Cesta elektronu začíná v divoké reakci na povrchu fotovoltaického článku. Přitom tato částice váží pouhopouhých 9.11x10ˉ³¹kg . Bez ní by neexistovala žádná elektronika, chemické vazby ani samotné molekuly.
Vypravěčský příběh jednoho konkrétního elektronu funguje jako dokonalá metafora pro fungování celého našeho světa.
Představte si, že váš domov je atom křemíku, což je základní stavební kámen dnešních polovodičů. Pokud by jeho atomové jádro mělo velikost zrníčka soli, zbytek atomu a jeho elektronový obal by zabral prostor obřího třígeneračního domu. Tento domovský prostor je přitom děsivě prázdný, protože více než 99,9999 % objemu běžné hmoty tvoří čisté prázdno.
Absurdní na tom všem zůstává, že prakticky veškerá hmotnost atomu se mačká právě v onom mikroskopickém jádru. Ve sto tisíckrát menším jádru křemíku se tísní 14 kladně nabitých protonů spolu s neutrony. V obrovském prázdném prostoru kolem se pak ve třech energetických vrstvách nachází 14 elektronů. Čtyři z nich stojí takříkajíc u vchodových dveří ve valenční vrstvě, která určuje, jak se křemík paktuje se sousedy.
Zbytek atomu představuje pro elektron celý jeho vesmír a domov. Drží ho tu elektromagnetická síla a kvantové zákony, které přesně diktují, v jakých oblastech pravděpodobnostního výskytu neboli orbitalech se smí pohybovat.
Blesk z čistého nebe uvolní částici z chemické vazby
Začíná svítat a zčistajasna kolem míjejí částice tak rychlé, až svítí. Jsou to fotony ze Slunce. Jeden z fotonů narazí do elektronu v plné rychlosti a předá mu svou energii v rámci jevu známého jako fotoelektrický jev. Mimochodem, právě vysvětlení tohoto jevu vyneslo Albertu Einsteinovi Nobelovu cenu.
Elektron získá tolik energie, že se uvolní z chemické vazby v krystalu. Sluneční paprsek ho doslova vybudí z valenčního pásu do vodivostního a stává se z něj volný elektron. Jakmile opustí domovský křemík, nastane v krystalové mřížce elektrizující nerovnováha. Po uvolnění elektronu zůstane prázdné místo, kterému fyzici říkají díra.
Tato vzniklá díra se v polovodiči chová jako kladný nosič náboje a může se krystalem stejně jako elektron dál přesouvat. Pod neustálým bombardováním fotonů se tak materiálem rozbíhá nepřetržitý předávací řetězec.
Neúprosný posun měděným drátem a střídačem
Sluneční záření mezitím zahřívá celý panel. Fotony nejen uvolňují elektrony, ale zároveň rozkmitávají krystalovou mřížku křemíku. Aby z tohoto zdánlivého chaosu vznikla využitelná elektřina, obsahuje solární článek PN přechod vytvářející vnitřní elektrické pole. To všechny nově uvolněné elektrony nekompromisně usměrňuje jediným směrem.
Proud unáší částice do měděného vodiče, kde se elektrony pohybují překvapivě pomalu.
Každý jen nepatrně postrčí svého souseda a vznikne dokonale organizovaná štafeta. To, co se vodičem šíří téměř rychlostí světla, není samotný elektron, ale elektrické pole. Cesta pokračuje do střídače, který mění polaritu napětí, takže z původního stejnosměrného proudu vznikne střídavý proud o frekvenci 50 Hz.
Adaptér v zásuvce usměrní proud zpět na stejnosměrný a elektrická energie začne napájet miliardy tranzistorů v procesoru i displeji mobilního telefonu. Elektrony předají energii atomům zobrazovacího materiálu a vybudí jejich elektrony na vyšší energetickou hladinu. Jakmile se elektrony vrátí na svou původní nižší hladinu, uvolní přebytek energie a vznikne nový foton.
Vstup do nervové soustavy a zrození lidské myšlenky
Tento nový foton vyletí z displeje telefonu, proletí vzduchem a narazí do lidské sítnice. Zasáhne citlivý pigment v tyčinkách nebo čípcích a spustí chemickou kaskádu, která nakonec změní tok iontů přes membránu.
Vzniká akční potenciál neboli elektrický impuls, který po zrakovém nervu putuje rychlostí přes 100 m/s do okcipitálního laloku na zadní straně mozku. Lidské myšlenky, obraz displeje i pocity jsou ve skutečnosti řízeny elektrochemickými reakcemi. Nervové buňky si neposílají volné elektrony jako měděný drát, ale pumpují přes své membrány ionty sodíku, draslíku či vápníku, čímž vytvářejí napěťové vlny.
Veškerá elektřina kolem nás funguje jako nekonečná štafeta, v níž si elektrony předávají energii od Slunce přes křemík, měď a displej telefonu až k elektrochemickým procesům v lidském mozku.
