Una fotocellula è uno qualsiasi di una vasta gamma di sensori che reagiscono in base alla presenza di energia luminosa o elettromagnetica. Si possono trovare in molte forme diverse, dai pannelli solari che utilizzano la luce per generare elettricità, ai fotoresistori, che cambiano la resistenza in base alla quantità di luce presente. Questo dispositivo è uno dei più importanti progressi moderni, che consente di creare un’intera gamma di nuove tecnologie.
Uno dei tipi più comuni di fotocellule è la fotoresistenza, un dispositivo costituito da un semiconduttore ad alta resistenza. Quando abbastanza luce colpisce il semiconduttore, assorbe i fotoni in modo che gli elettroni già presenti abbiano energia sufficiente per condurre, abbassando la resistenza. Una fotoresistenza può essere intrinseca, come quelle in silicio, nel qual caso richiederà una discreta quantità di luce per abbassare la resistenza, o estrinseca, con aggiunta di un drogante per abbassare la quantità di energia necessaria per innescare una reazione, rendendo loro molto sensibili.
Le fotoresistenze sono utilizzate in tutti i tipi di cose che devono reagire alla luce in qualche modo. Alcuni display, come quelli degli orologi, possono includere una fotoresistenza per mantenere leggibile il quadrante o per illuminarsi quando è buio. Molti lampioni li includono per assicurarsi che si accendano automaticamente quando la luce si abbassa abbastanza. Le luci notturne, come quelle che molte persone tengono nel loro bagno, contengono anche questo tipo di sensore in modo che siano accese solo quando è buio. L’esposimetro presente nella maggior parte delle fotocamere moderne è solitamente anche una fotoresistenza, che aiuta a misurare la quantità di luce che raggiunge l’obiettivo per aiutare il fotografo a calcolare la velocità dell’otturatore e l’apertura che dovrebbero utilizzare.
Un’altra forma ampiamente diffusa di fotocellula è nota come cella fotovoltaica o cella solare. Questi utilizzano l’effetto fotovoltaico, in cui gli elettroni vengono rilasciati quando la radiazione elettromagnetica colpisce la superficie, per generare elettricità. Questa elettricità viene quindi generalmente immagazzinata in un sistema di batterie e può essere utilizzata come fonte di energia rinnovabile.
Alcuni altri tipi si concentrano maggiormente sulla misurazione di tipi specifici di energia. I rivelatori ottici, ad esempio, fungono da termometri avanzati: assorbono la radiazione elettromagnetica e reagiscono all’aumento di energia in modi prestabiliti che possono determinare esattamente l’aumento della temperatura ambiente, o possono semplicemente misurare quanta luce colpisce la superficie. Altri, noti come rilevatori criogenici, sono così sensibili da poter essere utilizzati per rilevare la presenza di una singola minuscola radiazione elettromagnetica, come un singolo raggio X o un singolo fotone infrarosso.
Uno dei tipi più elementari è una fotocellula chimica. Questo tipo si trova in una fotocamera non digitale sotto forma di lastra fotografica, dove la luce che colpisce la lastra provoca la scissione di una molecola di alogenuro d’argento in un atomo di alogeno e un atomo di argento metallico, che può quindi essere utilizzato per creare un’immagine . Le fotocamere moderne utilizzano invece dispositivi ad accoppiamento di carica, che sono un altro tipo di fotocellula, per ottenere più o meno lo stesso risultato trasferendo la carica elettrica invece di dividere l’argento.