光伏量子效率的15個常見問題——每位光伏研究者都應閱讀_PART1

什么是量子效率的簡單解釋？

量子效率（QE）是衡量設備（如太陽電池或傳感器）有效將入射光子（光粒子）轉換為電子的程度的指標。簡單來說，它表示擊中設備的光子中有多少被轉換為可用的電信號。更高的量子效率意味著更高效的轉換，設備在捕獲和利用光方面性能更佳。

本質上，量子效率描述了太陽電池將光轉換為電的能力。HZB在2020年《Science》雜志中發表的一項重要發現呈現了單結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波長范圍內的轉換過程。在這里，EQE提供了一個快照。量子效率度量表明在每個特定波長處轉換為電子的入射光子的百分比，而集成的Jsc表示電池在照射時每單位面積可以產生的總電流輸出，集成在相關光譜范圍內。在廣泛波長范圍內接近90%的高EQE值表明了一種高效太陽電池技術，為鈣鈦礦太陽電池轉換效率的顯著突破做出了貢獻。

EQE和IQE之間有什么區別？

外部量子效率（EQE）和內部量子效率（IQE）都是用于評估光伏設備（如太陽電池）性能的度量標準，但它們測量不同的方面：

1. 外部量子效率（EQE）：EQE是指設備收集到的電荷載體數量除以設備上入射光子數量的比率。它考慮了所有損耗，包括反射、不活躍層吸收和其他不導致電荷載體收集的過程。EQE直接測量設備將入射光轉換為電流的能力，并通常表示為入射光波長的函數。

2. 內部量子效率（IQE）：IQE是一種衡量設備將吸收的光子有效轉換為電荷載體的效率的指標。它定義為由設備的活性層吸收的光子數量除以收集到的電荷載體數量。與EQE不同，IQE不考慮由反射或不活躍層吸收引起的損失，它只關注設備的活性層在從吸收的光中生成電荷載體的效率。

本質上，EQE考慮整個設備的效率，包括光學損失，而IQE專注于設備的活性層在實際吸收的光中產生電荷載體的效率。

如何計算量子效率？

量子效率 (QE) 可以通過將生成的電荷載流子數量（如光電探測器中的電子）與入射到器件上的光子數量進行比較來計算。該比率通常以百分比表示。就外部量子效率 (EQE) 而言，計算涉及在工作條件下從設備（如太陽能電池）提取的電子通量除以入射光子通量。確切的公式和計算方法可能會根據具體應用和被測設備的類型而有所不同。

圖。硅薄膜三結太陽能電池的量子效率曲線。每條曲線代表電池內三個光伏層之一，每個層都經過調整以吸收太陽光譜的不同部分。三結電池旨在通過堆疊對光譜不同部分敏感的層來最大限度地提高整體轉換效率。與單結電池相比，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 曲線中的峰值會有所不同。電池的整體效率將通過整合所有層的貢獻來確定。

量子效率的公式是什么？

該公式可以表示為乘以 100 的百分比：

對于太陽能電池，這通常被設定為外部量子效率（EQE）。QE 是產生的電荷載流子數量與入射光子數量的比率，乘以 100 將其轉換為百分比。它通常與入射光子到電子轉換效率（IPCE）同義，有時與外部量子效率（EQE）同義，是評估太陽能電池性能的關鍵參數。它本質上測量太陽能電池將吸收的光（光子）轉換為電流（電子）的效率。還重點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。

物理學中的量子效率是什么？

在物理學中，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換為電子的效率。通常以比率或百分比表示，表示每個吸收的光子產生多少電子。QE 是評估依靠光吸收產生電信號或能量的設備性能的關鍵參數。

待續：光伏量子效率的15個常見問題——每位光伏研究者都應閱讀_PART2

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