光電流・とは？光と電気のつながりをやさしく解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

光電流とは？

光電流とは、光が物質に当たることで生まれる電流のことです。私たちが普段使っている太陽電池や光センサーなど、光を検出したり電気に変えたりする仕組みの中核をなします。光が当たると、材料の中の電子が動き出し、回路を流れる電荷として現れます。ここで大切なのは、ただ光があるだけではなく、電子を動かす“道”があることと、エネルギーの条件が整っていることです。

光電流はさまざまな場面で使われています。太陽電池は光を受けて電気を発生させますし、スマートフォンのカメラのセンサーや防犯センサーなど、光を感知して信号を作るデバイスにも光電流が関わっています。

光電流が生まれるしくみ

半導体などの材料には、電子が自由に動ける「伝導帯」と、動きにくい「価電子帯」というエネルギーの帯があります。光がこの材料に当たると、電子が価電子帯から伝導帯へジャンプします。これにより、自由に動ける電子が増え、回路を流れる電流が生まれます。光のエネルギーが十分でないと電子は励起できず、光電流は発生しません。

また、光電流には外部から電圧をかけて電子を集める「外部電場による収集」が関係します。太陽電池では内部に生まれる電場で電子を分離し、外部回路へと流す仕組みが使われます。一方で、光の強さが強いほど多くの電子が励起されるため、光電流の大きさは基本的に光の強さと波長に影響されます。

波長と材料の関係

光の波長と材料の性質は、光電流の出方を大きく左右します。半導体には「バンドギャップ」というエネルギーの壁があり、この壁よりエネルギーの高い光だけが電子を励起できます。波長が短い光ほどエネルギーが高く、より多くの電子を励起できる場合がありますが、材料によって最適な波長は異なります。つまり、同じ光でも材料を変えると光電流の出方が変わるのです。

実生活での例

実世界の例として、太陽電池は太陽光を電気に変える装置です。太陽電池では内部の電場が分離した電子を集め、外部回路へと流します。光センサーは光の強さを検出して、明るさの信号を作ります。これらのデバイスは、光電流の基本原理を利用して動いています。

以下の表は、光電流に影響を与える要素を整理したものです。

条件	影響	説明
光の強さ	電流の大きさ	光子の数が多いほど励起される電子が増え、電流が増える傾向にある。
波長	発生する電子の有無	材料のバンドギャップと合致する波長で電子が励起されやすくなる。
材料の性質	感度・効率	材料の種類によって、どの波長でどの程度の電流が生まれるかが変わる。
温度	キャリアの動き	温度が上がると電荷の動きが変化し、電流の大きさが変わることがある。

実験的な観点では、光源を変えて光電流の変化を測定することで、材料の性質を詳しく知ることができます。

まとめ

本記事のポイントは以下のとおりです。光電流とは光が材料に当たることで生じる電流であり、光の強さと波長、材料の性質、温度などが決定的な要因です。太陽電池や光センサーなど、身の回りの多くのデバイスはこの原理を使って光を電気信号に変換しています。中学生にも理解しやすいように言えば、光を当てると材料の中の電子が動き出し、電気の道ができて電流が流れる、そんな現象が光電流です。