O que é eficiência quântica?
A eficiência quântica é uma medida de quão eletricamente fotossensível é um dispositivo fotossensível. As superfícies fotorativas usam a energia de fótons recebidos para criar pares de elétrons, nos quais a energia do fóton aumenta o nível de energia de um elétron e permite que o elétron deixe a banda de valência, onde os elétrons estão ligados a átomos individuais e entram na banda de condução, onde pode se mover livremente por toda a torneira atômica do material. Quanto maior a porcentagem de fótons que produzem um par de orifícios de elétrons ao atingir a superfície fotorreativa, maior sua eficiência quântica. A eficiência quântica é uma característica importante de várias tecnologias modernas, principalmente células solares fotovoltaicas usadas para gerar eletricidade, bem como dispositivos fotográficos e dispositivos de carga fotográfica. Diferentes configurações de materialS variam na maneira como eles absorvem e refletem diferentes comprimentos de onda, e esse é um fator importante em quais substâncias são usadas em diferentes dispositivos fotossensíveis. O material mais comum para células solares é o silício cristalino, mas células baseadas em outras substâncias fotorreativas, como telurídeo de cadmio e seleneto de gálio de índio de cobre, também existem. O filme fotográfico usa brometo de prata, cloreto de prata ou iodeto de prata, sozinho ou em combinação.
As maiores eficiências quânticas são produzidas por dispositivos acoplados a carga usados para fotografia digital e imagens de alta resolução. Esses dispositivos coletam fótons com uma camada de silício epitaxial dopado com boro, que cria cargas elétricas que são então deslocadas através de uma série de capacitores para um amplificador de carga. O amplificador de cobrança converte as cargas em uma série de tensões que podem ser processadas como um sinal analógico ou gravado digitalmente.Dispositivos acoplados a carga, que são usados frequentemente em aplicações científicas, como astronomia e biologia, que requerem grande precisão e sensibilidade, podem ter eficiências quânticas de 90 % ou mais.
Nas células solares, a eficiência quântica às vezes é dividida em duas medidas, eficiência quântica externa e eficiência quântica interna. A eficiência externa é uma medição da porcentagem de todos os fótons que atingem a célula solar que produzem um par de elétrons que é coletado com sucesso pela célula. A eficiência quântica conta apenas os fótons que atingem a célula que não foram refletidos ou transmitidos para fora da célula. A baixa eficiência interna indica que muitos elétrons que foram elevados até o nível de condução estão perdendo sua energia e novamente se apegando a um átomo no nível da valência, um processo chamado recombinação. Baixa eficiência externa pode ser um reflexo de baixa eficiência interna ou pode significar que grandes quantidades do alcance da luzA célula não está disponível para uso porque está sendo refletida pela célula ou deixada passar por ela.
Quando os elétrons começam a se mover para a banda de condução, o design da célula solar controla a direção de seu movimento para criar um fluxo de eletricidade de corrente direta. Como maior eficiência quântica significa que mais elétrons podem entrar na banda de condução e ser coletados com sucesso, maior eficiência possibilita gerar mais energia. A maioria das células solares é projetada para maximizar a eficiência quântica nos comprimentos de onda da luz mais comum na atmosfera da Terra, a saber, também foram desenvolvidos células solares especializadas para explorar a luz infravermelha ou ultravioleta.