या दोन गोष्टींचे सुलभ स्पष्टीकरण आइन्स्टाइन यांच्या समीकरणावरून मिळते. आर्. ए. मिलिकन यांनी यानंतर अचूक प्रयोग करून आइन्स्टाइन यांचे समीकरण पडताळून पाहिले.
वरील विवरण पृष्ठभागाजवळील इलेक्ट्रॉन उत्सर्जनाकरिता सार्थ ठरतेपण उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन पृष्ठभागाखाली काही अंतरावर असलेल्या स्तरापासून येत असल्यास या क्रियेत पुढील तीन महत्त्वाचे टप्पे लक्षात घेणे सोईचे ठरते : (१)फोटॉनाच्या ऊर्जेचे इलेक्ट्रॉनाद्वारे शोषण (२)पृष्ठभागाखाली काही अंतरावर जर हा इलेक्ट्रॉन असेल,तर तो इलेक्ट्रॉन,धातूचे स्फटिक जालक इत्यादींच्या बरोबर परस्परक्रिया करून फोटॉनापासून मिळालेल्या ऊर्जेचा काही भाग गमावू शकतो(३)पृष्ठभागापाशी असलेला वर्चस् तट ओलांडून अवकाशात मुक्त अवस्थेत येणे. उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनामध्ये आढळणारे ऊर्जा वितरण दुसऱ्या टप्प्यातील क्रियेमुळे मिळते,असे मानले जाते.
धातूचे तापमान वाढविले असता उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनाची गतिज ऊर्जा वाढते असे प्रयोगांती आढळतेपण त्याचे स्पष्टीकरण समी. (१) वरून मिळत नाही. या परिणामाचे विवरण आर्. एच्. फौलर (१८८९—१९४४)यांनी प्रथम दिले. धातूमधील मुक्त इलेक्ट्रॉन फेर्मी-डिरॅक सांख्यिकीचे [→ सांख्यिकीय भौतिकी] पालन करतात. या गोष्टीचा उपयोग करून आइन्स्टाइन समीकरणाचा आधुनिक दृष्ट्या अर्थ लावता येतो. रूढ कल्पनेप्रमाणे (मॅक्सवेल-बोल्टस्‌मान) निरपेक्ष शून्य तापमानाकरिता [→ केल्व्हिन निरपेक्ष तापक्रम] सर्व
इलेक्ट्रॉन व धातुकण यांची गतिज ऊर्जा शून्य असते,असे समजले जात असे. फेर्मी-डिरॅक सांख्यिकीप्रमाणे या तापमानाच्या इलेक्ट्रॉनामध्ये सुद्धा ऊर्जा वितरण असून त्यांची महत्तम ऊर्जा EF (=फेर्मी ऊर्जा) एवढी असते. त्यामुळे उंबरठा ऊर्जा म्हणजे शून्य गती असलेल्या इलेक्ट्रॉनाला धातूच्या पृष्ठभागाजवळील वर्चस् तट ओलांडून जाण्याकरिता आवश्यक असणारी जादा ऊर्जा असे म्हणावे लागते. याचा खुलासा आ. १ वरून होईल. पूर्वीच्या विवेचनाप्रमाणे वर्चस् तटाची उंची Φ एवढी होती,तर आधुनिक मताप्रमाणे तिचे खरे मूल्य Φ + EF = W एवढे असते.
प्रकाशविद्युत् परिणामाकरिता उंबरठा ऊर्जेचे मूल्य ०° के. या तापमानाकरिता अतिशय निश्चित असते. धातुपटलाचे तापमान वाढविल्यास उंबरठा ऊर्जा एका निश्चित मूल्याच्या ऐवजी एका विस्तारित मूल्यपट्ट्याच्या स्वरूपात मिळते. हा पट्टा मूळ उंबरठा ऊर्जा पातळीच्या खाली असल्यामुळे या परिस्थितीमध्ये इलेक्ट्रॉन मुक्त करण्याकरिता कमी ऊर्जा लागते. अशा प्रकारे होणाऱ्या ऊर्जा घटीचे प्रमाण धातुपटलाच्या तापमानावर अवलंबून राहते व ते ०·२ व्होल्ट या सुमाराचे असते. ऊर्जेचे मूल्य सिझियमाकरिता सगळ्यात कमी म्हणजे १·९ व्होल्ट एवढे असते,तर प्लॅटिनमाकरिता सर्वांत जास्त म्हणजे ५ व्होल्ट एवढे असते. बहुतेक सर्व शुद्ध धातूंपासून इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन घडवून आणण्याकरिता लागणारी फोटॉन कंप्रता जंबुपार टप्प्यात असतेतर लिथियम,सोडियम,पोटॅशियम,रुबिडियम व सिझियम या पाच क्षार (अल्कली) धातूंकरिता उंबरठा कंप्रता बरीच कमी असते. अलीकडील प्रकाशविद्युत् घटांमध्ये वापरलेले ऋणाग्र विशेष पद्धतीने बनविलेले संमिश्र स्वरूपाचे असे असते. एका प्रकारामध्ये सिल्व्हर ऑक्साइडाच्या पृष्ठभागावर सिझियमाचा पातळ थर दिलेला असतो. अशा संमिश्र पटलाकरिता उंबरठा तरंगलांबी १२,००० Å (Å = १०-८ सेंमी.) याच्या जवळपास म्हणजे अवरक्त (दृश्य वर्णपटातील तांबड्या रंगाच्या अलीकडील अदृश्य) पट्ट्यात असते.
आइन्स्टाइन यांच्या विवेचनात फक्त ऊर्जा अक्षय्यतेचा विचार करण्यात आलेला आहे. कोणत्याही प्रत्यक्ष आघातक्रियेमध्ये संवेग बदलाचाही (वस्तुमान व वेग यांच्या गुणाकाराने निर्देशित होणाऱ्या राशीतील बदलाचाही) विचार करणे आवश्यक असते. फोटॉन ज्या बाजूने धातुपटलावर पडतो त्याच्या उलट दिशेने इलेक्ट्रॉनाचे उत्सर्जन होते. यावरून ही परस्परक्रिया इलेक्ट्रॉन व फोटॉन यांमध्येच मर्यादित नाही हे उघड आहे. धातूच्या प्रत्येक अणूमधील काही इलेक्ट्रॉन मुक्त अवस्थेत जातात असे मान्य केले,तर राहिलेल्या शेष अणूवर धन विद्युत् भार राहील,हे स्पष्ट आहे. जालकामध्ये अणू आपापल्या स्थानावर जवळजवळ स्थिर राहत असल्यामुळे अशा परिस्थितीत त्यामध्ये उदासीन (ज्यावर धन वा ऋण विद्युत् भार नाही अशा) अणूच्या ऐवजी धन विद्युत् भारवाहक अणूचे एक नियमबद्ध वितरण मिळते. यामधील प्रत्येक विद्युत् भारित अणूच्या सभोवती एक विद्युत् स्थितिक (स्थिर विद्युत् भारांमुळे निर्माण झालेले) क्षेत्र निर्माण होत असल्यामुळे धातूच्या संपूर्ण वस्तूकरिता एक आवर्ती विद्युत् क्षेत्र मिळते. मुक्त इलेक्ट्रॉन व आवर्ती विद्युत् क्षेत्र यांमध्ये (परस्परक्रियेमुळे) संयुग्मीकरण झाल्यामुळे फोटॉन व इलेक्ट्रॉन यांमध्ये जेव्हा आघात होतो तेव्हा त्या वेळी संवेगाच्या देवघेवीत हे आवर्ती विद्युत् क्षेत्र भाग घेते,असा एक सिद्धांत आहे. या क्रियेमध्ये जरी संवेगाची देवघेव होत असली,तरी यामध्ये ऊर्जा देवघेवींचे प्रमाण नगण्य असते,असे मानले आहे. यामुळे मूळ आइन्स्टाइन समीकरणात काही बदल होत नाही. या प्रकारची क्रिया ज्यामध्ये घडते त्यास घनफळात्मक प्रकाशविद्युत् परिणाम म्हणतात. यामध्ये इलेक्ट्रॉनाचा संवेग धातुजालकाला त्यामधील आवर्ती विद्युत् क्षेत्राद्वारे मिळतो. दुसऱ्या एका सिद्धांतात संवेगाची देवघेव पृष्ठभागाजवळच्या वर्चस् तटाच्या (विद्युत् क्षेत्राच्या) साहाय्याने होते,असे मानले आहे. या क्रियेला पृष्ठभागात्मक प्रकाशविद्युत् परिणाम असे म्हणतात. या दोन गृहीत प्रकारांपैकी कोणती क्रिया जास्त महत्त्वाची आहे,हे प्रयोगाने ठरविणे अवघड ठरले आहेपण पहिला प्रकार जास्त महत्त्वाचा असावा अशा अर्थाचा काही पुरावा उपलब्ध आहे.
