[科普中國]-量子效率

量子效率概述量子效率簡介

光電導器件的量子效率η，表示輸出的光電流與入射光子流之比。

假設(shè)入射的單色輻射功率φ(λ)能產(chǎn)生N個光電子，則量子效率如下

這是個無量綱的量，它表示單位時間內(nèi)每入射一個光子所能引起的載流子數(shù)。圖1分別為硅和鍺的量子效率η與波長λ的關(guān)系曲線。3

量子效率分類在注入式半導體激光管中，單位時間內(nèi)PN結(jié)區(qū)產(chǎn)生的光子數(shù)和注入的電子一空穴對數(shù)之比。注入二極管的載流子，一部分通過電子一空穴對復合掉，一部分通過結(jié)區(qū)的隧道效應(yīng)和其他形式流走；復合的載流子一部分以光的形式放出能量，另一部分也可能將放出的能量變成晶格振動的熱能或其他形式的能量。這類復合稱為非輻射復合。內(nèi)量子效率就是描述發(fā)光復合究竟在這一整個物理過程占多大比例的數(shù)量關(guān)系。但是產(chǎn)生的光子數(shù)不能全部射出器件之外，這是因外PN結(jié)內(nèi)有吸收散射和衍射等損耗。表征器件這一性能的參數(shù)就是外量子效率，它是單位時間內(nèi)輸出器件外的光子數(shù)和注入EN結(jié)區(qū)的電子-空穴對數(shù)之比。4

外量子效率是一個非常重要的太陽電池參數(shù)，它可以是光子能量的函數(shù)。它是一個小于1的無量綱數(shù)。EQE(E)的大小取決于三個因素：太陽電池材料的吸收系數(shù)、光生載流子被分離的效率和載流子的輸運效率。5

量子效率與感光度量子效率是器件對光敏感性的精確測量。由于光子的能量與波長的倒數(shù)成比例，量子效率的測量通常是在一段波長范圍內(nèi)進行。底片的量子效率通常少于10%，而感光耦合元件在某些波長位置具有超過90%的效率。

對于感光耦合元件(CCD)圖像傳感器的像素而言，最佳感光度就是當量子效率等于1時，不過將光電流當作感光度的測定基準時，此時感光度為多少，令人感到相當好奇。圖2是量子效率與感光度波長的相關(guān)特性。若將實際的CCD圖像傳感器，所測得的感光度與波長關(guān)系，和該圖重疊，量子效率為多少即可一目了然。6

太陽能電池中的量子效率量子效率QE（Quantum Efficiency），或稱光譜響應(yīng)，或光電轉(zhuǎn)化效率IPCE 等，廣義來說，就是太陽能電池的光電特性在不同波長光照條件下的數(shù)值，所謂光電特性包括：光生電流、光導等。量子效率QE和光電轉(zhuǎn)化效率IPCE均是指太陽能電池產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)目與入射到太陽能電池表面的光子數(shù)目之比。通常，我們所說的太陽能電池量子效率QE都是指外量子效率EQE，也就是說太陽能電池表面的光子反射損失是不被考慮的。7