પ્રકાશ-વિદ્યુત-અસર (photoelectric effect)

સ્વચ્છ કરેલી ધાતુની સપાટી પર ઊંચી આવૃત્તિ(અર્થાત્ નાની તરંગલંબાઈ)વાળા પ્રકાશને આપાત કરતાં ધાતુની સપાટીમાંથી થતું ઇલેક્ટ્રૉનનું ઉત્સર્જન. આ ઘટનાનું પરીક્ષણ હર્ટ્ઝ નામના વૈજ્ઞાનિકે ઈ.સ. 1887માં કર્યું હતું. ઈ. સ. 1888માં હોલવાસે જસત (ઝિંક) ધાતુની ત્રણ તકતી લઈ, એક તકતી વિદ્યુતભારરહિત (તટસ્થ), બીજી તકતી ધનવિદ્યુતભારિત અને ત્રીજી તકતી ઋણવિદ્યુતભારિત બનાવી, ત્રણેય તકતીઓ પર નાની તરંગલંબાઈવાળાં પારજાંબલી કિરણો (ultra- violet rays) આપાત કર્યાં.

આમ કરવાથી તટસ્થ તકતી ધનવિદ્યુતભારિત બની, ધનવિદ્યુતભારિત તકતી પરના ધનવિદ્યુતભારની માત્રામાં વધારો થયો અને ઋણવિદ્યુતભારિત તકતી પરના ઋણવિદ્યુતભારની માત્રામાં ઘટાડો થયો. આ પરથી એવું તારવી શકાય કે ઝિંકની તકતી પર પારજાંબલી કિરણોને આપાત કરતાં તેની સપાટી પરથી ઋણ વિદ્યુતભારિત કણો છૂટા પડતા હોવા જોઈએ. ટૉમ્સને ઈ.સ. 1898માં પ્રાયોગિક રીતે સિદ્ધ કર્યું કે આ રીતે મળતા ઋણવિદ્યુતભારિત કણો માટે e/m નું મૂલ્ય કૅથોડ કિરણો માટે મળતા e/m ના મૂલ્ય જેટલું જ હોય છે. જ્યાં e, કણનો વિદ્યુતભાર અને m તેનું દળ છે. આ પરથી એવું પ્રતિપાદન થયું કે ઉત્સર્જન પામતા કણો ઋણવિદ્યુતભારિત ઇલેક્ટ્રૉન હોવા જોઈએ. ઝિંક ઉપરાંત સોડિયમ, પોટૅશિયમ, રુબિડિયમ, સિઝિયમ અને લિથિયમ જેવી ધાતુઓ પણ તેમના પર ઊંચી આવૃત્તિવાળા પ્રકાશનો આપાત કરતાં ઇલેક્ટ્રૉનનું ઉત્સર્જન કરે છે. પ્રકાશની અસર હેઠળ ધાતુની સપાટી પરથી ઇલેક્ટ્રૉન ઉત્સર્જન પામવાની ઘટનાને પ્રકાશ-વિદ્યુત અસર કહે છે. ઉત્સર્જન પામતા ઇલેક્ટ્રૉનને ફોટો ઇલેક્ટ્રૉન અને તેમના પ્રવાહને ફોટો ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ કહે છે. આ ઘટના દર્શાવતી ધાતુઓને ફોટોસંવેદી ધાતુઓ કહે છે.

