量子效率

术语量子效率 (QE) 可能适用于光敏器件的入射光子与转换电子 (IPCE) 之比，或者它可能指的是磁隧道结的 TMR 效应。

本文将此术语作为设备对光的电灵敏度的度量。在电荷耦合器件 (CCD) 或其他光电探测器中，它是任一端子收集的电荷载流子数量与撞击器件光敏表面的光子数量之间的比率。作为比率，QE 是无量纲的，但它与响应度密切相关，响应度以每瓦安培数表示。

由于光子的能量与其波长成反比，因此通常在不同波长范围内测量 QE，以表征器件在每个光子能级的效率。对于典型的半导体光电探测器，对于能量低于带隙的光子，QE 降至零。摄影胶片的 QE 通常远低于 10%，而 CCD 在某些波长下的 QE 可远高于 90%。

太阳能电池的量子效率值表示电池在被特定波长的光子照射时产生的电流量。如果将电池的量子效率整合到整个太阳电磁波谱中，就可以评估电池暴露在阳光下时产生的电流量。

该能量产生值与电池的最高可能能量产生值之间的比率（即，如果 QE 在整个光谱上为 100 %）给出了电池的整体能量转换效率值。

请注意，在产生多激子 (MEG) 的情况下，可以实现大于 100 % 的量子效率，因为入射光子具有两倍以上的带隙能量，并且每个入射光子可以产生两个或更多个电子-空穴对。

通常考虑太阳能电池的两种量子效率：

• 外量子效率 (EQE) 是太阳能电池收集的电荷载流子数量与从外部照射到太阳能电池上的具有给定能量的光子数量（入射光子）的比率。
• 内量子效率 (IQE) 是指太阳能电池收集的电荷载流子数量与从外部照射到太阳能电池上并被电池吸收的具有给定能量的光子数量之比。

在可见光谱中，IQE 总是大于 EQE。 低 IQE 表明太阳能电池的活性层无法充分利用光子，很可能是由于载流子收集效率差。 要测量 IQE，首先要测量太阳能设备的 EQE，然后测量其透射和反射，并结合这些数据来推断 IQE。

因此，外部量子效率取决于光的吸收和电荷的收集。 一旦光子被吸收并产生电子-空穴对，这些电荷必须在结处分离和收集。 好的材料可以避免电荷复合。 电荷重组导致外量子效率下降。

理想的量子效率图呈正方形，其中 QE 值在测量的整个波长光谱中相当恒定。

然而，大多数太阳能电池的 QE 由于复合效应而降低，其中电荷载流子无法移动到外部电路中。影响收集概率的相同机制也会影响 QE。例如，修改前表面会影响表面附近生成的载流子。

高度掺杂的前表面层也会导致“自由载流子吸收”，从而降低较长波长的 QE。并且由于高能（蓝光）光在非常靠近表面的地方被吸收，因此前表面的大量复合将影响 QE 的蓝色部分。

类似地，较低能量（绿色）光被太阳能电池的主体吸收，并且低扩散长度将影响太阳能电池主体的收集概率，从而降低光谱绿色部分的 QE。通常，当今市场上的太阳能电池不会从紫外线和红外线（分别为<400 nm 和>1100 nm 波长）产生大量电能；这些波长的光要么被过滤掉，要么被吸收。