Qu'est-ce que l'efficacité quantique?
L'efficacité quantique est une mesure de la façon dont un dispositif photosensible électriquement photosensible est. Les surfaces photoréactives utilisent l'énergie des photons entrants pour créer des paires d'électrons, dans lesquelles l'énergie du photon augmente le niveau d'énergie d'un électron et permet à l'électron de quitter la bande de valence, où les électrons sont liés aux atomes individuels et entrent dans la bande de conduction, où il peut se déplacer librement à travers l'ensemble du réseau atomique du matériau. Plus le pourcentage de photons qui produisent une paire d'électrons-trous en frappant la surface photoréactive, plus son efficacité quantique est élevée. L'efficacité quantique est une caractéristique importante d'un certain nombre de technologies modernes, notamment des cellules solaires photovoltaïques utilisées pour produire de l'électricité, ainsi que des films photographiques et des dispositifs à couplés de charge.
L'énergie photonique varie avec la longueur d'onde du photon, et l'efficacité quantique d'un appareil peut varier pour différentes longueurs d'onde de lumière. Différentes configurations de matérielS varient dans la façon dont ils absorbent et reflètent différentes longueurs d'onde, et c'est un facteur important dans les substances utilisées dans différents dispositifs photosensibles. Le matériau le plus courant pour les cellules solaires est le silicium cristallin, mais les cellules basées sur d'autres substances photoréatives, telles que le telluride de cadmium et le séléniure de gallium d'indium cuivre, existent également. Le film photographique utilise du bromure d'argent, du chlorure d'argent ou de l'iodure d'argent, seul ou en combinaison.
Les efficacités quantiques les plus élevées sont produites par des dispositifs couplés à charge utilisés pour la photographie numérique et l'imagerie à haute résolution. Ces dispositifs collectent des photons avec une couche de silicium épitaxial dopé de bore, ce qui crée des charges électriques qui sont ensuite déplacées à travers une série de condensateurs vers un amplificateur de charge. L'amplificateur de charge convertit les charges en une série de tensions qui peuvent être traitées comme un signal analogique ou enregistrée numériquement.Les dispositifs couplés à charge, qui sont souvent utilisés dans des applications scientifiques telles que l'astronomie et la biologie qui nécessitent une grande précision et sensibilité, peuvent avoir une efficacité quantique de 90% ou plus.
Dans les cellules solaires, l'efficacité quantique est parfois divisée en deux mesures, l'efficacité quantique externe et l'efficacité quantique interne. L'efficacité externe est une mesure du pourcentage de tous les photons frappant la cellule solaire qui produisent une paire d'électrons-trous qui est collectée avec succès par la cellule. L'efficacité quantique ne compte que les photons frappant la cellule qui n'étaient pas reflétées ou transmises hors de la cellule. Une mauvaise efficacité interne indique que trop d'électrons qui avaient été relevés au niveau de la conduction perdent leur énergie et se fixent à nouveau à un atome au niveau de la valence, un processus appelé recombinaison. Une mauvaise efficacité externe peut être soit le reflet d'une mauvaise efficacité interne, soit signifier que de grandes quantités de lumièreLa cellule n'est pas disponible pour une utilisation car elle est reflétée par la cellule ou autorisée à la traverser.
Une fois que les électrons commencent à se déplacer dans la bande de conduction, la conception de la cellule solaire contrôle la direction de leur mouvement pour créer un flux d'électricité à courant direct. Comme une efficacité quantique plus élevée signifie que davantage d'électrons peuvent entrer dans la bande de conduction et être collectés avec succès, une efficacité plus élevée permet de générer plus de puissance. La plupart des cellules solaires sont conçues pour maximiser l'efficacité quantique dans les longueurs d'onde de la lumière la plus courante dans l'atmosphère terrestre, à savoir le spectre visible, bien que des cellules solaires spécialisées pour exploiter la lumière infrarouge ou ultraviolette aient également été développée.