આકૃતિ 1માં દર્શાવ્યા મુજબ, શૂન્યાવકાશ ધરાવતી કાચની નળીમાં ફોટો-સંવેદી ધાતુની તકતી p અને કલેક્ટર C ગોઠવેલાં છે, સામાન્ય રીતે તકતી Pની સાપેક્ષે કલેક્ટર Cને ધન-વિદ્યુત વિભવ આપવામાં આવે છે. તકતી P પર ઊંચી આવૃત્તિવાળા પ્રકાશનો આપાત કરતાં તેની સપાટી પરથી ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉનનું ઉત્સર્જન થાય છે જે કલેક્ટર C તરફ આકર્ષાઈ તેના પર અથડાતાં વિદ્યુત-પરિપથ પૂર્ણ કરે છે અને સંવેદી ગૅલ્વેનૉમિટર G ફોટોઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ દર્શાવે છે. જુદી જુદી આવૃત્તિઓ તથા જુદી જુદી તીવ્રતાવાળા પ્રકાશનો ઉપયોગ કરી જુદી જુદી ધાતુઓની તકતીઓને અનુલક્ષીને આ ઘટનાનો અભ્યાસ કરતાં પ્રકાશ-વિદ્યુત-અસરની નીચેની લાક્ષણિકતાઓ જોવા મળે છે.

પ્રકાશ-વિદ્યુત-અસરની લાક્ષણિકતાઓ : (1) ચોક્કસ મૂલ્યની લઘુતમ આવૃત્તિ કે તેના કરતાં વધુ આવૃત્તિવાળા પ્રકાશ માટે ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉન ઉત્સર્જન પામે છે. આ લઘુતમ આવૃત્તિને સીમાંકિત (threshold) આવૃત્તિ કહે છે. તેનું મૂલ્ય ધાતુની જાત પર આધાર રાખે છે. મોટાભાગની ધાતુઓ માટે તેનું મૂલ્ય વિદ્યુતચુંબકીય વર્ણપટના પારજાંબલી વિભાગમાં મળે છે. પોટૅશિયમ અને સિઝિયમ જેવી ધાતુઓ માટે સીમાંકિત આવૃત્તિનું મૂલ્ય તે વર્ણપટના ર્દશ્યવિભાગમાં મળે છે. પારજાંબલી કિરણો કરતાં મોટી આવૃત્તિ ધરાવતાં X-કિરણો અને γ-કિરણો પણ ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક ઘટના દર્શાવે છે.

(2) ઉત્સર્જન પામતા ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યા અને પરિણામે ફોટો- ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું મૂલ્ય આપાત-પ્રકાશની તીવ્રતા પર આધાર રાખે છે, નહિ કે તેની આવૃત્તિ પર. આપાત-પ્રકાશની તીવ્રતા જેમ વધુ તેમ ફોટોઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું મૂલ્ય વધારે.

(3) સીમાંકિત આવૃત્તિ કરતાં વધુ આવૃત્તિવાળો પ્રકાશ આપાત કરતાં જુદો જુદો વેગ ધરાવતા ફોટોઇલેક્ટ્રૉન ઉત્સર્જન પામે છે. ઉત્સર્જન પામતા ફોટોઇલેક્ટ્રૉનની ઊર્જા આપાત-પ્રકાશની તીવ્રતા પર આધાર રાખતી નથી, પરંતુ તેની આવૃત્તિ સાથે રેખીય સંબંધ ધરાવે છે.

(4) કલેક્ટર Cને ઉત્સર્જક તકતી Pની સાપેક્ષે ઋણ-વિદ્યુત-વિભવે રાખતાં જે ઇલેક્ટ્રૉન આ ઋણ-વિદ્યુત-વિભવને પાર કરવા શક્તિમાન હોય તે જ ઇલેક્ટ્રૉન કલેક્ટર સુધી પહોંચી શકે છે. કલેક્ટર પરનું ઋણ-વિદ્યુત-સ્થિતિમાન વધારતા જઈએ તેમ કલેક્ટર સુધી પહોંચતા ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યામાં ઘટાડો થાય છે. કલેક્ટર પરના ચોક્કસ મૂલ્યના ઋણ-વિદ્યુત વિભવ માટે ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ અટકી જાય છે. ઉત્સર્જકની સાપેક્ષમાં કલેક્ટર પરના જે ઋણ-વિદ્યુત વિભવ માટે ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ શૂન્ય થાય, તેને ‘અટકાવ-વિભવ’ (stopping potential) કહે છે.

