Co je kvantová účinnost?
Kvantová účinnost je měření toho, jak elektricky fotocitlivé je fotocitlivé zařízení. Fotoreaktivní povrchy využívají energii přicházejících fotonů k vytvoření párů elektronových děr, ve kterých energie fotonu zvyšuje energetickou hladinu elektronů a umožňuje elektronům opustit valenční pásmo, kde jsou elektrony vázány na jednotlivé atomy, a vstupovat do vodivého pásma , kde se může volně pohybovat po celé atomové mřížce materiálu. Čím vyšší je procento fotonů, které vytvářejí páry elektron-díra na stahování fotoreaktivní povrch, tím vyšší je jeho kvantovou účinnost. Kvantová účinnost je důležitou charakteristikou řadě moderních technologií, zejména fotovoltaické solární buňky použité k výrobě elektrické energie, jakož i fotografického filmu a CCD zařízení.
Fotonová energie se mění s vlnovou délkou v fotonu, a účinnost kvantová zařízení, se může měnit pro různé vlnové délky světla. Různé konfigurace materiálů se liší v tom, jak absorbovat a odrážet různé vlnové délky, a to je důležitým faktorem v tom, co jsou látky používané v různých fotosenzitivní zařízení. Nejběžnějším materiálem pro solární články je krystalický křemík, ale existují i buňky založené na jiných fotoreaktivních látkách, jako je telurid kadmia a selenid india a galium mědi. Fotografický film používá bromid stříbrný, chlorid stříbrný nebo jodid stříbrný, samostatně nebo v kombinaci.
Nejvyšší kvantové účinnosti jsou dosahovány zařízeními s nábojovou vazbou, která se používají pro digitální fotografii a zobrazování ve vysokém rozlišení. Tato zařízení sbírají fotony s vrstvou epitaxního křemíku dotovaného bórem, což vytváří elektrické náboje, které se pak přesouvají řadou kondenzátorů na zesilovač náboje. Zesilovač náboje převádí náboje na řadu napětí, která mohou být zpracována jako analogový signál nebo digitálně zaznamenána. Zařízení s nábojem, která se často používají ve vědeckých aplikacích, jako je astronomie a biologie, které vyžadují velkou přesnost a citlivost, mohou mít kvantovou účinnost 90% nebo více.
U solárních článků je kvantová účinnost někdy rozdělena do dvou měření, externí kvantová účinnost a interní kvantová účinnost. Vnější účinnost je měření v procentech všech fotonů dopadajících na solární články, které vytvářejí páru elektron-díra, která je úspěšně shromážděné buňky. Kvantová účinnost se počítá pouze u fotonů, které zasáhly buňku, které nebyly odraženy nebo přeneseny z buňky. Špatná vnitřní účinnost naznačuje, že příliš mnoho elektronů, které byly zvýšeny až na úroveň vodivosti, ztrácí energii a znovu se připojují k atomu ve valenční úrovni, což je proces zvaný rekombinace. Špatná vnější účinnost může být buď odrazem špatné vnitřní účinnosti, nebo může znamenat, že velká množství světla dopadajícího na buňku nejsou k dispozici pro použití, protože jsou odražena buňkou nebo jim může procházet.
Jakmile elektrony začne se pohybovat do pásma vodivosti, konstrukce solárního článku řídí směr jejich pohybu k vytvoření toku stejnosměrného proudu elektřiny. Jako vyšších prostředky kvantovou účinnost, že více elektrony mohou vstoupit do pásma vodivosti a úspěšně shromážděných, vyšší účinnost umožňuje generovat větší výkon. Většina solárních článků je navržena tak, aby maximalizovala kvantovou účinnost ve vlnových délkách světla nejběžnějších v zemské atmosféře, konkrétně ve viditelném spektru, ačkoli byly vyvinuty také specializované solární články pro využití infračerveného nebo ultrafialového světla.