Eficiência quântica

Predefinição:Teoria quântica de campos O termo eficiência quântica (QE) pode ser aplicado à razão fóton incidente para elétron convertido (IPCE) de um dispositivo fotossensível, ou pode se referir ao efeito TMR de uma junção de túnel magnético.

Eficiência quântica de células solares

O valor de eficiência quântica de uma célula solar indica a quantidade de corrente que a célula produzirá quando irradiada por fótons de um determinado comprimento de onda.

O limite de 100% até 2020 foi considerado como o máximo teórico para a eficiência quântica externa, o que significa que um fóton que entra gera um elétron para o circuito externo e é coletado como eletricidade. Entretanto, pesquisadores desenvolveram um dispositivo fotovoltaico que atingiu uma eficiência quântica externa de mais de 130%. Este alto desempenho recorde foi obtido usando um fotodiodo de silício preto nanoestruturado com a junção auto-induzida. Os pesquisadores descobriram que o segredo da alta eficiência quântica externa é baseado na utilização efetiva do processo de geração de portadoras múltiplas desencadeado por fótons de alta energia, que ocorre dentro de nanoestruturas de silício preto. O fenômeno não foi observado experimentalmente no passado, uma vez que a presença de perdas elétricas e ópticas reduziu o número de elétrons coletados.

Responsividade espectral

A responsividade espectral é uma medida semelhante, mas possui unidades diferentes: amperes por watt (A/W); (ou seja, quanta corrente sai do dispositivo por unidade de potência de luz incidente). A responsividade é normalmente especificada para luz monocromática (ou seja, luz de um único comprimento de onda). Tanto a eficiência quântica quanto a responsividade são funções do comprimento de onda dos fótons (indicado pelo subscritot λ).

Para converter de responsividade (R_λ, em A/W) para QE_λ (em uma escala de 0 para 1):

$Q{E}_{\lambda }=\frac{R_{\lambda }}{\lambda }\times \frac{hc}{e}\approx \frac{R_{\lambda }}{\lambda }\times (1240\mathrm{W}\cdot \mathrm{n}\mathrm{m}/\mathrm{A})$

onde λ é o comprimento de onda em nm, h é a constante de Planck, c é a velocidade da luz no vácuo, e e é a carga elementar.

Determinação

$Q{E}_{\lambda }=\eta =\frac{N_e}{N_{\nu }}$

onde $N_e$ = número de elétrons produzidos, $N_{\nu }$ = número de fótons absorvidos.

$\frac{N_{\nu }}{t}={\mathrm{\Phi }}_o\frac{\lambda }{hc}$

Supondo que cada fóton absorvido na camada de depleção produza um par elétron-buraco viável, e todos os outros fótons não,

$\frac{N_e}{t}={\mathrm{\Phi }}_{\xi }\frac{\lambda }{hc}$

onde t é o tempo de medição (em segundos), ${\mathrm{\Phi }}_o$ = potência óptica incidente em watts, ${\mathrm{\Phi }}_{\xi }$ = potência óptica absorvida na camada de esgotamento, também em watts.