અટકાવ વિભવનું મૂલ્ય V_o હોય અને ઇલેક્ટ્રૉનનો વિદ્યુતભાર e હોય તો ઇલેક્ટ્રૉનને આ વિદ્યુતવિભવે તફાવત પાર કરી કલેક્ટર સુધી પહોંચવા માટેની જરૂરી ઊર્જા eV_o થાય, જે ઇલેક્ટ્રૉનની મહત્તમ ગતિ ઊર્જા ½ mV²_max જેટલી હોય.

½ mV²_max   =  eV  …………………………………………………(i)

અહીં m અને V_max ઇલેક્ટ્રૉનનું અનુક્રમે દળ અને મહત્તમ વેગ છે.

(5) અટકાવ વિભવનું મૂલ્ય આપાતપ્રકાશની તીવ્રતા પર આધાર રાખતું નથી, પરંતુ આવૃત્તિ પર આધાર રાખે છે. આપાત-પ્રકાશની આવૃત્તિ વધારતાં અટકાવ-વિભવનું ઋણ મૂલ્ય વધે છે.

(6) ઓછી તીવ્રતાવાળો (ઝાંખો), પરંતુ પૂરતી ઊંચી આવૃત્તિવાળા પ્રકાશનો આપાત થતાં તત્ક્ષણ (instantly) ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉન ઉત્સર્જન પામે છે.

તરંગવાદની નિષ્ફળતા : તરંગવાદ અનુસાર, પ્રકાશની તીવ્રતા અને તેની સાથે સંકળાયેલી ઊર્જા તરંગના કંપવિસ્તાર પર આધાર રાખે છે. વધારે તીવ્રતાવાળો પ્રકાશ વધુ શક્તિશાળી હોવો જોઈએ. પ્રકાશની તીવ્રતામાં વધારો કરતાં ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉનની તીવ્રતામાં વધારો થવો જોઈએ. પ્રાયોગિક પરિણામો દર્શાવે છે કે ઉત્સર્જન પામતા ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉનની ગતિ-ઊર્જા આપાત-પ્રકાશની તીવ્રતા પર આધાર રાખતી નથી. વળી તરંગવાદ અનુસાર પ્રકાશની ઊર્જાને આવૃત્તિ સાથે કંઈ સંબંધ નથી. આથી આવૃત્તિ સાથે ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉનની ઊર્જામાં થતો ફેરફાર સમજાવી શકાતો નથી.

સપાટી પર પ્રકાશ પડતાંની સાથે તુરત જ ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉનનું ઉત્સર્જન થાય છે. તરંગવાદ અનુસાર આ પરિણામ સમજાવી શકાતું નથી. ધાતુમાં ઇલેક્ટ્રૉન ચોક્કસ બળોની અસર હેઠળ જકડાયેલા હોય છે. તેમને આ બળોની અસરમાંથી મુક્ત થવા માટે ચોક્કસ મૂલ્યની લઘુતમ ઊર્જાની જરૂર પડે છે. આ લઘુતમ ઊર્જા કાર્યવિધેય (work function) તરીકે ઓળખાય છે. જુદી જુદી ધાતુઓ માટે કાર્યવિધેયનાં મૂલ્યો જુદાં જુદાં હોય છે. પ્રકાશને તરંગ સ્વરૂપે સ્વીકારીએ તો તરંગ દ્વારા ઇલેક્ટ્રૉનને સતત ઊર્જા મળે. આ ઊર્જાનું મૂલ્ય કાર્યવિધેય જેટલું થાય પછી જ ધાતુની સપાટી પરથી ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉન મુક્ત થઈ શકે. ઝાંખો પ્રકાશ નબળો ગણાય. આવા ઝાંખા પ્રકાશથી ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉનને ઉત્સર્જનમાં ઘણો સમય લાગે. પ્રાયોગિક પરિણામો દર્શાવે છે કે આપાત-પ્રકાશ ખૂબ ઝાંખો હોય, પરંતુ તેની આવૃત્તિ સીમાંકિત આવૃત્તિ કરતાં વધુ હોય તો તત્કાળ ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉનનું ઉત્સર્જન થાય છે. આમ પ્રકાશનો તરંગવાદ ફોટો-ઇલૅક્ટ્રિક ઘટનાના ગુણધર્મો સમજાવવામાં નિષ્ફળ જાય છે.

