아인슈타인의 '광전효과'란?

태양전지를 탄생시킨아인슈타인의 광전(光電) 효과

막스 플랑크는(양자이론 참조) 빛 에너지의 최소 단위를 양자(quantum)라 하고, 그 에너지는 빛의 주파수에 일정한 상수(‘프랑크 상수)를 곱한 것(E = hv)이라고 1900년에 이론화했다.

알베르트 아인슈타인(Albert Einstein 1879-1955)은 이러한 막스 프랑크의 양자 이론(양자론 참조)을 기초로 하여, 빛은 광자(입자)의 흐름이라고 생각하여, 물질(금속 비금속, 고체 액체 기체 불문)에 일정한 진동수 이상의 파장이 짧은 전자기파(가시광선이나 자외선)를 쪼이면, 에너지를 흡수하여 그 물질에서 전자가 방출되는 '광전 효과'(光電效果 photoelectric effect)가 나타난다고 설명하고, 광전 효과에 의해 방출되는 전자를 광전자(photoelectron)라고 1905년에 발표했다.

물질에 에너지를 주면 광자가 방출되는 현상을 발견함에 따라, 빛은 파동인 동시에 입자(粒子)라는 ‘입자파동 이중성’(wave-particle duality)을 확신하게 되었다.

오늘날 대체 에너지의 하나로 이용되는 태양전지는 바로 이 광전효과를 이용한 것이다. 많은 과학자들은 적은 에너지를 받아도 많은 전류가 생산되는 물질을 개발하려고 경쟁적으로 노력하고 있다. 광전효과는 광다이오드, 광 트랜지스터, 영상 센서, 야간경(夜間鏡) 등의 전자장치에 이용되고 있다. CdS, CdSe, PbO, PbS, PbSe, Si, Ge 등은 광전효과가 크게 나타나는 대표적인 물질들이다.

아인슈타인의 광전 효과는 하인리히 헤르츠(Heinrich Rudolf Hertz 1857-1894)가 1887년에 처음 관찰했기 때문에 ‘헤르츠 효과’(Hertz effect)라 말하기도 한다. 아인슈타인은 광전효과에 대한 연구로 1921년 노벨 물리학상을 수상했다.