Wat is kwantumefficiëntie?

Quantum -efficiëntie is een meting van hoe elektrisch doorgevoerd een lichtgevoelig apparaat is., waar het vrij kan bewegen door het hele atoomrooster van het materiaal.Hoe hoger het percentage fotonen dat een elektronengatpaar produceert bij het slaan van het fotoreactieve oppervlak, hoe hoger de kwantumefficiëntie.Kwantumefficiëntie is een belangrijk kenmerk van een aantal moderne technologieën, met name fotovoltaïsche zonnecellen die worden gebruikt om elektriciteit te genereren, evenals fotografische film- en ladings-gekoppelde apparaten.variëren voor verschillende golflengten van licht.Verschillende configuraties van materialen variëren in hoe ze verschillende golflengten absorberen en weerspiegelen, en dit is een belangrijke factor in welke stoffen worden gebruikt in verschillende fotosensieve apparaten.Het meest voorkomende materiaal voor zonnecellen is kristallijn silicium, maar cellen op basis van andere fotoreactieve stoffen, zoals cadmium telluride en koper indium gallium selenide, bestaan ook.Fotografische film maakt gebruik van zilveren bromide, zilverchloride of zilverjodide, alleen of in combinatie.

De hoogste kwantumefficiënties worden geproduceerd door lading-gekoppelde apparaten die worden gebruikt voor digitale fotografie en beeldvorming met hoge resolutie.Deze apparaten verzamelen fotonen met een laag epitaxiaal silicium gedoteerd met boor, die elektrische ladingen creëert die vervolgens door een reeks condensatoren worden verplaatst naar een ladingsversterker.De ladingsversterker zet de ladingen om in een reeks spanningen die kunnen worden verwerkt als een analoog signaal of digitaal geregistreerd.Lading-gekoppelde apparaten, die vaak worden gebruikt in wetenschappelijke toepassingen zoals astronomie en biologie die grote precisie en gevoeligheid vereisen, kunnen kwantumefficiënties hebben van 90 procent of meer.

In zonnecellen wordt kwantumefficiëntie soms verdeeld in twee metingen, externe externe metingenKwantumefficiëntie en interne kwantumefficiëntie.Externe efficiëntie is een meting van het percentage van alle fotonen die de zonnecel slaan die een elektronengatpaar produceren dat met succes wordt verzameld door de cel.Kwantumefficiëntie telt alleen die fotonen die de cel slaan die niet werden weggeefseld of uit de cel werden overgedragen.Slechte interne efficiëntie geeft aan dat te veel elektronen die tot het geleidingsniveau waren verhoogd, hun energie verliezen en opnieuw gehecht raken aan een atoom in het valentieniveau, een proces dat recombinatie wordt genoemd.Slechte externe efficiëntie kan een weerspiegeling zijn van een slechte interne efficiëntie of kan betekenen dat grote hoeveelheden van het licht dat de cel bereikt niet beschikbaar zijn voor gebruik omdat deze door de cel wordt weggenomen of er doorheen mag gaan.

Zodra elektronen beginnen te bewegenIn de geleidingsband regelt het ontwerp van de zonnecel de richting van hun beweging om een stroom van directe stroomelektriciteit te creëren.Aangezien een hogere kwantumefficiëntie betekent dat meer elektronen de geleidingsband kunnen betreden en succesvol kunnen worden verzameld, maakt een hogere efficiëntie het mogelijk om meer vermogen te genereren.De meeste zonnecellen zijn ontworpen om de kwantumefficiëntie te maximaliseren in de golflengten van het licht dat het meest voorkomen in de atmosfeer van de aarde, namelijk het zichtbare spectrum, hoewel gespecialiseerde zonnecellen om infrarood of ultraviolet licht te exploiteren, ook zijn ontwikkeld.