प्रकाशविद्युत् उतारा : प्रकाशविद्युत् परिणामामुळे प्रती सेकंदाला उत्सर्जित होणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांच्या संख्येला प्रकाशविद्युत् उतारा (प्र. वि. उ.) असे म्हणतात. हा आपाती प्रकाशाच्या तीव्रतेवर अवलंबून असतो,याचा उल्लेख मागे आला आहे. प्रकाशाची तीव्रता कायम ठेवून जर प्रकाशाची तरंगलांबी कमी करीत गेल्यास कोणत्याही धातूपासून मिळणाऱ्या उताऱ्याचे मूल्य प्रथम वाढते. एका ठराविक तरंगलांबीकरिता हा उतारा महत्तम होऊन त्यानंतर त्याचे मूल्य मोठ्या प्रमाणात कमी होते. याचे स्पष्टीकरण करण्याकरिता प्रथम हे लक्षात घेतले पाहिजे की,धातूमध्ये मुक्त इलेक्ट्रॉनांची संख्या फार मोठी (अंदाजे १०२२ ते १०२३ प्रती घ. सेंमी.) असल्यामुळे धातूच्या पृष्ठभागाचा परावर्तनांक (आपाती ऊर्जा व परावर्तित ऊर्जा यांचे गुणोत्तर) उच्च प्रतीचा असतो व त्यामुळे आपाती प्रकाश ऊर्जेपैकी दहा टक्क्यांपेक्षा कमी अंशाचे धातूमध्ये प्रत्यक्ष शोषण होते. शोषित केलेला प्रत्येक फोटॉन इलेक्ट्रॉनचे उत्सर्जन करण्यात यशस्वी ठरतो असेही घडत नाही.
|
याकरिता ( |
उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनांची संख्या |
) या गुणोत्तराने |
|
फोटॉनांची संख्या |
मिळणाऱ्या राशीचा उपयोग करतात. या राशीस पुंजीय उतारा (किंवा क्षमता) असे म्हणतात. या गुणोत्तराचे मूल्य सर्वसाधारणपणे ०·००१ यापेक्षा जास्त नसते. याचा अर्थ असा होतो की,एक हजार फोटॉन धातुपटलावर पाडले,तर त्यापासून सरासरीने फक्त एकच इलेक्ट्रॉन बाहेर पाडता येतो. प्रकाश पटलावर पाडला असता त्यामुळे पृष्ठभागापासूनच्या काही मर्यादित खोलीवर असलेलेच इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होऊ शकतात. याची कारणे दोन असतात. यांपैकी पहिल्या कारणाचा उल्लेख वर आलाच आहे. धातुपृष्ठभागाचा परावर्तनांक उच्च प्रतीचा असल्यामुळे या खोलीचे मूल्य जसे वाढते तशी फोटॉनाची पृष्ठभागाच्या आत प्रवेश करण्याची संभाव्यता त्याच प्रमाणात कमी होत जाते. निरनिराळ्या तरंगलांबीच्या फोटॉनांकरिता धातूची एक ठराविक भेदननिम्नता (पृष्ठभागापासून आत जेथपर्यंत फोटॉनाचा प्रवेश होऊ शकतो ती खोली) असते व ही भेदननिम्नता तरंगलांबीवर अवलंबून असल्यामुळे पुंजीय उताऱ्यात तरंगलांबीप्रमाणे बदल होतो. दुसरे कारण असे की,फोटॉनाबरोबर परस्परक्रिया झाल्यानंतर इलेक्ट्रॉन धातुपटलाच्या बाहेर येण्याचा प्रयत्न करीत असताना इतर इलेक्ट्रॉनांच्या किंवा धातुजालकाच्या बरोबर त्यांची परस्परक्रिया होऊन त्याच्या ऊर्जेत क्षय होण्याचा संभव असतो. इलेक्ट्रॉन धातुपृष्ठभागापासून जितका जवळ असेल तितक्या प्रमाणात याप्रकारे ऊर्जाक्षय होण्याचा संभव कमी राहतो. याउलट धातुपृष्ठभागापासून आत जास्त खोलीवर असलेल्या इलेक्ट्रॉनाला अर्थांतच या परिणामावर मात करून (मुक्त अवस्थेत) अवकाशात येणे जास्त कठीण होते. प्रत्येक धातूकरिता इलेक्ट्रॉन विमोचननिम्नता अशी एक राशी कल्पिता येते. पृष्ठभागापासून विमोचननिम्नता किंवा त्यापेक्षा जास्त खोलीवर फोटॉन व इलेक्ट्रॉन यांमध्ये जर आघात झाला,तर या इलेक्ट्रॉनाची धातूच्या बाहेर येण्याची शक्यता नगण्य समजता येते. प्रकाश तरंगलांबी कमी केली असता धातूच्या इलेक्ट्रॉन विमोचननिम्नतेत घट होते. या सर्व गोष्टींचा स्थूलमानाने विचार केल्यास उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन धातूच्या पृष्ठभागापासून १०-७ सेंमी. (सुमारे) या खोलीच्यापेक्षा जास्त खोल थरावरून येत नसावेत,असा अंदाज करता येतो.
कॉम्पटन व ओझे परिणाम : वरवर पाहता प्रकाशविद्युत् परिणामासारखे दिसणारे पण तत्त्वतः भिन्न असे हे दोन परिणाम आहेत. या परिणामांचा शोध अनुक्रमे ए. एच्. कॉम्पटन (१८९२—१९६२)व पी. व्ही. ओझे (१८९९— )यांनी लावला.
कॉम्पटन परिणामामध्ये एकवर्णी क्ष-किरणांचा पदार्थावर मारा केला असता पदार्थातील मुक्त इलेक्ट्रॉन किरण पुंजकणाच्या संपूर्ण ऊर्जेचे शोषण न करता तीतील काही भागाचे शोषण करून उरलेली कण ऊर्जा पुंजरूपातच प्रकीर्णित करतो (विखुरतो). प्रकीर्णित किरण पुंजाची कंप्रता ही मूळ क्ष- किरणाची कंप्रता आणि प्रकीर्णन दिशा व मूळ किरणाची दिशा यांमधील कोन यांवर अवलंबून असते.[⟶ कॉम्पटन परिणाम].
ओझे परिणाम : एखादा अणू क्ष-किरण पुंजाचे शोषण करतो तेव्हा काही परिस्थितीत त्यामधून एकदम दोन किंवा अधिक इलेक्ट्रॉन बाहेर फेकले जातात, असे सी. टी. आर्. विल्सन यांना १९२३ मध्ये आढळले. उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनांपैकी फक्त एकाच इलेक्ट्रॉनाची गतिज ऊर्जा आइन्स्टाइन समीकरणानुसार क्ष-किरण कणाच्या कंप्रतेवर अवलंबून असते पण इतर इलेक्ट्रॉनांची ऊर्जामूल्ये अणूच्या ऊर्जा पातळ्यांवर अवलंबून असतात असे प्रयोगान्ती आढळले. या क्रियेला ओझे परिणाम म्हणतात व त्याचे स्पष्टीकरण आ. २ च्या साहाय्याने करता येते. क्ष-किरण पुंजाच्या hv माऱ्यामुळे अणूमधील घट्टपणे बंदिस्त असलेला अ१ या पातळीवरचा इलेक्ट्रॉन प्रकाशविद्युत् परिणामामुळे अणूच्या बाहेर फेकला जातो. त्याची गतिज ऊर्जा ½mv2 ही आइन्स्टाइन समीकरणानुसारच मिळते.
hv = ½ mv2 +W … … … … (२)
येथे m = इलेक्ट्रॉनाचे वस्तुमान, v = मुक्त इलेक्ट्रॉनाचा वेग, hv = क्ष-किरण कण ऊर्जा, W = अ१ पातळीमधील इलेक्ट्रॉनाला अणूपासून संपूर्णपणे मुक्त करण्याकरिता लागणारी ऊर्जा. इलेक्ट्रॉन बाहेर गेल्यामुळे अ१ पातळीमध्ये जी मोकळी जागा निर्माण होते ती भरण्याकरिता अ१ पेक्षा उच्च पातळीवरील (अ२ मधील) इलेक्ट्रॉन खाली येतो. अ१ व अ२ या ऊर्जा पातळ्यांच्या ऊर्जेतील फरक पुंज सिद्धांतानुसार प्रारणपुंजाच्या (hv1) स्वरूपात प्रेषित होतो. या पुंजाचे परत शोषण करून अ२ या पातळीच्या वर असलेला अ३ या ऊर्जा पातळीवरील इलेक्ट्रॉन एकदम अणूच्या बाहेर येऊ शकतो. मूळ क्ष-किरणाची ऊर्जा उच्च प्रतीची असल्यास वरील प्रकारे अनेक क्रिया एकमेकीमागून होऊन परिणामी दोन किंवा अधिक इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन होऊ शकते. या क्रियेमध्ये पहिल्या एकच ऊत्सर्जित इलेक्ट्रॉनाची गतिज ऊर्जा आपाती क्ष-किरणाच्या कंप्रतेवर अवलंबून असते. त्यानंतर ऊत्सर्जित होणाऱ्या ओझे इलेक्ट्रॉनाच्या गतिज ऊर्जा मूल्याचा क्ष-किरण कंप्रतेशी काहीही संबंध नसतो. ऊर्जा अक्षय्यता तत्त्वाप्रमाणे मात्र सर्व ओझे इलेक्ट्रॉनाची एकंदर ऊर्जा W या मूल्यापेक्षा अधिक असू शकणार नाही, हे आकृतीवरून स्पष्ट होते. W ही ऊर्जा सर्वस्वी ओझे इलेक्ट्रॉनांच्या गतिज ऊर्जेच्या स्वरूपातच मिळते असे घडत नाही. कारण काही अंतर्गत प्रारण ऊर्जापुंजाचे अंतर्गत इलेक्ट्रॉनांकडून शोषण न होता, ते आपल्या मूळ प्रारण स्वरूपातच बाहेर येण्याची शक्यता असते. ओझे इलेक्ट्रॉनाच्या ऊर्जेचा अभ्यास करून पृष्ठभागावरील थरात असणाऱ्या अणूंविषयी किंवा तेथे असणाऱ्या अपद्रव्यासंबंधी माहिती मिळू शकते. या पद्धतीस ‘पृष्ठभागीय ओझे वर्णपटविज्ञान’ म्हणतात.
