量子効率とは？

量子効率は、感光性デバイスの電気的感光性の測定値です。 光反応性表面は、入射光子からのエネルギーを使用して電子-正孔ペアを作成します。この場合、光子のエネルギーにより電子のエネルギーレベルが増加し、電子が価電子帯を離れます。 、材料の原子格子全体を自由に移動できる場所。 光反応性表面に衝突したときに電子と正孔のペアを生成する光子の割合が高いほど、その量子効率は高くなります。 量子効率は、多くの最新技術の重要な特性であり、最も顕著なのは、発電に使用される太陽光発電セル、写真フィルム、電荷結合素子です。

光子のエネルギーは光子の波長によって異なり、デバイスの量子効率は光の波長によって異なります。 材料の構成が異なると、異なる波長を吸収および反射する方法が異なります。これは、異なる感光性デバイスで使用される物質の重要な要素です。 太陽電池の最も一般的な材料は結晶シリコンですが、テルル化カドミウムやセレン化銅インジウムガリウムなど、他の光反応性物質に基づくセルも存在します。 写真フィルムでは、臭化銀、塩化銀、またはヨウ化銀を単独または組み合わせて使用​​します。

最高の量子効率は、デジタル写真と高解像度のイメージングに使用される電荷​​結合素子によってもたらされます。 これらのデバイスは、ホウ素がドープされたエピタキシャルシリコン層で光子を収集します。この層は電荷を生成し、電荷は一連のコンデンサを介して電荷増幅器にシフトされます。 チャージアンプは電荷を一連の電圧に変換し、アナログ信号として処理したり、デジタルで記録したりできます。 高い精度と感度を必要とする天文学や生物学などの科学アプリケーションでよく使用される電荷​​結合デバイスは、90％以上の量子効率を実現できます。

太陽電池では、量子効率は外部量子効率と内部量子効率の2つの測定値に分けられることがあります。 外部効率とは、太陽電池にぶつかるすべての光子のうち、セルによって正常に収集される電子と正孔のペアを生成する割合の測定値です。 量子効率は、セルに衝突するか、セルから反射または送信されなかった光子のみをカウントします。 低い内部効率は、伝導レベルまで上昇した電子が多すぎてエネルギーを失い、原子価レベルの原子に再び結合することを示します。これは再結合と呼ばれるプロセスです。 低い外部効率は、低い内部効率の反射であるか、セルに到達する大量の光がセルで反射されるか通過するために使用できないことを意味します。

電子が伝導帯に移動し始めると、太陽電池の設計により、移動の方向が制御され、直流電流が流れます。 より高い量子効率は、より多くの電子が伝導帯に入り、正常に収集されることを意味するため、より高い効率により、より多くの電力を生成することが可能になります。 ほとんどの太陽電池は、地球大気で最も一般的な光の波長、つまり可視スペクトルで量子効率を最大化するように設計されていますが、赤外線または紫外線を利用する特殊な太陽電池も開発されています。