Hvad er kvanteeffektivitet?

Kvanteffektivitet er en måling af, hvor elektrisk lysfølsom en lysfølsom enhed er.Fotoreaktive overflader bruger energien fra indkommende fotoner til at skabe elektronhullepar, hvor fotonerenergien øger energiniveauet for et elektron og giver elektronet mulighed for at forlade valensbåndet, hvor elektroner er bundet til individuelle atomer, og gå ind i ledningsbåndet, hvor det kan bevæge sig frit gennem hele materialets atomgitter.Jo højere procentdel af fotoner, der producerer et elektronhullepar, når man rammer den fotoreaktive overflade, jo højere er det kvanteffektivitet.Kvanteffektivitet er et vigtigt træk ved en række moderne teknologier, især fotovoltaiske solceller, der bruges til at generere elektricitet, samt fotografiske film- og ladekoblede enheder.

Fotonenergi varierer med fotonernes bølgelængde, og en enheds kvanteffektivitet kanvarierer for forskellige bølgelængder af lys.Forskellige konfigurationer af materialer varierer i, hvordan de absorberer og afspejler forskellige bølgelængder, og dette er en vigtig faktor i, hvilke stoffer der bruges i forskellige lysfølsomme enheder.Det mest almindelige materiale til solceller er krystallinsk silicium, men celler baseret på andre fotoreaktive stoffer, såsom cadmium -tellurid og kobberindiumgalliumselenid, findes også.Fotografisk film bruger sølvbromid, sølvchlorid eller sølviodid, enten alene eller i kombination.

Den højeste kvanteeffektivitet produceres af ladekoblede enheder, der bruges til digital fotografering og højopløsningsafbildning.Disse enheder samler fotoner med et lag epitaksial silicium dopet med bor, hvilket skaber elektriske ladninger, der derefter forskydes gennem en række kondensatorer til en ladningsforstærker.Afgiftsforstærkeren konverterer ladningerne til en række spændinger, der kan behandles som et analogt signal eller registreret digitalt.Opladningskoblede enheder, der ofte bruges i videnskabelige anvendelser, såsom astronomi og biologi, der kræver stor præcision og følsomhed, kan have kvanteeffektivitet på 90 procent eller mere.

I solceller er kvanteeffektivitet undertiden opdelt i to målinger, eksterne eksterneKvanteffektivitet og intern kvanteeffektivitet.Ekstern effektivitet er en måling af procentdelen af alle fotoner, der rammer solcellen, der producerer et elektronhullepar, der med succes opsamles af cellen.Kvanteffektivitet tæller kun de fotoner, der slår cellen, der ikke blev reflekteret væk eller transmitteret ud af cellen.Dårlig intern effektivitet indikerer, at for mange elektroner, der var hævet op til ledningsniveauet, mister deres energi og igen bliver knyttet til et atom i valensniveauet, en proces kaldet rekombination.Dårlig ekstern effektivitet kan enten være en afspejling af dårlig intern effektivitet eller kan betyde, at store mængder af lyset, der når cellenI ledningsbåndet kontrollerer designen af solcellen retningen for deres bevægelse for at skabe en strøm af jævn strøm.Da højere kvanteeffektivitet betyder, at flere elektroner kan komme ind i ledningsbåndet og med succes indsamles, gør højere effektivitet det muligt at generere mere strøm.De fleste solceller er designet til at maksimere kvanteeffektiviteten i bølgelængderne af lys, der er mest almindelige i jordens atmosfære, nemlig det synlige spektrum, selvom specialiserede solceller til at udnytte infrarød eller ultraviolet lys også er blevet udviklet.