प्रतिमा तीव्रतावर्धक : एखाद्या पदार्थाच्या प्रकाशीय प्रतिमेची तीव्रता इतकी कमी असते की, तिचे योग्य रीतीने छायाचित्रण अथवा तीव्रतामापन करणे शक्य होत नाही. अशा परिस्थितीत प्रतिमा तीव्रतावर्धक ही प्रयुक्ति वापरून प्रतिमेची तीव्रता वाढविता येते. निर्वात प्रकारच्या वर्धक नलिकेचे कार्य आ. ३ मध्ये दाखविले आहे. भिंग भ१ याच्या साहाय्याने इष्ट पदार्थाची प्रकाशीय प्रतिमा प१ या प्रकाशविद्युत् पटलावर पाडली जाते. हे पटल अर्धपारदर्शक असल्यामुळे त्यावर एका बाजूने प्रकाशीय प्रतिमा पाडली असता त्यामुळे उत्सर्जित होणारे प्रकाशविद्युत् इलेक्ट्रॉन हे त्याच्या दुसऱ्या बाजूने (निर्वातामध्ये) बाहेर पडतात. अ१-अ६ या वलयाकार विद्युत् अग्रांवर योग्य मूल्याचे पण क्रमशः वाढत जाणारे सरल धन विद्युत् वर्चस् लावलेले असते. यामुळे उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन प२ या अनुस्फुरक (विद्युत् चुंबकीय ऊर्जेचा किंवा विद्युत् भारित कणांचा भडिमार चालू असताना प्रकाशणाऱ्या) पटलाच्या दिशेत सतत प्रवेगित होतात. नलिकेभोवती ठेवलेल्या परिनलिकेच्या [⟶ परिनलिका] आकाराच्या वेटोळ्यात विद्युत् प्रवाह सोडून जे चुंबकीय क्षेत्र निर्माण असते, त्यामुळे प्रवेगित इलेक्ट्रॉनांचे आकृतीत दाखविल्याप्रमाणे अनुस्फुरण पटलावर परत केंद्रीकरण होते. प२ पटलावर मिळालेली प्रकाशीय प्रतिमा मूळ प्रतिमेशी सदृश पण तिच्यापेक्षा खूप जास्त तीव्रवेची (आणि वापरलेल्या अनुस्फुरक पटलानुसार निराळ्या रंगाची) असते. दुसरे भिंग भ२ वापरून अंतिम प्रकाशीय प्रतिमेचे केंद्रीकरण एखाद्या अनुस्फुरक पटलावर किंवा छायाचित्रण फिल्मवर (प३) करता येते.
मूळ अंधुक प्रकाशीय प्रतिमेच्या काही सूक्ष्म भागाच्या तीव्रतेचे मापन करावयाचे असल्यास त्याकरिता प्रतिमा तीव्रतावर्धक न वापरता प्रतिमेचा इष्ट भाग प्रकाशगुणक नलिकेत [⟶ इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ति] सरळ सोडता येतो. प्रकाशगुणक नलिकेमध्ये प्रकाशविद्युत् इलेक्ट्रॉनांना प्रवेगित करून त्याद्वारे द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित केले जात असल्यामुळे तीत वर्धनाचे प्रमाण खूपच जास्त असते. अशा योजनेमध्ये प्रकाशीय प्रतिमेच्या तीव्रतेचे मापन तीपासून मिळणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाच्या साहाय्याने केले जाते.
प्रतिमा तीव्रतावर्धकाचा उपयोग खगोलीय अंधुक उद्‌गमांचे (उदा., ताऱ्यांचे) अभिज्ञान व त्यांच्या तीव्रतेचे मापन करण्याकरिता करतात. या प्रयुक्तीची जोड मिळाल्यामुळे छायाचित्रण पद्धतीतील आणि इलेक्ट्रॉनीय पद्धतीमधील चांगल्या गुणाचा लाभ मिळविता येतो. उच्च प्रतीचे विभेदन (दोन लगतच्या वस्तूंमधील भेद दर्शविण्याचा गुणधर्म), संकेत/गोंगाट या गुणोत्तराकरिता उच्च मूल्य (येथे संकेत म्हणजे आपाती प्रकाशरूपी संदेश), उत्तम मितीय (परिमाणात्मक) स्थैर्य, रूंद कंप्रता पट्टाकरिता मिळणारा सारखा प्रतिसाद ही छायाचित्रण पद्धतीची चांगली वैशिष्ट्ये आहेत. या पद्धतीमध्ये मिळणारा पुंजीय उतारा कमी प्रतीचा असतो. जर मूळ उद्‌गमाची तीव्रता कमी असेल, तर छायाचित्रणाने मिळणाऱ्या प्रतिमेची तीव्रता व त्याकरिता वापरलेला उद्‌भासन काल यांमध्ये रेखीय (एकघाती) चलन असत नाही. हे दोन्ही दोष प्रतिमा तीव्रतावर्धक वापरून घालविता येतात.
अवरक्त प्रतिमा परिवर्तक (निर्वात) नलिका : अवरक्त प्रारणाने मिळालेल्या मूळ प्रतिमेचे रूपांतर दृश्य
प्रकाशीय प्रतिमेत करण्याकरिता या प्रयुक्तीचा उपयोग करतात. या प्रयुक्तीची संरचना आ. ४ मध्ये दाखविली आहे. प१ या गोलीय अर्धपारदर्शक विद्युत् ऋणाग्रावर अवरक्त प्रकाशीय प्रतिमा योग्य भिंगाच्या (भ१) साहाय्याने केंद्रित केली जाते. प्रतिमा तीव्रतावर्धक प्रयुक्तीच्याप्रमाणेच यामध्ये उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन पटलाच्या दुसऱ्या बाजूने (निर्वातामध्ये) उत्सर्जित होतात. ऋणाग्र व अनुस्फुरक पटल प२ यांमध्ये लावलेल्या उच्च विद्युत् वर्चोभेदामुळे (विद्युत् वर्चसांतील म्हणजे विद्युत् पातळ्यांतील फरकामुळे अंदाजे १५ हजार व्होल्ट) हे इलेक्ट्रॉन प्रवेगित होतात. त्यांचे केंद्रीकरण करण्याकरिता विशेष प्रकारची विद्युत् स्थितिक क्षेत्रे व१ आणि व२ या विद्युत् अग्रांच्या द्वारे लावलेली असतात. विद्युत् ऋणाग्राच्या एका बिंदूपासून निघालेल्या इलेक्ट्रॉनांचा (एकंदर योजनेमुळे होणारा) गतिमार्ग आकृतीत दाखविला आहे. इलेक्ट्रॉनांची ऊर्जा उच्च प्रतीची असल्यामुळे ते प२ या अनुस्फुरक पटलावर पडतात, तेव्हा त्यांपासून दृश्य प्रकाशाच्या स्वरूपात अंतिम प्रतिमा मिळते. ही प्रतिमा भ२ या भिंगाच्या साहाय्याने पहाता येते. ज्या अवरक्त तरंगलांबी पल्ल्याकरिता ही प्रयुक्ती उपयोगात आणता येते, त्या पल्ल्याच्या मर्यादा प१ या पटलाच्या वर्णीय प्रतिसादामुळे ठरतात. सिझियम – ऑक्सिजन-सिल्व्हर या मिश्र थरापासून बनलेले प्रकाशविद्युत् ऋणाग्र ७,००० ते ८,००० Å तरंगलांबीकरिता महत्तम प्रतिसाद दाखविते. या प्रकारची प्रयुक्ती प्रथम अमेरिका व जर्मनी या देशांमध्ये १९३० च्या सुमारास विकसित केली गेली. दुसऱ्या महायुद्धात हिचा उपयोग रात्री टेहळणी या लष्करी कार्याकरिता करण्यात आला. यावर अधिक संशोधन चालू असून अवरक्त तरंगलांबीची मर्यादा वाढविण्याचा प्रयत्‍नजारी आहे पण आतापर्यंत कोठी तापमानास (सर्वसामान्य तापमानास) उत्सर्जित होणाऱ्या अवरक्त प्रारणापर्यंत ही मर्यादा खाली आणण्यात यश आलेले नाही. याचा अर्थ असा होतो की, कोणत्याही वस्तूचे अभिज्ञान तीपासून उत्सर्जित होणाऱ्या प्रारणाच्या साहाय्याने
करणे अद्याप शक्य झालेले नाही. उदा., मांजरासारख्या नियततापी प्राण्यापासून सतत प्रारण उत्सर्जित होत असते पण याचा उपयोग करून कोणत्याही प्रयुक्तीच्या साह्याने रात्री अंधारात मांजरास ‘पहाणे’ शक्य झालेले नाही. ज्या वस्तू नुसत्या डोळ्याने दिसत नाहीत, त्या अवरक्त ‘कृष्ण प्रकाश’ शोध दीप वापरून या प्रयुक्तीच्या साहाय्याने बघता येतात.
व्यवहारात वापरल्या जाणाऱ्या प्रकाशविद्युत् उत्सर्जक प्रयुक्ती (नलिका) : या प्रयुक्तींचा उपयोग प्रकाशाचे अभिज्ञान व तीव्रतामापन करण्यासाठी [⟶ प्रकाशमापन] तसेच वर्णपटविज्ञानामध्ये वर्णपटरेषांचे तीव्रतामापन करण्यासाठी होतो. ⇨चलच्चित्रपट तंत्रात आणि ⇨ध्वनिमुद्रण व पुनरुत्पादन करण्याकरिता या प्रयुक्ती फार मोठ्या प्रमाणात वापरल्या जातात. या नलिकांमध्ये (अ) निर्वात व (आ) वायुभरित असे दोन प्रकार असतात. निर्वात प्रकाशविद्युत् नलिकेमध्ये एका काचेच्या कोषामध्ये अर्धवर्तुळाकार ऋणाग्र असून त्याच्या मध्यभागी एक तारेचे धनाग्र असते (आ. ५). ऋणाग्राच्या आतल्या पृष्ठभागावर प्रकाश संवेदनशील द्रव्याचा थर दिलेला असतो. या द्रव्यात दोन गुणधर्म अपेक्षित असतात. पहिला म्हणजे त्याचे कार्य फलन कमी मूल्याचे असावे व दुसरा म्हणजे त्याद्वारे प्रकाश शोषण चांगले व्हावे. या कार्याकरिता क्षार धातूंचा (विशेषेकरून सिझियमाचा) उपयोग करतात. जास्त संवेदनशीलता हवी असल्यास (१) Ag-O-Cs, (२) Sb-Cs, (३) Bi-Ag-O-Cs, (४) Sb-K-Na-Cs अशा संमिश्र थराचा उपयोग करतात. उदा., (१) क्रमांकाचा उत्सर्जक तयार करण्याकरिता शुद्ध चांदीचा एक थर घेवून त्याचे ऑक्सिडीकरण केले जाते आणि १५०° से. तापमानास त्यावर सिझियम बाष्पाचा पातळ थर दिला जातो. याची तरंगलांबी प्रतिसाद सीमा १२,००० Å एवढी असते, तर पुंजीय उतारा ०·३ या प्रमाणाचा असतो. ए. एच्. सोमर यांनी Sb-K-Na-Cs या संमिश्र थराकरिता पुंजीय उतारा ०·५ एवढा मिळू शकतो, असे दाखविले आहे.
