Τι είναι η κβαντική απόδοση;

Η κβαντική απόδοση είναι μια μέτρηση του τρόπου με τον οποίο είναι η ηλεκτρικά φωτοευαίσθητη συσκευή.Οι φωτοαντιδραστικές επιφάνειες χρησιμοποιούν την ενέργεια από τα εισερχόμενα φωτόνια για να δημιουργήσουν ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών, στα οποία η ενέργεια των φωτονίων αυξάνει το επίπεδο ενέργειας ενός ηλεκτρονίου και επιτρέπει στο ηλεκτρόνιο να εγκαταλείψει τη ζώνη σθένους, όπου τα ηλεκτρόνια συνδέονται με μεμονωμένα άτομα και εισέρχονται στη ζώνη αγωγιμότητας, όπου μπορεί να κινηθεί ελεύθερα μέσα από ολόκληρο το ατομικό πλέγμα του υλικού.Όσο υψηλότερο είναι το ποσοστό των φωτονίων που παράγουν ένα ζεύγος ηλεκτρονίων-οπών κατά την επίτευξη της φωτοαντιδραστικής επιφάνειας, τόσο υψηλότερη είναι η κβαντική απόδοση.Η κβαντική απόδοση είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό ενός αριθμού σύγχρονων τεχνολογιών, κυρίως φωτοβολταϊκών ηλιακών κυττάρων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και συσκευές φωτογραφίας και φορτίου.ποικίλλουν για διαφορετικά μήκη κύματος φωτός.Οι διαφορετικές διαμορφώσεις των υλικών ποικίλλουν από τον τρόπο με τον οποίο απορροφούν και αντανακλούν διαφορετικά μήκη κύματος και αυτός είναι ένας σημαντικός παράγοντας σε ποιες ουσίες χρησιμοποιούνται σε διαφορετικές φωτοευαίσθητες συσκευές.Το πιο συνηθισμένο υλικό για τα ηλιακά κύτταρα είναι το κρυσταλλικό πυρίτιο, αλλά υπάρχουν επίσης κύτταρα που βασίζονται σε άλλες φωτοαντιδραστικές ουσίες, όπως το σελενικό του καδμίου και το χάλκινο ινδικό γαλλικό.Η φωτογραφική ταινία χρησιμοποιεί ασημένιο βρωμιούχο, χλωριούχο ασήμι ή ιωδιούχο ασημί, είτε μόνο του είτε σε συνδυασμό.

Η υψηλότερη κβαντική αποτελεσματικότητα παράγεται από συσκευές συζευγμένες με φορτίο που χρησιμοποιούνται για ψηφιακή φωτογραφία και απεικόνιση υψηλής ανάλυσης.Αυτές οι συσκευές συλλέγουν φωτόνια με στρώμα επιταξιακού πυριτίου με βόριο, το οποίο δημιουργεί ηλεκτρικά φορτία που στη συνέχεια μετατοπίζονται μέσω μιας σειράς πυκνωτών σε έναν ενισχυτή φορτίου.Ο ενισχυτής φορτίου μετατρέπει τις χρεώσεις σε μια σειρά τάσεων που μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία ως αναλογικό σήμα ή να καταγράψουν ψηφιακά.Οι συσκευές συζευγμένες με φόρτιση, οι οποίες χρησιμοποιούνται συχνά σε επιστημονικές εφαρμογές όπως η αστρονομία και η βιολογία που απαιτούν μεγάλη ακρίβεια και ευαισθησία, μπορούν να έχουν κβαντικές αποτελεσματικότητες 90 % ή περισσότερο.Κβαντική απόδοση και εσωτερική κβαντική απόδοση.Η εξωτερική απόδοση είναι μια μέτρηση του ποσοστού όλων των φωτονίων που χτυπά το ηλιακό κύτταρο που παράγει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων-οπών που συλλέγεται με επιτυχία από το κύτταρο.Η κβαντική απόδοση μετράει μόνο εκείνα τα φωτόνια που χτυπούν το κύτταρο που δεν αντανακλάται ή μεταδίδονται από το κύτταρο.Η κακή εσωτερική απόδοση δείχνει ότι πάρα πολλά ηλεκτρόνια που είχαν ανυψωθεί μέχρι το επίπεδο αγωγιμότητας χάνουν την ενέργειά τους και ξανά συνδέονται με ένα άτομο στο επίπεδο σθένους, μια διαδικασία που ονομάζεται ανασυνδυασμός.Η κακή εξωτερική απόδοση μπορεί να είναι είτε μια αντανάκλαση της κακής εσωτερικής απόδοσης είτε μπορεί να σημαίνει ότι μεγάλες ποσότητες φωτός που φθάνουν στο κύτταρο δεν είναι διαθέσιμες για χρήση επειδή αντανακλάται από το κύτταρο ή επιτρέπεται να περάσει από αυτό.Στη ζώνη αγωγιμότητας, ο σχεδιασμός των ηλιακών κυττάρων ελέγχει την κατεύθυνση της κίνησης τους για να δημιουργήσει μια ροή ηλεκτρικής ενέργειας άμεσης ρεύματος.Καθώς η υψηλότερη κβαντική απόδοση σημαίνει ότι περισσότερα ηλεκτρόνια μπορούν να εισέλθουν στη ζώνη αγωγιμότητας και να συλλεχθούν με επιτυχία, η υψηλότερη απόδοση καθιστά δυνατή τη δημιουργία περισσότερης ισχύος.Τα περισσότερα ηλιακά κύτταρα έχουν σχεδιαστεί για να μεγιστοποιούν την κβαντική απόδοση στα μήκη κύματος του φωτός που είναι πιο συνηθισμένα στην ατμόσφαιρα της γης, δηλαδή το ορατό φάσμα, αν και έχουν αναπτυχθεί επίσης εξειδικευμένα ηλιακά κύτταρα για την εκμετάλλευση υπέρυθρων ή υπεριώδους φωτός.