ક્વૉન્ટમવાદના આધારે આઇન્સ્ટાઇનની સમજૂતી : આઇન્સ્ટાઇને ઈ. સ. 1905માં પ્લૅન્કના ક્વૉન્ટમવાદ(quantum theory)ના આધારે ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક ઘટનાની સ્પષ્ટ સમજૂતી આપી. ક્વૉન્ટમવાદ અનુસાર પ્રકાશ ઊર્જાના નાના જથ્થા (quantum) અથવા કણનો બનેલો હોય છે. આ નાના કણ ફોટૉન તરીકે ઓળખાય છે. ફોટૉન દ્રવ્યમાનરહિત છે અને પ્રકાશના વેગથી ગતિ કરે છે. પ્રત્યેક ફોટૉન hυ જેટલી ઊર્જા ધરાવે છે.

h = પ્લૅન્ક અચળાંક, v = ફોટૉનની આવૃત્તિ.

આપાત પ્રકાશની આવૃત્તિ υ હોય તો તેના ફોટૉનની આવૃત્તિ hυ થશે. આ ફોટૉન ધાતુની સપાટી પર અથડાય ત્યારે ધાતુમાંના ઇલેક્ટ્રૉન સાથેની પ્રતિક્રિયામાં તે સંપૂર્ણ શોષાઈ જાય છે. અથવા બિલકુલ ઊર્જા ગુમાવતો નથી. જે ઇલેક્ટ્રૉન દ્વારા ફોટૉનનું શોષણ થાય છે તે hυ જેટલી ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે છે. હવે આ ઇલેક્ટ્રૉન ધાતુની સપાટી પરથી મુક્ત થવા માટે hυ ઊર્જામાંથી પોતાની બંધન-ઊર્જા (જે કાર્યવિધેય જેટલી હોય છે.) જેટલી ઊર્જા તે ખર્ચી બાકીની ઊર્જા (જે તેની ગતિજ ઊર્જા રૂપે મળે છે.) સાથે ઉત્સર્જન પામે છે. જો ધાતુનું કાર્યવિધેય Wo = hυo હોય તો ઉત્સર્જન પામતો ઇલેક્ટ્રૉન hυ–Wo જેટલી મહત્તમ ગતિજ ઊર્જા ધરાવે છે.

½ mV²_max   =  hv – hv_{o    ………………………………………………… (ii)}

સ. ક. (ii) આઇન્સ્ટાઇનના સમીકરણ તરીકે ઓળખાય છે. (i) અને (ii) પરથી, 1/2 લેતાં,

જેની ઉપરથી

υ₀–> υ નો આલેખ સુરેખ મળવો જોઈએ, જે પરિણામ પ્રાયોગિક અવલોકનો સાથે સુસંગત છે.

આકૃતિમાં આલેખ પરથી પ્લૅન્ક-અચળાંક h તથા સીમાંકિત આવૃત્તિ  શોધી શકાય છે.

પ્રકાશ-વિદ્યુત-સાધનો (photoelectric devices) : પ્રકાશ-વિદ્યુત-ઘટના પર આધારિત કેટલાંક સાધનો જેવાં કે ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક-કોષ, ફોટો-વોલ્ટેજ કોષ, ફોટો-મલ્ટિપ્લાયર નળી (PMT), ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક રિલે સ્વિચ વગેરે ઔદ્યોગિક તેમજ ટેક્નિકલ ક્ષેત્રે ખૂબ મહત્ત્વ ધરાવે છે.

ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક કોષ (photoelectric cell) : ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક કોષ બે પ્રકારના હોય છે : (1) શૂન્યાવકાશ નળી ધરાવતા ફોટો-કોષ, (2) વાયુ ભરેલી નળી ધરાવતા ફોટો-કોષ.

આકૃતિ(4)માં દર્શાવ્યા મુજબ ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક કોષની રચનામાં શૂન્યાવકાશ ધરાવતી કાચની નળીમાં પોટૅશિયમ કે સિઝિયમનો ઢોળ ચઢાવેલી અર્ધનળાકાર તકતી P છે, જે ઇલેક્ટ્રૉનના ઉત્સર્જક તરીકે કાર્ય કરે છે. નળાકારની અક્ષ પર પ્લૅટિનમ અથવા નિકલનો તાર C રાખવામાં આવે છે, જે કલેક્ટર તરીકે કાર્ય કરે છે. તાર Cને બાહ્ય પરિપથમાંના વિદ્યુતકોષ સાથે જોડી ધન-વિદ્યુત-ભારિત કરવામાં આવે છે. યોગ્ય આવૃત્તિવાળા પ્રકાશનો તકતી P પર આપાત થતાં તેની સપાટી પરથી ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉન છૂટા પડે છે, જે ધન-વિદ્યુતભારિત કલેક્ટર C વડે આકર્ષાઈ તેની ઉપર અથડાય છે. પરિણામે બાહ્ય પરિપથમાં ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે, જે સંવેદી ગૅલ્વેનૉમિટર G વડે નોંધી શકાય છે. આપાત-પ્રકાશ દૂર કરતાં ફોટોઇલેક્ટ્રૉનનું ઉત્સર્જન બંધ પડે છે અને તેથી પરિપથમાં વિદ્યુતપ્રવાહ પણ બંધ થઈ જાય છે.

શૂન્યાવકાશ પ્રકારના ફોટો-કોષ વડે મળતો વિદ્યુતપ્રવાહ અતિ અલ્પ-માઇક્રોઍમ્પિયર (μA) માત્રાનો મળે છે. તેનું મૂલ્ય વધારવાના હેતુથી નળીમાં હીલિયમ કે આર્ગન જેવો નિષ્ક્રિય વાયુ ભરવામાં આવે છે. ઉત્સર્જન પામેલા ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉન વાયુના અણુઓ સાથે અથડાઈ આયનીકરણ ઉત્પન્ન કરે છે. પરિણામે પરિપથમાં મોટા મૂલ્યનો વિદ્યુતપ્રવાહ મળે છે. આથી તે ફોટોવાહક કોષ તરીકે પણ ઓળખાય છે.

ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક કોષમાં આપાત-પ્રકાશના પ્રકાર (ર્દશ્યમાન, પારજાંબલી, X કિરણો, γ–કિરણો)ને અનુરૂપ જુદી જુદી ધાતુઓના ફોટો-કૅથોડ(ઉત્સર્જક)નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

ધાતુઓ ઉપરાંત અર્ધવાહકો, P-N જંકશન ડાયોડ, ટ્રાન્ઝિસ્ટર, ફોટોવાહક કોષ તરીકે વાપરી શકાય છે. અર્ધવાહકો પર પ્રકાશનો આપાત થતાં તેમની વાહકતા વધે છે. અર્ધવાહકના વેલેન્સ બૅન્ડમાં આવેલા ઇલેક્ટ્રૉન તેની સપાટી પર આપાત થતા ફોટૉનનું શોષણ કરી કન્ડક્શન બૅન્ડમાં ધકેલાય છે અને વેલેન્સ બૅન્ડમાં તેમની જગ્યાએ ‘હોલ’ (hole) છોડી જાય છે. મુક્ત થતા ઇલેક્ટ્રૉન-હોલની જોડી પ્રવાહવાહક (current carriers) તરીકે કાર્ય કરી અર્ધવાહકની વાહકતા વધારે છે. Cds, Cdse, Pbs વગેરે ફોટો વાહક-કોષ તરીકે ઉપયોગી છે.