निर्वात प्रकाशविद्युत् नलिकेकरिता वापरण्यात येणारे विद्युत् मंडल आ. ५ मध्ये दाखविले आहे. प्रकाशविद्युत् प्रवाह संपृक्त (जास्तीत जास्त) होईल इतक्या मोठ्या मूल्याचे विद्युत् वर्चस् नलिकेला लावावे लागते (आ. ६). आ. ७ मध्ये प्रकाशाची तीव्रता वाढविली असता नलिकेतून मिळणाऱ्या प्रदान विद्युत् प्रवाहाचे मूल्य रेषीय रीत्या कसे बदलते, हे दाखविले आहे, तर आ. ८ वरून या नलिकेचा निरनिराळ्या प्रकाश तरंगलांब्याकरिता प्रतिसाद कसा बदलतो हे कळून येते.
या प्रयुक्तीचे विशेष गुण पुढीलप्रमाणे आहेत : (१) तिचा प्रतिसाद प्रकाश-तीव्रतेबरोबर रेषीय चलन दाखवितो. (२) प्रदान विद्युत् प्रवाह हा लावलेल्या विद्युत् वर्चोभेदावर अवलंबून नसल्यामुळे त्यात जरी थोडाफार बदल झाला, तरी प्रदान विद्युत् प्रवाहात फरक पडत नाही. (३) दीर्घ काळापर्यंत कार्यात स्थैर्य असते. (४) या प्रयुक्तीचे तापमान ५५° से.पेक्षा जास्त होऊ न देणे आवश्यक असते, नाहीतर तिच्या संवेदनशील थरात बिघाड निर्माण होऊ शकतो. (५) प्रकाशविद्युत् नलिका जरी संपूर्ण अंधारात ठेवली, तरी तिच्यामधून एक सूक्ष्म प्रवाह (१०-१० ते १०-११ अँपि.) मिळतो. या प्रवाहास ‘अदीप्त विद्युत् प्रवाह’ अशी संज्ञा दिली जाते. प्रयुक्तीच्या आदान व प्रदान अग्र तारांमध्ये होणाऱ्या विद्युत् क्षरणामुळे (गळतीमुळे) हा प्रवाह मिळतो असे मानले जाते. याचे प्रमाण कमी करण्याकरिता काही नलिकांमध्ये धनाग्र हे ऋणाग्राशेजारी नलिकेच्या पायापाशी न ठेवता ते अलग करून नलिकेच्या काच-कोषाच्या वरच्या भागावर ठेवतात.
धनाग्राला साधारणपणे ४० व्होल्टपेक्षा जास्त विद्युत् वर्चस् दिले जाते. प्रदान रोधक सामान्यतः ५-२० मेगोम (१ मेगोम = १०६ ओहम) या मूल्याचा असतो. प्रयुक्तीमधून मिळणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाचे मूल्य सामान्यपणे मायक्रोअँपिअरपेक्षा कमी असल्यामुळे त्याचे इलेक्ट्रॉनीय मंडलाद्वारा विवर्धन करून नंतर मापन करणे आवश्यक ठरते. या कार्याकरिता प्रदान रोधक मूल्याएवढा आदान संरोध (सर्व प्रकारचा एकूण विद्युत् रोध)
ज्याचा आहे असा एक विशिष्ट जातीचा विवर्धक वापरावा लागतो. या विवर्धकाकरिता गोंगाट/संकेत या गुणोत्तराचे मूल्य फार कमी असल्यामुळे त्यास पूर्वविवर्धक असे म्हणतात. या पूर्वविवर्धकाचे कार्य नलिकेत थोड्या दाबाचा (काही टॉर) आर्‌गॉनासारखा वायू घालून करता येते. अशा नलिकेस वायुभरित नलिका म्हणतात. या नलिकेच्या धनाग्राला साधारणपणे ६०-९० व्होल्ट एवढे विद्युत् वर्चस् दिलेले असते. ऋणाग्रापासून निघणारे प्रकाशविद्युत् इलेक्ट्रॉन प्रवेगित होत असल्यामुळे त्याच्याजवळ वायुकणांबरोबर आघात करून त्यांचे आयनीकरण करण्याएवढी ऊर्जा असते. आघातजन्य आयनीकरणामुळे धन आयन व इलेक्ट्रॉन यांच्या जोड्या विद्युत् अग्रांच्या मधील अवकाशात निर्माण होतात. परिणामी ऋणाग्रापासून प्रकाशविद्युत् परिणामामुळे उत्सर्जित झालेल्या प्रत्येक इलेक्ट्रॉनामुळे साधारणपणे १० ते १०० इलेक्ट्रॉन अंती धनाग्राला येऊन मिळतात. या अंतर्गत विवर्धनाकरिता गोंगाट/संकेत या गुणोत्तराचे मूल्य खूप कमी असते पण 
असे अंतर्गत विवर्धन केल्यामुळे पुढील दोन दोष निर्माण होतात : (१) प्रकाशतीव्रता व प्रदान विद्युत् प्रवाह यांमधील चलन रेषीय राहत नाही. (२) प्रतिसाद काल वाढतो म्हणजे प्रकाश आपात काल व विद्युत् प्रवाह प्रदान काल यांमध्ये एक अल्प असा कालखंड पडतो. या दोषांमुळे कालपरिवर्ती (कालानुसार बदलणाऱ्या) प्रकाशमापनाकरिता या प्रयुक्तीचा उपयोग समाधानकारक ठरत नाही. [⟶ इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ती].
अर्धसंवाहक प्रकाशविद्युत् परिणाम : धातूपेक्षा अर्धसंवाहकात आढळणारा प्रकाशविद्युत् परिणाम बराच निराळा असतो. धातूच्या मानाने अर्धसंवाहकात मुक्त इलेक्ट्रॉनांची संख्या (प्रति घ. सेंमी.) खूपच कमी असते त्यामध्ये ऊर्जा वितरणही बरेच निराळे असते. अर्धसंवाहकात विद्युत् वाहक फक्त मुक्त इलेक्ट्रॉन नसून धन विद्युत् भारवाही पोकळ्या पण असतात [⟶ अर्धसंवाहक]. आणखी एक महत्त्वाचा फरक आ. ९ वरून स्पष्ट होईल. अर्धसंवाहकामधील इलेक्ट्रॉनाकरिता ठराविक ऊर्जापट्ट असतात. निरपेक्ष शून्य तापमानाकरिता यांपैकी सर्वात उच्च ऊर्जेचा पट्ट इई असतो. त्याला संयुजी ऊर्जापट्ट म्हणतात. हा पट्ट इलेक्ट्रॉनांनी संपूर्णपणे व्यापलेला असतो. यानंतर आइ हा निषिद्ध ऊर्जापट्ट असतो व आ आणि इ या पातळ्यांमधील फरक साधारणपणे १ eV (इलेक्ट्रॉन व्होल्ट = १·६ X १०-१९ व्होल्ट) या मापाचा असतो. संवाहक ऊर्जापट्टामध्ये (अआ) जेव्हा इलेक्ट्रॉन येतो तेव्हा तो मुक्त इलेक्ट्रॉनाप्रमाणे वागतो व अशा परिस्थितीत पदार्थ विद्युत् संवाहक असतो. निरपेक्ष तापमानाकरिता संवाहक पट्टामध्ये इलेक्ट्रॉन नसल्यामुळे पदार्थ विद्युत् प्रवाहाचे संवहन करीत नाही. इलेक्ट्रॉनाला पदार्थापासून मुक्त करून अवकाशात नेण्याकरिता ϕ एवढी ऊर्जा आवश्यक असते. व्याख्येप्रमाणे ϕ हे पदार्थाचे कार्यफलन होते. प्रकाशविद्युत् परिणाम घडवून आणण्याकरिता hv० एवढी उंबरठा ऊर्जा फोटॉनाला असावी लागेल हे उघड आहे. यावरून असे दिसते की, उंबरठा ऊर्जा hv० > ϕ. धातूमध्ये hv० = ϕ असे असते. यावरून एकाच मूल्याचे कार्यफलन असणारी धातू व अर्घसंवाहक पदार्थ घेतला, तर त्यामध्ये अर्धसंवाहकाकरिता उंबरठा ऊर्जेचे मूल्य अधिक असते. आ. १० मध्ये एकाच प्रकारचा फोटॉन (ऊर्जा = ५·४२ eV) वापरून टेल्यूरियम व प्लॅटिनम धातू यांपासून उत्सर्जित होणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांमधील ऊर्जा वितरण दाखविले आहे. या दोन पदार्थांकरिता कार्यफलनाचे मूल्य एकच आहे. आइन्स्टाइन समीकरण वापरून इलेक्ट्रॉनाकरिता मिळणारी महत्तम ऊर्जा आकृतीत बाणाने दाखविली आहे.
Cs3Sb (सिझियम अँटिमनाइड) हा अर्धसंवाहक एक महत्त्वाचा प्रकाशविद्युत् उत्सर्जक आहे. त्याकरिता निषिद्ध ऊर्जापट्टाची रूंदी अंदाजे १·५ eV एवढी आहे. या द्रव्यापासून इलेक्ट्रॉनाला संपूर्णपणे स्वतंत्र करण्याकरिता लागणारी ऊर्जा या मूल्यापेक्षा थोडीच जास्त आहे. यामुळे याकरिता फोटॉनाचा पुंजीय उतारा उच्च प्रतीचा म्हणजे
०·२ या मूल्याचा असतो. धातूशी तुलना करता सर्वच अर्धसंवाहकांकरिता पुंजीय उताऱ्याचे मूल्य नेहमीच या कारणाकरिता जास्त असते. धातूमध्ये इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन फक्त एकाच प्रकारे होते, याचे विवेचन वर आले आहे. अर्धसंवाहक व निरोधक पदार्थ जेव्हा पूर्ण शुद्ध स्फटिकाच्या स्वरूपात असतात तेव्हा त्यामध्ये मिळणारे प्रकाशविद्युत् इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन वरीलप्रमाणे घडून येते.
काही विशिष्ट अर्धसंवाहकांत व काही निरोधकांत हे उत्सर्जन आणखी दोन निराळ्या प्रकारांनी होऊ शकते पण याकरिता पदार्थात वर्णकेंद्रे [⟶ घन अवस्था भौतिकी] इ. अपूर्णता (दोष) असणे आवश्यक असते. या परिणामावरील प्रदत्त (माहिती) मुख्यत्वेकरून क्षार हॅलाइडांवरील (क्षार धातूंच्या क्लोराइडे, ब्रोमाइडे, आयोडाइडे इ. संयुगांवरील) प्रयोगांपासून मिळालेला आहे. या प्रकाराचे विवेचन पुढील परिच्छेदात केले आहे.
