量子效率（QE）是衡量設(shè)備（如太陽電池或傳感器）有效將入射光子（光粒子）轉(zhuǎn)換為電子的程度的指標(biāo)。簡單來說，它表示擊中設(shè)備的光子中有多少被轉(zhuǎn)換為可用的電信號(hào)。更高的量子效率意味著更高效的轉(zhuǎn)換，設(shè)備在捕獲和利用光方面性能更佳。
本質(zhì)上，量子效率描述了太陽電池將光轉(zhuǎn)換為電的能力。HZB在2020年《Science》雜志中發(fā)表的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)呈現(xiàn)了單結(jié)鈣鈦礦太陽電池的外部量子效率（EQE）和集成短路電流密度（Jsc）。該圖通過PTAA和Me-4PACz制成的電池的兩條EQE曲線展示了從300到800nm波長范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)換過程。在這里，EQE提供了一個(gè)快照。量子效率度量表明在每個(gè)特定波長處轉(zhuǎn)換為電子的入射光子的百分比，而集成的Jsc表示電池在照射時(shí)每單位面積可以產(chǎn)生的總電流輸出，集成在相關(guān)光譜范圍內(nèi)。在廣泛波長范圍內(nèi)接近90%的高EQE值表明了一種高效太陽電池技術(shù)，為鈣鈦礦太陽電池轉(zhuǎn)換效率的顯著突破做出了貢獻(xiàn)。
外部量子效率（EQE）和內(nèi)部量子效率（IQE）都是用于評(píng)估光伏設(shè)備（如太陽電池）性能的度量標(biāo)準(zhǔn)，但它們測量不同的方面：
外部量子效率（EQE）：EQE是指設(shè)備收集到的電荷載體數(shù)量除以設(shè)備上入射光子數(shù)量的比率。它考慮了所有損耗，包括反射、不活躍層吸收和其他不導(dǎo)致電荷載體收集的過程。EQE直接測量設(shè)備將入射光轉(zhuǎn)換為電流的能力，并通常表示為入射光波長的函數(shù)。
內(nèi)部量子效率（IQE）：IQE是一種衡量設(shè)備將吸收的光子有效轉(zhuǎn)換為電荷載體的效率的指標(biāo)。它定義為由設(shè)備的活性層吸收的光子數(shù)量除以收集到的電荷載體數(shù)量。與EQE不同，IQE不考慮由反射或不活躍層吸收引起的損失，它只關(guān)注設(shè)備的活性層在從吸收的光中生成電荷載體的效率。
本質(zhì)上，EQE考慮整個(gè)設(shè)備的效率，包括光學(xué)損失，而IQE專注于設(shè)備的活性層在實(shí)際吸收的光中產(chǎn)生電荷載體的效率。
量子效率 (QE) 可以通過將生成的電荷載流子數(shù)量（如光電探測器中的電子）與入射到器件上的光子數(shù)量進(jìn)行比較來計(jì)算。該比率通常以百分比表示。就外部量子效率 (EQE) 而言，計(jì)算涉及在工作條件下從設(shè)備（如太陽能電池）提取的電子通量除以入射光子通量。確切的公式和計(jì)算方法可能會(huì)根據(jù)具體應(yīng)用和被測設(shè)備的類型而有所不同。
圖。硅薄膜三結(jié)太陽能電池的量子效率曲線。每條曲線代表電池內(nèi)三個(gè)光伏層之一，每個(gè)層都經(jīng)過調(diào)整以吸收太陽光譜的不同部分。三結(jié)電池旨在通過堆疊對(duì)光譜不同部分敏感的層來最大限度地提高整體轉(zhuǎn)換效率。與單結(jié)電池相比，這使得該電池能夠利用更廣泛的太陽光譜。每層都會(huì)捕獲未被其他層吸收的部分陽光，因此各自的 QE 曲線中的峰值會(huì)有所不同。電池的整體效率將通過整合所有層的貢獻(xiàn)來確定。
該公式可以表示為乘以 100 的百分比：
對(duì)于太陽能電池，這通常被設(shè)定為外部量子效率（EQE）。QE 是產(chǎn)生的電荷載流子數(shù)量與入射光子數(shù)量的比率，乘以 100 將其轉(zhuǎn)換為百分比。它通常與入射光子到電子轉(zhuǎn)換效率（IPCE）同義，有時(shí)與外部量子效率（EQE）同義，是評(píng)估太陽能電池性能的關(guān)鍵參數(shù)。它本質(zhì)上測量太陽能電池將吸收的光（光子）轉(zhuǎn)換為電流（電子）的效率。還重點(diǎn)介紹了該過程中涉及的步驟，例如吸收、載流子生成、傳輸和收集，以便更全面地了解影響太陽能電池 QE 的因素。
在物理學(xué)中，量子效率（QE）是指太陽能電池或光電探測器等光子器件將入射光子轉(zhuǎn)換為電子的效率。通常以比率或百分比表示，表示每個(gè)吸收的光子產(chǎn)生多少電子。QE 是評(píng)估依靠光吸收產(chǎn)生電信號(hào)或能量的設(shè)備性能的關(guān)鍵參數(shù)。
待續(xù)：光伏量子效率的15個(gè)常見問題——每位光伏研究者都應(yīng)閱讀_PART2
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