У 1888 р. професор Московського університету Олександр Григорович Столетов (рис. 1.1) здійснив свій знаменитий дослід, суть якого зводилася до наступного: в електричний ланцюг (рис. 1.2), що складалася з батареї Б і гальванометра Г, були включені розташовані один проти другого два електроди: один-суцільний цинковий Ц, другий - у вигляді латунної сітки Л. При освітленні електрода Ц світлом електричної дуги Д в ланцюзі виникав постійний фотоелектричний струм, який реєструвався гальванометром.
Так було відкрито явище, назване Столєтова актино-електричним ефектом. Подальші дослідження показали, що виникнення струму в досвіді Столєтова пояснюється тим, що поверхня освітленого тіла (цинкова пластинка в досвіді Столєтова) випускає негативно заряджені частинки - електрони. Вихід електронів з поверхонь освітлених тіл називається зовнішнім фотоефектом або фотоелектронної емісією.
Фотоелемент, заснований на зовнішньому фотоефекті, являє собою скляний балон сферичної або каплеподібної форми зі упаяними в нього двома електродами, до яких всередині балона приєднані фотокатод і анод (рис. 2.2).
На внутрішню поверхню балона нанесено фотокатод, світлочутлива поверхня якого звернена всередину балона. Анод найчастіше є не велике кільце (або диск) з нікелю, розташоване в центрі балона і приєднане до анодного виводу.
Обидва електроди фотоелемента повинні бути добре ізольовані один відносно іншого. З цією метою в деяких фотоелементах електроди анода і фотокатода виведені в протилежні сторони. Із зовнішнього боку балона електроди фотоелемента приєднуються до металевого ковпачка або до штирокf, розташованих на прикріпленому до балона цоколі.
На зовнішньому фотоефекті заснований важливий фізико-технічний прилад, званий вакуумним фотоелементом.
Катодом К вакуумного фотоелемента служить шар металу, нанесений на внутрішню поверхню евакуйованого скляного балона В (рис. 2.2; G - гальванометр); анод А виконаний у вигляді металевого кільця, поміщеного в центральній частині балона. При висвітленні катода в ланцюзі фотоелемента виникає електричний струм, сила якого пропорційна величині світлового потоку.
Більшість сучасних фотоелементів має сурм'яно-цезієвий або киснево-цезієвий катоди, що володіють високою фоточутливістю. Киснево-цезієвий фотоелементи чутливі до інфрачервоного і видимого світла (чутливість 20 – 80 мкА/лм); сурм'яно-цезієвий фотоелементи чутливі до видимого і ультрафіолетовому світла (чутливість 50 -150 мкА/лм).
У деяких випадках для збільшення чутливості фотоелемента його наповнюють аргоном при тиску порядку 1 Па. Фотострум в такому фотоелементі посилюється внаслідок іонізації аргону, викликаної зіткненнями фотоелектронів з атомами аргону. Фоточутливість газонаповнених фотоелементів становить близько 1000 мкА/лм