निरोधकाकरिता प्रकाशविद्युत् परिणाम : निरोधक पटलापासून फोटॉनामुळे होणाऱ्या इलेक्ट्रॉन उत्सर्जनासंबंधी पुरेसे संशोधन झालेले नाही. अशा द्रव्याच्या पटलापासून इलेक्ट्रॉन बाहेर पडले की, त्या पटलाच्या क्षेत्रफळावर धन विद्युत् भार वितरण मिळते. त्यामुळे अशा पटलापासून स्थिर विद्युत् प्रवाह मिळविणे
अवघड ठरते. फक्त क्षार हॅलाइडांच्या व हलक्या धातूंच्या ऑक्साइडांच्या स्फटिकांवर बरेच प्रयोग झालेले आहेत. हे सर्व स्फटिक निरोधक (किंवा आयनी अर्धसंवाहक) असून ते दृश्य व जंबुपार प्रकाशकिरणांकरिता पारदर्शक आहेत. प्रकाशन केल्यानंतर अशा स्फटिकामधून एकता प्रकाशविद्युत् प्रवाह गेला, तर त्यानंतर त्याच्या विद्युत् रोधात बऱ्याच वेळा कायम स्वरूपाची घट होते, असे अनुभवास येते.
क्षार हॅलाइडाच्या बाबतीत होणारे प्रकाशविद्युत् इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन पुढील तीन प्रकारे होऊ शकते : (अ) अंगभूत, (आ) बाह्यगत व (इ) एक्साइटॉन प्रवर्तित. या प्रकारांचे सापेक्ष महत्त्व फोटॉनाच्या ऊर्जेवर अवलंबून असते, हे आ. ११ वरून दिसून येईल. यांपैकी अंगभूत उत्सर्जन धातू व अर्धसंवाहकाकरिता वर्णन केलेल्याप्रमाणेच असते.
या प्रकारचा परिणाम फक्त आदर्श शुद्ध व पूर्ण अशा स्फटिक पदार्थात आढळतो. उंबरठा ऊर्जेपेक्षा जास्त ऊर्जेचे फोटॉन वापरले असता हा परिणाम मिळतो. पोटॅशियम आयोडाइडाकरिता या उंबरठा ऊर्जेचे मूल्य ७ eV एवढे आहे. या पदार्थाकरिता निषिद्ध पट्टाची रुंदी अंदाजे ६ eV एवढी असल्यामुळे या क्रियेकरिता मिळणारा पुंजीय उतारा उच्च प्रकारचा म्हणजे अंदाजे ०·२ या मूल्याचा असतो
बाह्यागत प्रकाशविद्युत् परिणाम व एक्साइटॉन प्रवर्तित प्रकाशविद्युत् परिणाम हे प्रकार जेव्हा पदार्थाच्या स्फटिकामध्ये वर्णकेंद्रासारख्या अपूर्णता असतात तेव्हा मिळतात. पुढील परिच्छेदांत वर्णकेंद्रे व एक्साइटॉन यांबद्दल प्राथमिक स्वरूपाची माहिती दिली आहे.
बाह्यागत प्रकाशविद्युत् परिणाम : पूर्ण जालकामध्ये प्रत्येक अणू आपल्या योग्य जागी प्रस्थापित झालेला असतो. जालकामधील अणूने व्यापावयाचे कोणतेही स्थान रिकामे असत नाही पण असा पूर्ण पदार्थ स्फटिक प्रत्यक्षात क्वचितच सापडतो. जालकात जेथे मूळ अणू असावयास पाहिजे ती जागा एखादा अपद्रव्यी अणू बळकावून बसू शकतो. अपद्रव्यी अणू जालकाच्या निश्चित मुख्य अशा स्थानी न बसता त्यामधील इतर अंतर्गत दुय्यम स्थाने व्यापू शकतो. काही कारणांमुळे काही अणूंच्या जागा रिकाम्या राहतात किंवा जालकात स्थानभ्रंश होऊन त्यांच्या सममितीत विकृती येऊ शकते. या व याच तऱ्हेच्या इतर जालक विकृतींना अपूर्णता असे म्हणतात. अशा अपूर्ण केंद्रापाशी मुक्तविद्युत् वाहकाचे तात्पुरते किंवा कायमचे स्थानबंधन होऊ शकते. पोटॅशियम आयोडाइड स्फटिक जर पोटॅशियमाच्या बाष्पामध्ये तापविला, तर त्यामध्ये जादा पोटॅशियम अणू आत जाऊन ते K+ हे आयन स्वरूप धारण करतात. K+ व जालकामध्ये केंद्रापाशी आधीच असणाऱ्या I– या आयनामध्ये आकर्षण असल्यामुळे एखाद्या ठिकाणचा I– हा ऋण आयन त्याच्या मुळ स्थानापासून काढून घेतला जातो. परिणामतः मूळ जालकात एका ऋण आयनाची जागा रिकामी होते अथवा तेथे एक रिक्त स्थान निर्माण होते. या जालक स्थानापासून I– काढून घेतला गेल्यामुळे तेथे निव्वळ धन विद्युत् भार राहतो. जर अशा स्थानापाशी एखादा इलेक्ट्रॉन आला, तर त्यावर या धन विद्युत् भाराकरवी आकर्षण झाल्यामुळे त्याचे त्या ठिकाणी स्थानबंधन होते. अशा रीतीने जालकातील मूळ ऋण भारवाही आयन स्थाने अथवा रिक्त स्थाने ही इलेक्ट्रॉन स्थानबंधनक म्हणून कार्य करू शकतात. रिक्त स्थानी बंधित इलेक्ट्रॉनाला एक ठराविक अशी ऊर्जा पातळी असते. या ऊर्जा पातळीच्या मूल्यानुसार तो एका ठराविक (किंवा त्यापेक्षा जास्त) ऊर्जेच्या फोटॉनाचे शोषण करू शकतो. फोटॉनाची ऊर्जा योग्य असेल, तर येथील इलेक्ट्रॉन मुक्त होऊन पदार्थाबाहेर येऊ शकतो. ज्याप्रमाणे ऋण आयन रिक्त स्थानापाशी इलेक्ट्रॉनांचे स्थानबंधन होते त्याप्रमाणेच धन आयन रिक्त स्थानी (उदा., K+) पोकळ्यांचे स्थानबंधन होऊन अशीच केंद्रे निर्माण होऊ शकतात. जालकामध्ये अशा केंद्रस्थानांची संख्या पुष्कळ असेल, तर जालकाला स्वतःचा विवक्षित अशा रंग येतो. या कारणाकरिता या रिक्त स्थानांना ‘फ’ (F) प्रकारची वर्णकेंद्रे असे म्हणतात. स्फटिकावर क्ष-किरण टाकले असतानासुद्धा अशी वर्णकेंद्रे निर्माण होतात, असे प्रयोगाने आढळते. ज्या केंद्रापाशी एक इलेक्ट्रॉन स्थानबंधित केला गेला आहे, अशा ठिकाणी एक मुक्त पोकळी आल्यास या दोहोंमध्ये पुनःसंयोग होऊन हे दोन्ही वाहक कायमचे नष्ट होण्याची संभाव्यता बरीच मोठी असते. काही विशिष्ट स्थानबंधनकापाशी पुनःसंयोग क्रियेची संभाव्यता विशेष जास्त असते, अशा केंद्रांस पुनःसंयोग केंद्रे असे म्हणतात. अपूर्णता केंद्रापाशी अशा तऱ्हेने मुक्त वाहकाचे तात्पुरते किंवा कायमचे स्थानबंधन होऊन तो वाहक विद्युत् संवहन कार्याकरिता उपलब्ध राहत नाही. अशा परस्परक्रियेमुळे मुक्त विद्युत् वाहकाचे कार्यकारी आयुर्मान ठरले जाते. आयुर्मानाचे मूल्य सर्वसाधारणपणे १०-२ ते १०-१२ से. एवढे असते. वरील विवेचनावरून हे कळते की, जालकात रिक्त स्थानांच्या स्वरूपात अपूर्णता असतील, तर या केंद्रापाशी इलेक्ट्रॉनाचे स्थानबंधन होते. या केंद्रांची प्रती घ. सेंमी. संख्या १०२० एवढी असू शकते. जालकावर योग्य ऊर्जेचा प्रकाश टाकला असता त्याचे शोषण करून केंद्रामधील स्थानबंधित इलेक्ट्रॉनाचे उत्सर्जन होऊ शकते. ही क्रिया घडवून आणण्याकरिता पोटॅशियम आयोडाइडाकरिता फोटॉनांना २·५ eV उंबरठा ऊर्जा आवश्यक असते. या क्रियेमध्ये फोटॉनाचे शोषण स्फटिकीय अपूर्णतेकडून होत असल्यामुळे यास बाह्यागत प्रकाशविद्युत् परिणाम अथवा सरल आयनीकरण असे म्हणतात. या क्रियेमध्ये पुंजीय उताऱ्याचे मूल्य १०-४ या प्रतीचे असते. हे मूल्य मुख्यतः केंद्राच्या प्रती घ. सेंमी. असणाऱ्या संख्येवरून निश्चित होते. केंद्रांची पदार्थामधील संख्या पुरेशी नसल्यामुळे आपाती प्रकाशकिरणाच्या ऊर्जेचा बराचसा भाग केंद्रांकडून शोषण न झाल्यामुळे वायाच जातो.
