Was ist die Quanteneffizienz?
Quanteneffizienz ist eine Messung, wie elektrisch photosensitiv ein photosensitives Gerät ist. Photoreaktive Oberflächen verwenden die Energie von eingehenden Photonen, um Elektronenlochpaare zu erzeugen, bei denen die Energie des Photons den Energieniveau eines Elektrons erhöht und das Elektron das Valenzband verlässt, wo die Elektronen an einzelne Atome gebunden sind, und in das Leitungsband eintreten kann, wo sich das gesamte atomische Gitter des Materials durch das gesamte atomische Gitter des Materials bewegen kann. Je höher der Prozentsatz der Photonen, die ein Elektronenlochpaar produzieren, wenn sie die photoreaktive Oberfläche schlägt, desto höher ist seine Quanteneffizienz. Die Quanteneffizienz ist ein wichtiges Merkmal einer Reihe moderner Technologien, insbesondere für Photovoltaik-Solarzellen, die zur Erzeugung von Strom sowie von fotografischen Film- und Ladungskopplagen verwendet werden.
Photonenenergie variiert mit der Wellenlänge des Photons, und die Quanteneffizienz eines Geräts kann für unterschiedliche Wellenlängen des Lichts des Lichts variieren. Verschiedene MaterialkonfigurationenS variieren in der Art und Weise, wie sie unterschiedliche Wellenlängen absorbieren und widerspiegeln, und dies ist ein wichtiger Faktor für die Verwendung von Substanzen in verschiedenen photosensitiven Geräten. Das häufigste Material für Solarzellen ist kristallines Silizium, aber auch Zellen, die auf anderen photoreaktiven Substanzen basieren, wie Cadmium -Tellurid und Kupfer -Indium -Gallium -Selenid,. Fotografiefilm verwendet Silberbromid, Silberchlorid oder Silberiodid, entweder allein oder in Kombination.
Die höchsten Quanteneffizienz werden durch ladungsgekoppelte Geräte für digitale Fotografie und hochauflösende Bildgebung erzeugt. Diese Geräte sammeln Photonen mit einer Schicht epitaxiale Silizium, die mit Bor dotiert ist, wodurch elektrische Ladungen erzeugt werden, die dann durch eine Reihe von Kondensatoren zu einem Ladungsverstärker verschoben werden. Der Ladungsverstärker wandelt die Ladungen in eine Reihe von Spannungen um, die als analoges Signal verarbeitet oder digital aufgezeichnet werden können.Ladungsgekoppelte Geräte, die häufig in wissenschaftlichen Anwendungen wie Astronomie und Biologie verwendet werden, die große Präzision und Empfindlichkeit erfordern, können Quanteneffizienz von 90 Prozent oder mehr haben.
In Solarzellen wird die Quanteneffizienz manchmal in zwei Messungen unterteilt, externe Quanteneffizienz und interne Quanteneffizienz. Die externe Effizienz ist eine Messung des Prozentsatzes aller Photonen, die die Solarzelle treffen, die ein Elektronenlochpaar produziert, das erfolgreich von der Zelle gesammelt wird. Die Quanteneffizienz zählt nur diejenigen Photonen, die die Zelle schlagen, die nicht aus der Zelle reflektiert oder übertragen wurden. Eine schlechte interne Effizienz zeigt, dass zu viele Elektronen, die bis zum Leitungsniveau angehoben wurden, ihre Energie verlieren und erneut an einem Atom im Valenzebene gebunden sind, ein Prozess, der als Rekombination bezeichnet wird. Eine schlechte externe Effizienz kann entweder ein Spiegelbild einer schlechten internen Effizienz sein oder bedeuten, dass große Mengen des Lichts ReichweiteDie Zelle ist für den Einsatz nicht verfügbar, weil sie von der Zelle reflektiert oder durch sie gelassen wird.
Sobald die Elektronen sich in das Leitungsband bewegen, steuert das Design der Solarzellen die Richtung ihrer Bewegung, um einen Strom mit Gleichstrom zu erzeugen. Da eine höhere Quanteneffizienz bedeutet, dass mehr Elektronen in das Leitungsband eintreten und erfolgreich gesammelt werden können, ermöglicht eine höhere Effizienz, mehr Leistung zu erzeugen. Die meisten Solarzellen sind so konzipiert, dass sie die Quanteneffizienz in den Wellenlängen des Lichts maximieren, die in der Erdatmosphäre am häufigsten sind, nämlich das sichtbare Spektrum, obwohl spezialisierte Solarzellen zum Nutzung von Infrarot oder Ultraviolettlicht entwickelt wurden.