Co to jest wydajność kwantowa?
Wydajność kwantowa jest pomiarem tego, jak elektrycznie jest światłoczułe, światłoczuły urządzenie. Powierzchnie fotoreaktywne wykorzystują energię z przychodzących fotonów do tworzenia par elektronu, w których energia fotonu zwiększa poziom energii elektronu i pozwala elektronowi opuścić pasmo walencyjne, w których elektronom są związane z poszczególnymi atomami, i wejść do pasma przewodnictwa, gdzie może swobodnie poruszać się przez całą atomową siatkę materiału. Im wyższy odsetek fotonów, które wytwarzają parę elektronową po uderzeniu powierzchni fotoreaktywnej, tym wyższa jej wydajność kwantowa. Wydajność kwantowa jest ważną cechą wielu nowoczesnych technologii, w szczególności fotowoltaicznych ogniw słonecznych używanych do wytwarzania energii elektrycznej, a także folii fotograficznej i urządzeń sprzężonych z ładunkiem.
Energia fotonu różni się w zależności od długości fali fotonu, a wydajność kwantowa urządzenia mogą różnić się dla różnych długości światła. Różne konfiguracje materiałuS różnią się w zakresie wchłaniania i odzwierciedlają różne długości fal, i jest to ważny czynnik w tym, jakie substancje są używane w różnych urządzeniach fototywróżnia. Najczęstszym materiałem dla ogniw słonecznych jest krystaliczny krzemion, ale komórki oparte na innych substancjach fotoreaktywnych, takie jak telluride kadm i selenid galu miedzi. Film fotograficzny wykorzystuje srebrny bromek, srebrny chlorek lub srebrny jodek, sam lub w kombinacji.
Najwyższe wydajność kwantową wytwarzane są przez urządzenia sprzężone z ładunkiem stosowane do fotografii cyfrowej i obrazowania o wysokiej rozdzielczości. Urządzenia te zbierają fotony z warstwą epitaksalnego krzemu domieszkowanego boru, który tworzy ładunki elektryczne, które są następnie przenoszone przez serię kondensatorów na wzmacniacz ładunku. Wzmacniacz ładunku przekształca ładunki w serię napięć, które można przetwarzać jako sygnał analogowy lub rejestrować cyfrowo.Urządzenia sprzężone z ładunkiem, które są często stosowane w zastosowaniach naukowych, takich jak astronomia i biologia, które wymagają dużej precyzji i czułości, mogą mieć wydajność kwantową wynoszącą 90 procent lub więcej.
W ogniwach słonecznych wydajność kwantowa jest czasem podzielona na dwa pomiary, zewnętrzną wydajność kwantową i wewnętrzną wydajność kwantową. Wydajność zewnętrzna jest pomiarem procentu wszystkich fotonów uderzających w ogniwo słoneczne, które wytwarzają parę elektronową, która jest z powodzeniem gromadzona przez komórkę. Wydajność kwantowa liczy tylko te fotony uderzające w komórkę, które nie były odbijane lub przenoszone z komórki. Słaba wydajność wewnętrzna wskazuje, że zbyt wiele elektronów, które zostały podniesione do poziomu przewodzenia, tracą energię i ponownie przywiązuje się do atomu na poziomie wartościowości, procesie zwanym rekombinacją. Słaba wydajność zewnętrzna może być odzwierciedleniem słabej wydajności wewnętrznej, albo może oznaczać, że duże ilości zasięgu światłaKomórka jest niedostępna do użytku, ponieważ jest ona odbijana przez komórkę lub pozwala jej przejść.
Gdy elektrony zaczynają przechodzić do pasma przewodnictwa, projekt ogniwa słonecznego kontroluje kierunek ich ruchu w celu stworzenia przepływu prądu stałego prądu. Ponieważ wyższa wydajność kwantowa oznacza, że więcej elektronów może wejść do pasma przewodnictwa i być skutecznie zebrana, wyższa wydajność umożliwia generowanie większej mocy. Większość ogniw słonecznych jest zaprojektowana w celu maksymalizacji wydajności kwantowej w długości fali światła najczęstszych w atmosferze Ziemi, a mianowicie widoczne widmo, chociaż opracowano również wyspecjalizowane ogniwa słoneczne do wykorzystania w podczerwieni lub światła ultrafioletowe.
.