एक्साइटॉन प्रवर्तित प्रकाशविद्युत् परिणाम : काही अर्धसंवाहक वा निरोधक पदार्थात प्रयोगान्ती आढळणाऱ्या प्रकाशीय शोषण पट्टामधील शिखराचे स्पष्टीकरण करण्याकरिता एक्साइटॉन या जालकातील इलेक्ट्रॉन प्रणालीच्या उत्तेजित अवस्था वाय्. आय्. फ्रेंकेल (१८९४-१९५४) यांनी गृहीत धरल्या. एक्साइटॉन ऊर्जापातळ्या पदार्थाच्या संवाहक पट्टाच्या खाली असणाऱ्या निषिद्ध पट्टात आहेत, असे मानावे लागते. एक्साइटॉन पातळीमधील इलेक्ट्रॉन मुक्त अवस्थेत नसतो. या कारणाकरिता या पट्टातील प्रकाश शोषणामुळे पदार्थाच्या विद्युत् संवाहकतेत बदल होत नाही. या क्रियेत संयुजी (अथवा त्याच्या खालच्या) पातळीवरील एक इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होऊन एक्साइटॉन पातळीवर गेल्यामुळे त्याच्या जागी एक पोकळी निर्माण होते. एकमेकांशी होणाऱ्या परस्परक्रियेमुळे बंधित अशी एका इलेक्ट्रॉन-पोकळी जोडीची निर्मिती हे या एक्साइटॉन क्रियेचे वैशिष्ट्य होय. ही अवस्था जालकामधील एका ठिकाणापासून (अणू किंवा रेणू स्थानापासून) दुसऱ्या ठिकाणी मार्गक्रमण करू शकते. या क्रियेमध्ये विद्युत् भाराचे विघटन न होता फक्त ऊर्जेचे परिवहन होते. इलेक्ट्रॉन व पोकळी यांचे उत्सर्जन होऊन एक्साइटॉनाचा नाश होऊ शकतो. कित्येक हॅलाइड स्फटिकांमध्ये एक्साइटॉनाची ऊर्जा स्फटिक अपूर्णतेच्या स्वरूपात संचयित केली गेली, तर एक्साइटॉनाचा नाश होतो. पोटॅशियम आयोडाइडामध्ये ५.६ eV यापेक्षा जास्त ऊर्जेच्या फोटॉनाचे शोषण होऊन त्यामध्ये एक्साइटॉन निर्माण होतात. वर्णकेंद्राबरोबर परस्परक्रिया करून केंद्रामधील स्थानबंधित इलेक्ट्रॉनाचे उत्सर्जन घडवून आणण्याएवढी ऊर्जा एक्साइटॉनाजवळ असते. आ. ११ मध्ये इ या जागी जे शिखर दिसत आहे, ते या परिणामामुळे आले आहे. यामध्ये पुंजीय उतारा १०-३ इलेक्ट्रॉन प्रती फोटॉन यापेक्षा जास्त असतो.
छायाचित्रण काचेवर अथवा फिल्मवर प्रकाश उद्दीपनामुळे जी सुप्त प्रतिमा निर्माण होते तीमध्ये प्रकाशविद्युत् परिणामाचा महत्वाचा भाग असतो. फिल्मवर जिलेटिनामध्ये सिल्व्हर हॅलाइड द्रव्य विखुरले गेलेले असते. आपाती प्रकाशामुळे या द्रव्यकणांपासून इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन होते व हे विमोचित इलेक्ट्रॉन फिल्मवरच्या अन्य स्थानी स्थानबंधित होतात.
प्रकाशसंवाहकता : प्रकाश संवहन या परिणामाचे वर्णन अंतर्गत प्रकाशविद्युत् परिणाम असे करता येते. अर्धसंवाहक आणि निरोधक पदार्थांवर प्रकाश टाकला असता त्यांच्या विद्युत् संवाहकतेत वाढ होते. प्रकाशविद्युत् उत्सर्जन क्रियेमध्ये पदार्थांच्या पृष्ठभागापासून निर्वातामध्ये इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन होते व धनाग्राच्या साहाय्याने हे इलेक्ट्रॉन गोळा केले जातात. अंतर्गत प्रकाशविद्युत् परिणामामध्ये प्रकाशामुळे उत्तेजित झालेले इलेक्ट्रॉन पदार्थांमध्येच राहतात. प्रकाशामुळे ‘बंधित’ इलेक्ट्रॉन ‘मुक्त’ होत असल्यामुळे पदार्थाच्या विद्युत् संवहनात ते भाग घेऊ शकतात. या जादा निर्माण झालेल्या विद्युत् वाहकांमुळे पदार्थांच्या विद्युत् संवाहकतेत वाढ होते. या क्रियेचा खुलासा आ. १२ वरून होईल. धातूमध्ये हा परिणाम आढळत नाही कारण तीमध्ये विद्युत् वाहकाची संख्या सामान्यपणे खूप मोठी असते.
‘बंधित’ इलेक्ट्रॉनाला ‘मुक्त’ अवस्थेत नेण्याकरिता लागणाऱ्या ऊर्जेचे मूल्य इलेक्ट्रॉनाला पदार्थापासून संपूर्णपणे स्वतंत्र करण्याकरिता लागणाऱ्या ऊर्जेपेक्षा बरेच कमी असल्यामुळे कमी ऊर्जेचे फोटॉन हे कार्य करू शकतात. प्रकाशविद्युत् उत्सर्जनाचा प्राथमिक टप्पा असे प्रकाश संवहन क्रियेचे वर्णन करता येते. प्रयोगाने दोन प्रकारचे परिणाम आढळून येतात.
(१) प्रकाश संवाहकता परिणाम : यामध्ये बाह्य विद्युत् वर्चसाचा उपयोग केलेला असतो. (२) प्रकाशविद्युत् चालक परिणाम : यामध्ये बाह्य विद्युत् वर्चस् न लावता प्रदान विद्युत् विद्युत् दाब मिळतो.
या दोन्ही प्रकारांमध्ये जादा विद्युत् वाहकांचे अंत:क्षेपण हीच मूलभूत क्रिया कार्य करते. अशा प्रकारे अंत:क्षेपित केलेल्या इलेक्ट्रॉनांची संख्या, आपाती प्रकाश-तीव्रता, प्रकाश तरंगलांबी, पदार्थाचा प्रकाशाकरिता शोषण गुणांक, विद्युत् क्षेत्राचे मूल्य, विद्युत् वाहकांची चलनशीलता आणि त्यांमध्ये घडणारी पुन:संयोग क्रिया या सर्वांवरच ही क्रिया अवलंबून असते. याबाबतीत खालील समीकरण आसन्नपणे (अंदाज करण्याच्या दृष्टीने) उपयोगी पडते.
Δn = QT
येथे Δ n = स्थिर स्थितीत पदार्थामधील प्रकाशविद्युत्-जन्य विद्युत् वाहकांची संख्या (प्रती घ. सेंमी.), Q = विद्युत् वाहक निर्मितीची त्वरा (ही राशी प्रकाश शोषण त्वरेमुळे निश्चित होते) आणि T = मुक्त विद्युत् वाहकाचे आयुर्मान. स्फटिकात जर स्थानबंधनक असतील, तर त्यांचा T वर परिणाम होतो. प्रकाश संवाहक पदार्थाचा वर्णीय प्रतिसाद त्यामधील द्रव्याच्या शोषण वर्णपटाच्या [⟶ वर्णपटविज्ञान] स्वरूपावर अवलंबून राहतो. अर्धसंवाहकामध्ये शोषण कडा स्पष्ट असतात व शोषण गुणकाचे मूल्यही उच्च प्रतीचे असते. त्यामुळे काही मायक्रॉन (१०-३ मिमी.) जाडीच्या अर्धसंवाहक थरामध्ये आपाती प्रकाशाचे जवळजवळ संपूर्णपणे शोषण होते. प्रकाश संवाहक प्रयुक्तीमध्ये अर्धसंवाहक द्रव्य थराच्या स्वरूपात असून त्याची जाडी वरील प्रतीची असते.
प्रकाश संवाहकाकरिता पुढील जातीच्या पदार्थांचा वापर करण्यात येतो : (१) जर्मेनियम, सिलिकॉन, सिलिनियम यांसारखे मूलद्रव्यीय पदार्थ (२) शिसे, थॅलियम, कॅडमियम या धातूंची सल्फाइडे व सेलेनाइड, टेल्यूराइड यांसारखी संयुगे (३) क्षार हॅलाइडे-उदा., पोटॅशियम आयोडाइड.
निर्वातामध्ये बाष्पीभवन करून प्रकाश संवाहक द्रव्य एका पातळ थराच्या स्वरूपात उपयोगात आणले जाते. दृश्य प्रकाश तरंगलांबीकरिता कॅडमियम सल्फाइडाच्या थराची संवेदनशीलता उच्च असल्यामुळे त्याचा उपयोग औद्योगिक क्षेत्रातील अनुप्रयोगांकरिता केला जातो. लेड सल्फाइडामधील प्रकाश संवाहनाचा शोध प्रथम जगदीशचंद्र बोस यांनी भारतात १९०१ साली लावला. लेड सल्फाइड व लेड सेलेनाइड ही द्रव्ये अवरक्त तरंगलांबीच्या प्रकाशाकरिता विशेष संवेदनशील आहेत. त्यांच्या प्रतिसाद कालाचे मूल्य कमी असते. यामुळे त्यांचा उपयोग उच्च गती ध्वनिमुद्रण, उच्च विभेदन वर्णपटविज्ञान, अवरक्त प्रारण अभिज्ञातक, दूरचित्रवाणी कॅमेरा व प्रकाश उद्‌भासनमापक यांकरिता उपयुक्त अशा प्रयुक्तींमध्ये केला जातो.