Si અને Geના અર્ધવાહકોનું P-N જંકશન રચી રિવર્સ બાયસ સ્થિતિમાં જોડાણ કરી તેના પર પ્રકાશનો આપાત કરવામાં આવે તો તેમની પ્રવાહ-સંવેદિતા અનેકગણી વધી જાય છે. આ પ્રકારની રચના ‘ફોટો-ડાયોડ’ તરીકે ઓળખાય છે. ફોટો-ડાયોડની રચનામાં કેટલાક ફેરફારો કરી ખૂબ અસરકારક ફોટોસંવેદી સાધન (photo-sensor) તરીકે તેને વાપરી શકાય છે.

ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું પ્રણાલિકાગત જોડાણ કરી બેઇઝ અને કલેક્ટર વચ્ચેના રિવર્સ બાયસ જંકશન પર પ્રકાશનો આપાત કરતાં તે સંવેદી ફોટોવાહક તરીકે કાર્ય કરે છે.

ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક કોષનો ઉપયોગ કરી, પ્રકાશની તીવ્રતાને અનુરૂપ ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહમાં થતા ફેરફારો નોંધી શકાય છે. આ ગુણધર્મનો ઉપયોગ કેટલીક સ્વયંસંચાલિત રચનાઓમાં કરવામાં આવે છે.

સ્વયંસંચાલિત દરવાજાઓ, સ્વયંસંચાલિત સ્ટ્રીટ-લાઇટ, ટ્રાફિક નિયમન, ફાયર-એલાર્મ, પ્રકાશની તીવ્રતા માપવાનાં સાધનો, સાઉન્ડ-ફિલ્મ-ફોટો-ટેલિગ્રાફી, ટેલિવિઝન વગેરે અનેક ક્ષેત્રોમાં ફોટોવાહક કોષોનો ઉપયોગ થાય છે. વળી, ફોટો-ડાયોડ અને ફોટો-ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો ઉપયોગ પ્રકાશ-સંચાલિત રિલે સ્વિચ, શાફ્ટ એન્કોડર, પંચકાર્ડ અને ટેપ વાંચવામાં, બ્રશલેસ, ડી.સી. મોટર, ઍક્સલરૉમિટર વગેરેમાં પણ થાય છે.

ફોટો-વૉલ્ટેઇક કોષ (photo-voltaic cell) : ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક કોષમાં ઇલેક્ટ્રૉનને આકર્ષવા માટે, કલેક્ટરને ધન-વિદ્યુતભારિત કરવામાં આવે છે. તે માટે વિદ્યુતકોષ જરૂરી છે. ફોટો-વૉલ્ટેઇક કોષમાં બાહ્ય વિદ્યુતકોષની આવશ્યકતા નથી. પ્રકાશનો આપાત કરતાં, ઉત્સર્જન પામતા ઇલેક્ટ્રૉન જાતે જ બે તકતી વચ્ચે વિદ્યુતવિભવ ઉત્પન્ન કરે છે, જે બાહ્ય પરિપથમાં વિદ્યુત-પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરવા માટે સક્ષમ છે.

