Hva er kvanteeffektivitet?

Kvanteeffektivitet er en måling av hvor elektrisk lysfølsom en lysfølsom enhet er.Fotoreaktive overflater bruker energien fra innkommende fotoner for å lage elektronhullpar, der fotonenergien øker energinivået til et elektron og lar elektronet forlate valensbåndet, der elektroner er bundet til individuelle atomer, og gå inn i ledningsbåndet, hvor den kan bevege seg fritt gjennom hele atomgitteret til materialet.Jo høyere prosentandel av fotoner som produserer et elektronhullspar ved å slå den fotoreaktive overflaten, desto høyere er kvanteeffektiviteten.Kvanteeffektivitet er et viktig kjennetegn ved en rekke moderne teknologier, spesielt fotovoltaiske solceller som brukes til å generere elektrisitet, så vel som fotografisk film- og ladekoblede enheter.

Fotonenergi varierer med fotonbølgelengden, og en enhets kvanteeffektivitet kanVarier for forskjellige bølgelengder av lys.Ulike konfigurasjoner av materialer varierer i hvordan de absorberer og gjenspeiler forskjellige bølgelengder, og dette er en viktig faktor i hvilke stoffer som brukes i forskjellige lysfølsomme enheter.Det vanligste materialet for solceller er krystallinsk silisium, men celler basert på andre fotoreaktive stoffer, for eksempel kadmiumtellurid og kobberindiumgalliumselenid, eksisterer også.Fotografisk film bruker sølvbromid, sølvklorid eller sølvjodid, enten alene eller i kombinasjon.

De høyeste kvanteeffektivitetene produseres av ladekoblede enheter som brukes til digital fotografering og høyoppløselig avbildning.Disse enhetene samler fotoner med et lag med epitaksialt silisium dopet med bor, som lager elektriske ladninger som deretter blir forskjøvet gjennom en serie kondensatorer til en ladningsforsterker.Ladningsforsterkeren konverterer ladningene til en serie spenninger som kan behandles som et analogt signal eller registreres digitalt.Ladekoblede enheter, som ofte brukes i vitenskapelige anvendelser som astronomi og biologi som krever stor presisjon og følsomhet, kan ha kvanteeffektivitet på 90 prosent eller mer.

I solceller er kvanteeffektivitet noen ganger delt inn i to målinger, eksternKvanteeffektivitet og intern kvanteeffektivitet.Ekstern effektivitet er en måling av prosentandelen av alle fotoner som slår solcellen som produserer et elektronhullpar som vellykket samles av cellen.Kvanteeffektivitet teller bare de fotonene som slo cellen som ikke ble reflektert bort eller overført ut av cellen.Dårlig intern effektivitet indikerer at for mange elektroner som hadde blitt hevet opp til ledningsnivået, mister energien sin og igjen blir festet til et atom i valensnivået, en prosess som kalles rekombinasjon.Dårlig ekstern effektivitet kan enten være en refleksjon av dårlig intern effektivitet eller kan bety at store mengder lys som når cellen, ikke er tilgjengelige for bruk fordi den blir reflektert bort av cellen eller får lov til å passere gjennom den.

Når elektroner begynner å bevege seg i bevegelseI ledningsbåndet kontrollerer utformingen av solcellen retningen på bevegelsen for å skape en strøm av likestrøms elektrisitet.Ettersom høyere kvanteeffektivitet betyr at flere elektroner kan komme inn i ledningsbåndet og bli samlet inn, gjør høyere effektivitet det mulig å generere mer kraft.De fleste solceller er designet for å maksimere kvanteeffektiviteten i bølgelengdene til lys som er vanligst i jordens atmosfære, nemlig det synlige spekteret, selv om spesialiserte solceller for å utnytte infrarød eller ultrafiolett lys også er utviklet.