Co je kvantová účinnost?

Kvantová účinnost je měření toho, jak je elektricky fotosenzitivní fotocitlivé zařízení. Fotoreaktivní povrchy využívají energii z příchozích fotonů k vytváření párů elektronových děr, ve kterých energie fotonu zvyšuje energetickou hladinu elektronu a umožňuje elektronu opustit valenční pás, kde jsou elektrony vázány na jednotlivé atomy, a vstoupit do vodivého pásma, kde se může volně pohybovat přes celou atomovou mřížku materiálu. Čím vyšší je procento fotonů, které produkují pár elektronových otvorů po zasažení fotoreaktivního povrchu, tím vyšší je jeho kvantová účinnost. Kvantová účinnost je důležitou charakteristikou řady moderních technologií, zejména fotovoltaické solární články používané k výrobě elektřiny, jakož i fotografické filmové a nábojové zařízení. Různé konfigurace materiáluS se liší v tom, jak absorbují a odrážejí různé vlnové délky, a to je důležitý faktor toho, jaké látky se používají v různých fotocitlivých zařízeních. Nejběžnějším materiálem pro solární články je krystalický křemík, ale existují také buňky založené na jiných fotoreaktivních látkách, jako je telurid kadmia a měděný indium gallium selenid. Fotografický film používá stříbrný bromid, chlorid stříbrný nebo stříbrný jodid, buď samotný nebo v kombinaci.

Nejvyšší kvantová účinnost se vyrábí zařízeními spojenými s nabíječkami používanými pro digitální fotografii a zobrazování s vysokým rozlišením. Tato zařízení shromažďují fotony s vrstvou epitaxiálního křemíku dotovaného boronem, který vytváří elektrické náboje, které se poté přesouvají řadou kondenzátorů do zesilovače náboje. Zesilovač náboje převádí náboje na řadu napětí, které lze zpracovat jako analogový signál nebo zaznamenány digitálně.Zařízení spojená 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 procent nebo více.

V solárních článcích je kvantová účinnost někdy rozdělena do dvou měření, vnější kvantové účinnosti a vnitřní kvantové účinnosti. Vnější účinnost je měření procenta všech fotonů zasahujících do solárního článku, které produkují pár elektronových otvorů, který je buňkou úspěšně shromážděn. Kvantová účinnost počítá pouze ty fotony, které zasáhnou buňku, které se neodrážely nebo přenášeny z buňky. Špatná vnitřní účinnost naznačuje, že příliš mnoho elektronů, které byly zvýšeny až na úroveň vedení, ztrácí energii a znovu se připojí k atomu ve valenční úrovni, což je proces zvaný rekombinace. Špatná vnější účinnost může být buď odrazem špatné vnitřní účinnosti, nebo může znamenat, že velké množství dosahu světlabuňka není k dispozici pro použití, protože se odráží pryč buňkou nebo ji ponechává projít.

Jakmile se elektrony začnou pohybovat do vodivého pásma, návrh solárních článků řídí směr jejich pohybu, aby vytvořil tok elektřiny přímého proudu. Vzhledem k tomu, že vyšší kvantová účinnost znamená, že do vodivého pásma může vstoupit více elektronů a být úspěšně shromažďováno, vyšší účinnost umožňuje generovat větší výkon. Většina solárních článků je navržena tak, aby maximalizovala kvantovou účinnost v vlnových délkách světla nejčastější v zemské atmosféře, jmenovitě viditelné spektrum, ačkoli byly vyvinuty také specializované solární články pro využití infračerveného nebo ultrafialového světla.