जर्मेनियमामध्ये अंगभूत प्रकाश संवाहनाचे उद्दीपन करण्याकरिता फोटॉनाची ऊर्जा त्याच्या मूलभूत प्रकाशीय शोषण पट्टामधील मूल्याची असावी लागते. या पट्टाची सुरूवात ०·७ eV या अवरक्त कडेपासून होऊन तो दृश्य व जंबुपार भागात जातो. प्रकाश टाकला असता जर्मेनियमामध्ये जादा इलेक्ट्रॉन व पोकळ्या निर्माण होतात. विद्युत् वाहकाचा नाश पुनःसंयोगाद्वारे स्फटिकातील अपूर्ण स्थाने व पुनःसंयोग केंद्रे यांच्याजवळ होतो. दोन विरूद्ध विद्युत् भार असलेल्या वाहकांचा सरळ पुनःसंयोग व विनाश हा शक्य असला, तरी तो संभाव्य असत नाही, असे दाखविता येते. जर्मेनियमामध्ये निकेल व थोडे आर्सेनिक अपद्रव्याच्या स्वरूपात घातले (व त्याचे तापमान द्रव नायट्रोजनाइतके कमी ठेवले), तर त्यामुळे स्फटिकामध्ये पोकळ्यांकरिता स्थानबंधनक निर्माण होतात. इलेक्ट्रॉन संख्येत पुनःसंयोग क्रियेने घट होण्याची संभाव्यता अशा रीतीने कमी केल्यामुळे विद्युत् वाहकाचे कार्यकारी आयुर्मान वाढते. या प्रकारे उच्च लाभांक (विद्युत् संवाहकता व प्रकाश-तीव्रता यांच्या गुणोत्तराने निर्देशित होणारी राशी) असलेला प्रकाश संवाहक परिणाम मिळविता येतो. याच प्रकारचा प्रकाश संवाहक परिणाम कॅडमियम सल्फाइड व कॅडमियम सेलेनाइड यांच्या स्फटिकांमध्ये कोठी तापमानाकरिता मिळतो. या स्फटिकांमध्ये स्थानबंधनक कार्य कोणत्या प्रकारे होते याचे समाधानकारक स्पष्टीकरण उपलब्ध नाही. सर्वसामान्यपणे असे म्हणता येते की, योग्य अपद्रव्यभरण करून अर्धसंवाहकातील इलेक्ट्रॉनांचे कार्यकारी आयुर्मान वाढवून प्रकाश संवाहन परिणामाचे प्रमाण वाढविता येते.
प्रकाश संवाहकी प्रयुक्ती: सर्वसामान्यपणे वापरात असलेल्या कॅडमियम सल्फाइड घटाची रचना आ. १३ मध्ये दाखविली आहे. यामध्ये एका मृत्तिका चकतीवर प्रकाश
संवाहक द्रव्याचा एक पातळ रोधीय थर दिलेला असतो. यावर कथिल किंवा इंडियम धातूचे आकृतीत दाखविल्याप्रमाणे दोन पट्टे बाष्पीभवन क्रियेने दिले जातात. हे दोन पट्टे घटाकरिता विद्युत् अग्रे म्हणून कार्य करतात. या प्रकारच्या अग्राचा वापर केल्याने अग्र व कॅडमियम सल्फाइड थर यांमधील संस्पर्शी क्षेत्रफळवाढते. त्याबरोबरच घटामधील थरांची अनेकसरी जोडणी होत असल्यामुळे घटाचा एकंदर रोध कमी होतो. आ. १४ मध्ये घटाचा प्रकाशन प्रतिसाद दाखविला आहे. त्यावरून हा प्रतिसाद रेषीय नाही हे लक्षात येते. हा या घटाचा एक दोष आहे. प्रतिसादाची त्वरा कमी असणे हा या प्रयुक्तीमधील दुसरा दोष आहे. आ. १५ मध्ये निरनिराळ्या प्रकाशन पातळ्यांकरिता घटाचे विद्युत् वर्चस्-विद्युत् प्रवाह अभिलक्षण वक्र दाखविले आहेत. त्यांवरून ही प्रयुक्ती रेषीय स्वरूपाची आहे हे कळते. आ. १६ मध्ये या प्रयुक्तीचा प्रकाश
तरंगलांबीनुसार मिळणारा प्रतिसाद दाखविला आहे. त्यावरून हा प्रतिसाद मानवी डोळ्याच्या प्रतिसादाशी बऱ्याच प्रमाणात जुळतो, हे कळून येते. या प्रयुक्तीची किंमत कमी आहे, ती उच्च मूल्याचा विद्युत् प्रवाह हाताळू शकते पण हिच्या प्रतिसादाची त्वरा कमी आहे. या कारणाकरिता हिचा उपयोग मुख्यत: स्विच मंडलात केला जातो. या प्रकारच्या अगदी घरगुती उपयोगाचे उदाहरण द्यावयाचे म्हणजे हा घट वापरून दारापाशी कोणी माणूस आल्याची सूचना मिळविता येते. याकरिता दरवाज्यावर हा घट बसवून योग्य प्रारण काही अंतरावरून त्यावर सतत पडत राहील अशी व्यवस्था केलेली असते. यामुळे घटाला जोडलेल्या विद्युत् पुरवठा मंडलात स्थिर विद्युत् प्रवाह वाहत असतो. दाराजवळ व प्रारणाच्या मार्गात माणूस आला, तर त्यामुळे घटावर पडणाऱ्या प्रारणाच्या तीव्रतेत फरक पडतो व परिणामी मंडलातील विद्युत् प्रवाहाच्या मूल्यातही तद्‌नुरूप फरक पडतो. प्रवाहात अशा प्रकारचा बदल झाल्यास एक विद्युत् घंटा वाजविली जावी, अशी व्यवस्था केलेली असते. अशा रीतीने दाराजवळ माणूस आल्याबद्दल सूचना मिळते. तत्त्वत: याच प्रकारची व्यवस्था वापरून कारखान्यात तयार होत असलेला माल योग्य आहे की नाही, हे या घटाच्या साहाय्याने ठरविले जाऊन अयोग्य माल बाजूस पडेल, अशी स्वयंचलित योजनासुद्धा त्यात समाविष्ट करता येते. दूरचित्रवाणी व प्रकाशमापक यांमध्येही या प्रकारच्या घटाचा उपयोग केला जातो.
प्रकाशविद्युत् चालक परिणाम : संवेदनशील द्रव्यावर विद्युत् चुंबकीय प्रारण पडले असता त्यामध्ये विद्युत् चालक प्रेरणा निर्माण होते. हे द्रव्य ज्यामध्ये समाविष्ट झाले आहे अशा विद्युत् मंडलात विद्युत् पुरवठा नसतानासुद्धा विद्युत् प्रवाह वाहतो. यास प्रकाशविद्युत् चालक परिणाम असे म्हणतात. या परिणामावर आधारित अशा प्रयुक्ती वापरून प्रारणाचे अभिज्ञान व मापन करता येते. प्रकाशविद्युत् चालक घटाचे मुख्यत्वेकरून दोन प्रकार उपलब्ध आहेत.
(अ) विद्युत् विच्छेदी प्रकार :यामध्ये दोन धातूची विद्युत् अग्रे विद्युत् विच्छेदी (ज्यातून विद्युत् प्रवाह वाहू शकतो अशा) द्रवात बुडवून ठेवलेली असतात. त्यांवर प्रारण टाकले असता त्यामध्ये विद्युत् चालक प्रेरणा निर्माण होते.
(आ) प्रतिबंध-घट : यामध्ये सामान्यपणे दोन विद्युत् संवाहक स्तरांमध्ये उच्च विद्युत् रोधाचा प्रकाश संवेदनशील अर्धसंवाहक द्रव्याचा पातळ प्रतिबंधक थर असतो. ह्यापैकी दूसरा प्रकार व्यवहारात जास्त उपयोगात आणला जातो.
सिलिनियम प्रतिबंध-घट :याची सामान्य रचना आ. १७ मध्ये दाखविली आहे. यात पोलादाच्या किंवा ॲल्युमिनियमाच्या पत्र्यावर सिलिनियम धातू स्फटिकाचा थर देतात. त्यावर अर्धपारदर्शक धातूचा (साधारणपणे सोन्याचा) एक थर दिला जातो. या थराचे संरक्षण करण्याकरिता यावर एक काच ठेवलेली असते. योग्य अपद्रव्य घालून सिलिनियम धातूचे P— प्रकारच्या अर्धसंवाहक द्रव्यांत [⟶ अर्धसंवाहक] रूपांतर केलेले असते. अर्धसंवाहक थराबरोबर दोन अग्रे विद्युत् संपर्क करतात. यांपैकी पोलाद व सिलिनियम यांचा संधी साधा ओहमीय स्वरूपाचा (ज्यातून वाहणारा विद्युत् प्रवाह त्यातील वर्चोभेदाच्या एकघाती प्रमाणात असतो अशा स्वरूपाचा) असतो पण दुसरा सोने व सिलिनियम यांमधील संधी विशेष प्रकारचा असून त्यास
एकदिशकारक (विद्युत् प्रवाह एकाच दिशेने वाहू देण्याचा) गुणधर्म असतो. विसरण क्रियेमुळे (विद्युत् वाहकांच्या हालचालीमुळे) वरच्या अग्र धातूमधून इलेक्ट्रॉन सिलिनियमाकडे जातात व त्यामधील
पोकळ्या भरून टाकून संधीजवळ एक सूक्ष्म प्रतिबंधक स्तर निर्माण करतात. विसरण क्रियेमुळे धातूवर धन भार तर अर्धसंवाहक स्तरामध्ये ऋण भार अवकाश विद्युत् भाराच्या स्वरूपात राहतो. अशा रीतीने या निरोधक स्तरावर विद्युत् वर्चस् निर्माण होते. घटावर प्रकाश टाकला असता तो या प्रतिबंधक निरोधक स्तरापर्यत येऊन तेथे प्रकाशविद्युत् परिणामाद्धारे इलेक्ट्रॉन-पोकळ्या यांच्या जोड्या निर्माण करतो. दुसऱ्या विद्युत् अग्रावर धन विद्युत् भार असल्यामुळे इलेक्ट्रॉन त्याच्याकडे आकर्षिले जातात, तर पोकळ्या अर्धसंवाहकामध्ये जाऊन तेथे स्थानबंधित होतात. धातूमधील इलेक्ट्रॉन विसरण क्रियेमुळे अर्धसंवाहकात परत येण्याची शक्यता असते. प्रत्यक्षात या दोन्ही क्रिया एकाच वेळी होत असल्यामुळे त्यांमध्ये गतिकीय समतोल प्रस्थापित होत असतो. वरील विवेचनावरून हे स्पष्ट होते की, प्रतिबंध स्तरामध्ये फोटॉनांच्या द्वारे इलेक्ट्रॉन-पोकळ्या या जोड्यांची निर्मिती हीच मूलभूत क्रिया या परिणामाच्या मुळांशी आहे. म्हणजे हा परिणाम अंतर्गत प्रकाशविद्युत् परिणामाचाच एक प्रकार आहे, हे उघड होते.