આકૃતિ(5)માં દર્શાવ્યા મુજબ તાંબાની તકતીની એક બાજુ CuOની બનાવી તેના પર સોના અથવા ચાંદીનું પાતળું સ્તર લગાડવામાં આવે છે. આ સ્તર ઉપર પ્રકાશનાં કિરણોનો આપાત કરતાં સ્તરમાંથી પસાર થઈ કૉપર ઑક્સાઇડ(Cuo)ની ફિલ્મમાંથી ઇલૅક્ટ્રૉન છૂટા પાડે છે. આ ઇલેક્ટ્રૉન સોનાના સ્તર પર જમા થતાં તેને ઋણવિદ્યુત-ભારિત બનાવે છે. પરિણામે તાંબાની તકતી અને સોનાના પાતળા સ્તર વચ્ચે વિદ્યુત-વિભવ ઉદભવે છે અને સમગ્ર રચના વિદ્યુતકોષની જેમ વર્તે છે. સંવેદી ગૅલ્વેનૉમિટર G આવર્તન દર્શાવે છે. ફોટોવિદ્યુતપ્રવાહનું મૂલ્ય આપાત થતા પ્રકાશની તીવ્રતા પર આધાર રાખે છે.

P–પ્રકાર તથા N–પ્રકારના અર્ધવાહકોનો ઉપયોગ કરીને પણ ફોટોવૉલ્ટેઇક કોષ બનાવી શકાય. આકૃતિ 6માં
P–પ્રકારના અર્ધવાહક Se અને N-પ્રકારના અર્ધવાહક Cdoનો ઉપયોગ કરી ફોટો-વૉલ્ટેઇક કોષની રચના દર્શાવી છે.

ફોટો-વૉલ્ટેઇક કોષને અંકિત કરી ફોટોગ્રાફીમાં પ્રકાશની તીવ્રતા માપવાના મીટર (light meter) તરીકે તેનો ઉપયોગ થાય છે. વ્યવહારમાં વેસ્ટનની બનાવટના ફોટૉનિક કોષનો ઉપયોગ વધુ થાય છે. આ કોષમાં લોખંડની તકતી પર સેલેનિયમનું પાતળું સ્તર લગાડી તેના પર સોનાનો ઢોળ ચઢાવવામાં આવે છે. સેલેનિયમની સપાટી પર પ્રકાશ આપાત કરતાં આ રચના ફોટો-વૉલ્ટેઇક કોષ તરીકે કાર્ય કરે છે.

ફોટોગુણક નળી (photo-multiplier tube) : ફોટોગુણક નળીની રચના ફોટોઇલેક્ટ્રિક ઉત્સર્જન તથા ઇલેક્ટ્રૉનના ગૌણ ઉત્સર્જન(secondary emission)ના સિદ્ધાંત પર કરવામાં આવે છે.

શક્તિશાળી ઇલેક્ટ્રૉન સોડિયમ, પોટૅશિયમ, લિથિયમ જેવી આલ્કલાઇન ધાતુની તકતી સાથે અથડાતાં તેની સપાટી પરથી એક કરતાં વધુ ઇલેક્ટ્રૉન છૂટા પડે છે. આ ઘટનાને ગૌણ-ઉત્સર્જન કહે છે. સીઝિયમ અને પૉટેશિયમની તકતી પર એક મુખ્ય (primary) ઇલેક્ટ્રૉનનો આપાત કરતાં આઠથી દશ જેટલા ગૌણ ઇલેક્ટ્રૉન સપાટી પરથી મુક્ત થાય છે.

આકૃતિ 7માં દર્શાવ્યા મુજબ, શૂન્યાવકાશ કરેલી કાચની લાંબી નળીમાં કૅથોડ (ઉપસર્જક) P અને ઍનોડ (કલેક્ટર) C સામસામેની બાજુએ રહે તે પ્રમાણે સંખ્યાબંધ વીજાગ્રો (જે ડાયનોડ તરીકે ઓળખાય છે) D₁, D₂, D₃…… ગોઠવવામાં આવે છે. ડાયનોડોને ક્રમિક વધતા ક્રમમાં ધનવિદ્યુતભારિત કરવામાં આવે છે. દા.ત., D₁, D₂, D₃…..અનુક્રમે 100n, 200n, 300n…વિદ્યુતવિભવ ધરાવે છે. ડાયનોડ ઇલેક્ટ્રૉનનું ગૌણ ઉત્સર્જન કરી શકે તેવી ધાતુના બનાવેલા હોય છે.