सिलिनियम घटासाठी प्रकाश तरंगलांबीकरिता उंबरठा मर्यादा ८,००० Å एवढी असून तिचा महत्तम प्रतिसाद ५,५५० Å करिता मिळतो. नील व जंबुपार प्रकाशाकरिता ही प्रयुक्ती चांगला प्रतिसाद देते. प्रतिबंध स्तराच्या धारणी परिणामामुळे [विद्युत् धारित्रासारख्या परिणामामुळे ⟶ विद्युत् धारित्र] या घटाचा प्रत्यावर्ती (उलटसुलट बदलणाऱ्या) कंप्रतेकरिता प्रतिसाद कनिष्ठ प्रतीचा असतो. त्यामुळे कालपरिवर्ती प्रकाशाचे मापन किंवा अभिज्ञान करण्याकरिता ही प्रयुक्ती उपयुक्त ठरत नाही. सिलिनियमामधील प्रकाशविद्युत् चालक परिणामाचा शोध ॲडम्स व डे यांनी १८७६ साली लावला. बी. लांगे यांनी १९३० मध्ये पहिला सिलिनियम घट बनविला. या जातीच्या पहिल्या फोट्रॉनिक घटाचे उत्पादन अमेरिकेमध्ये वेस्टन इलेक्ट्रिकल इन्स्ट्रूमेंट कॉर्पोरेशनने प्रथम सुरू केले. या घटाचा उपयोग छायाचित्रणातील उद्‌भासन मापक व उद्‌भासन नियंत्रण योजना यांमध्ये केला जातो.
क्युप्रस ऑक्साइड घट : ही एक प्रकाशविद्युत् चालक परिणामावर आधारित अशी अतिशय उपयुक्त प्रयुक्ती आहे. या प्रयुक्तीमध्ये पाया म्हणून तांब्याचा पत्रा वापरलेला असतो. यावर क्युप्रस ऑक्साइडाचा एक पातळ थर (जाडी अंदाजे १ ते ०·१ मायक्रॉन) दिलेला असतो. या थरामध्ये ऑक्सिजन अतिरिक्त प्रमाणात असल्यामुळे क्युप्रस ऑक्साइड द्रव्य P— प्रकारच्या अर्धसंवाहकाच्या स्वरूपात असते. अर्धसंवाहक थरावर दिलेला अर्धपारदर्शक धातूचा (सोन्याचा) थर या प्रयुक्तीकरिता दुसरे विद्युत् अग्र म्हणून कार्य करतो. पहिले अग्र (पायाभूत) तांब्याचा पत्रा हेच असते. या घटाला पश्चस्तर घट असे का म्हणतात हे त्याकरिता दिलेल्या आकृतीवरून (आ. १८) स्पष्ट होईल. आ. १७ मध्ये वर्णन केलेल्या घटात फोटॉन सरळ रेषेत तेथे येत असल्यामुळे त्यास पुरस्तर घट असे म्हणतात. प्रस्तुत घटात अर्धसंवाहक स्तर भेदून गेल्यानंतरच ते फोटॉन प्रतिबंधक स्तरापर्यंत पोहोचू शकतात. तांब्यातील इलेक्ट्रॉन तांबे व क्युप्रस ऑक्साइड यांच्या संधी भागात विसरण पावून त्याखाली असलेल्या अर्धसंवाहक थरात ऑक्सिजन अणूने पुरविलेल्या (इलेक्ट्रॉन) अपद्रव्य ऊर्जा पातळ्या भरण्याचा प्रयत्न करतात. या क्रियेमुळे संधी भागात एक वैशिष्ट्यपूर्ण परिस्थिती निर्माण होते ज्यामधील अशा सर्व ऊर्जा पातळ्या संपूर्णपणे भरल्या गेलेल्या असतात असा एक स्तर निर्माण होतो. या क्रियेमुळे तांब्यावर धन विद्युत् भार निर्माण होतो, तर ऑक्साइडाच्या बाजूच्या स्तरामध्ये ऋण विद्युत् भार अवकाशभाराच्या स्वरूपात जमा होतो. घटावर आता प्रकाश टाकला असता फोटॉनांना प्रतिबंधक स्तरापर्यंत येण्यापूर्वी अर्धसंवाहकामधून जावे लागते. त्यामुळे तेथे प्रकाशसंवाहक क्रिया होऊन अर्धसंवाहकातील संयुजी पट्टामधील इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होऊन ते संवाहक पट्टामध्ये जातात. या क्रियेमुळे मुक्त इलेक्ट्रॉन व पोकळी अशा
जोड्या निर्माण होतात पण अशा रीतीने मुक्त झालेला इलेक्ट्रॉन ऑक्सिजनाने पुरविलेल्या अपद्रव्य ऊर्जा पातळीमध्ये पडून त्याचे परत ‘बंधित’ इलेक्ट्रॉनामध्ये रूपांतर होऊ शकते. ही दुसरी क्रिया फक्त प्रतिबंधक स्तरात घडत नाही कारण फोटॉन पडण्याच्या आधीच स्तरातील सर्व अपद्रव्य पातळ्या इलेक्ट्रॉनांकरवी संपूर्णपणे भरून गेलेल्या असतात. या स्तरामध्येच निर्माण झालेले इलेक्ट्रॉन (व पोकळ्या) त्यामुळे मुक्त अवस्थेतच राहतात. स्तरावरील विद्युत् वर्चसामुळे हे मुक्त इलेक्ट्रॉन प्रवेगित होतात. या प्रयुक्तीद्धारे मिळणाऱ्या अपूर्ण मंडल विद्युत् दाबाचे मूल्य अंदाजे या स्तरावरील विद्युत् वर्चसाएवढे असते. याचे मूल्य स्तराच्या दोन विभागांच्या कार्यफलनांतील फरकाएवढे असते.
प्रकाशविद्युत् चालकाकरिता लेड सल्फाइडाचा अतिशय मोठ्या प्रमाणात उपयोग केला जातो. हे द्रव्य अवरक्त प्रारणाकरिता देखील संवेदनशील आहे. या द्रव्याकरिता प्रतिसाद काल १ मायक्रोसेकंद एवढा असतो. क्युप्रस ऑक्साइड व सिलिनियम घटाच्या प्रतिसाद कालापेक्षा हे मूल्य खूपच कमी आहे.
सौर विद्युत् घटामध्ये सूर्यप्रकाशाचे या परिणामाच्या साहाय्याने विद्युत् चालक प्रेरणेत रूपांतर करता येते. अशा घटाचा शोध १९५४ मध्ये लागला. यामध्ये अतिशय पातळ (दाढीच्या पात्याइतका पातळ) अशा सिलिकॉन धातूच्या पट्ट्या वापरतात. याच्या एका बाजूच्या पृष्ठभागावर योग्य आपद्रव्य वापरून त्याचे p- प्रकारच्या अर्धसंवाहकात रूपांतर करण्यात येते. तत्त्वतः या पट्टीचे p-n संधी द्विप्रस्थामध्ये [⟶ अर्धसंवाहक] रूपांतर केले जाते. या संधीवर प्रकाश पडला असता इलेक्ट्रॉन एका बाजूला, तर पोकळ्या दुसऱ्या बाजूला हालविल्या जात असल्यामुळे प्रयुक्तीमध्ये विद्युत् वर्चस् मिळते. या क्रियेची कार्यक्षमता (सामान्यपणे) ६ ते १४% एवढी असते. या घटाचा उपयोग दूरवर्ती नियंत्रण स्थानके, कृत्रिम उपग्रह यांसारख्या प्रणालींमध्ये केला जातो. [⟶ सौर विद्युत् घट].
प्रकाशजन्य अणुकेंद्रीय परिणाम : आपाती फोटॉनाची ऊर्जा खूप उच्च प्रतीची असल्यास (उदा., गॅमा प्रारण फोटॉन) त्याच्यामुळे पदार्थाच्या बाह्य गुणधर्मातच बदल न होता, त्याच्या अणुकेंद्रात सुद्धा परिवर्तन घडून येऊ शकते. जे. चॅडविक व एम्. गोल्डहाबर यांनी २·१७ MeV (दशलक्ष इलेक्ट्रॉन व्होल्ट) पेक्षा जास्त ऊर्जा असणारा गॅमा फोटॉन ड्यूटेरॉनावर (ड्यूटेरियम या हायड्रोजनाच्या समस्थानिकाच्या अणुकेंद्रावर) टाकला असता, या आघातामुळे त्याचे प्रोटॉन व न्यूट्रॉन या कणांमध्ये विभाजन होते, असे दाखविले. या प्रतीच्या उच्च ऊर्जा फोटॉनाकरिता आढळून येणारी दुसरी महत्त्वाची विक्रिया म्हणजे इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन युग्मनिर्मिती ही होय. या विक्रियेमध्ये गॅमा फोटॉनाचे संपूर्ण परिवर्तन होऊन त्याची ऊर्जा युग्मकणनिर्मितीकरिता उपयोगात आणली जाते. या विक्रियेकरिता उंबरठा ऊर्जा १·०२ MeV असते. यापेक्षा आणखी शक्तिशाली गॅमा फोटॉन इतर पदार्थाच्या अणुकेंद्रावर आघात करण्याकरिता वापरले, तर पदार्थातील प्रोटॉनाचे न्यूट्रॉनामध्ये रूपांतर व पाय प्रकारच्या मेसॉन कणाचे उत्पादन यांसारख्या विक्रिया घडून येतात. [→ अणुकेंद्रीय भौतिकी].
संदर्भ : 1. Carter, H. Donker, M. Photoelectric Devices in Theory and Practice, Eindhoven, 1963.
2. Kloeffler, R. G. Industrial Electronics and Control, New York, 1960.
3. Larach, S. Photoelectric Materials and Devices, New York, 1965.
4. Mark, D. Basics of Phototubes and Photocells, New York, 1956.
5. Pollack, H. Photoelectric Control, New York, 1962.
6. Rose, A. Concepts in Photoconductivity and Allied Problems, New York, 1963.
7. Ryder, J. D. Engineering Electronics, New York, 1967.
8. Sproull, R. L. Modern Physics, New York, 1960.
9. Vavilov, V. S. Effects of Radiation on Semiconductors, New York, 1965.
10. Zworykin, V. K. Ramberg, E. G. Photoelectricity and its Application, New York, 1949.
चिपळोणकर, ब. त्रिं. टोळे, मा. ग.
“