ઉત્સર્જક P પર યોગ્ય આવૃત્તિવાળો પ્રકાશ આપાત કરતાં તેની સપાટી પરથી ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉન ઉત્સર્જન પામે છે, જે ધન-વિદ્યુતભારિત ડાયનોડ D₁ વડે આકર્ષાઈ તેની સાથે અથડાય છે. D₁ની સપાટી ગૌણ ઉત્સર્જન દ્વારા વધુ સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રૉન મુક્ત કરે છે. આ રીતે મળતાં ઇલેક્ટ્રૉન, D₁ કરતાં વધુ ધન-વિદ્યુત-ભારિત ડાયનોડ, D₂ વડે આકર્ષાઈ તેની સાથે અથડાય છે અને ગૌણ ઉત્સર્જન કરે છે. આ પ્રક્રિયા ચાલુ રહેતાં ક્રમિક ડાયનોડ વડે વધુ ને વધુ ઇલેક્ટ્રૉન ઉત્સર્જન પામે છે, જે છેવટે એક જથ્થાના રૂપમાં ઘણી મોટી સંખ્યામાં કલેક્ટર C સાથે અથડાય છે. પરિણામે કૅથોડ અને ઍનોડ વચ્ચે બાહ્ય પરિપથમાં શક્તિશાળી (મોટા મૂલ્યનો) વિદ્યુતપ્રવાહ વહે છે. ફોટોગુણક નળી વડે અત્યંત ઝાંખા (ઓછી તીવ્રતાવાળા) પ્રકાશને ઝીલીને તેને પ્રબળ વિદ્યુતપ્રવાહમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે.

ફોટોઇલેક્ટ્રિક રિલે : ફોટોઇલેક્ટ્રિક રિલે એક એવી રચના છે જેના વડે સ્થાનિક પરિપથમાં વિદ્યુત-પ્રવાહ આપમેળે ચાલુ-બંધ (on-off) કરી શકાય છે.

આકૃતિ 8માં દર્શાવ્યા મુજબ, ફોટો-કોષ પર પ્રકાશ આપાત કરતાં અવરોધ Rમાંથી ફોટોઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ એવી રીતે વહે છે કે જેથી ટ્રાયોડ-વાલ્વની ગ્રીડ પરની ઋણભારિતા ઘટે છે. રિલે-પરિપથમાંનો પ્રવાહ તેના આર્મેચરને વીજચુંબક તરફ આકર્ષેલો રાખે છે. આપાત પ્રકાશ દૂર કરતાં ફોટો-ઇલેક્ટ્રૉન ઉત્સર્જન પામતા નથી. ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની ગેરહાજરીમાં ગ્રીડ વધુ ઋણ-વિદ્યુતભારિત બને છે. ગ્રીડ પરનો ઋણવિદ્યુતભાર, પ્લેટ તરફ વિદ્યુતપ્રવાહ વહેવા દેતો નથી.

આર્મેચર વિદ્યુતચુંબક વડે આકર્ષાતું નથી, અને તે D સાથે સંપર્ક થાય તે રીતે ધકેલાય છે. પરિણામે સ્થાનિક પરિપથ પૂર્ણ થતાં તેમાંથી પ્રવાહ વહેવા લાગે છે અને બલ્બ L પ્રકાશિત થાય છે. બલ્બની જગ્યાએ વિદ્યુતઘંટડી હોય તો તે વાગવા માંડે છે. રિલે સ્વિચમાં ટ્રાયોડના સ્થાને ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો ઉપયોગ પણ કરી શકાય. ઉદ્યોગોમાં રિલે સ્વિચના ઘણા ઉપયોગ થાય છે.

શશીધર ગોપેશ્વર ત્રિવેદી