بازدهی کوانتومی

اصطلاح بازدهی کوانتومی ( QE ) ممکن است در مورد نسبت فوتون فرودی به الکترون تبدیل شده ( IPCE ) [ ۱] یک افزارهٔ نورحساس بکار رود، یا ممکن است به اثر TMR یک پیوند تونلی مغناطیسی اشاره داشته باشد.
این مقاله به این اصطلاح به عنوان اندازه گیری حساسیت الکتریکی افزاره به نور می پردازد. در یک افزاره بارجفت شده ( CCD ) یا دیگر آشکارسازهای نوری، این نسبت بین تعداد حامل های بار جمع آوری شده در هردو پایانه و تعداد فوتون هایی است که به سطح واکنش گر نوری افزاره برخورد می کنند. به عنوان یک نسبت، QE بدون بُعد است، اما ارتباط نزدیکی با پاسخ دهی دارد، که در آمپر بر وات بیان می شود. از آنجایی که انرژی فوتون با طول موج آن نسبت وارون دارد، QE اغلب در طیفی از طول موج های مختلف اندازه گیری می شود تا بازدهی یک افزاره را در هر سطح انرژی فوتون مشخص کند. برای آشکارسازهای نوری نیم رسانا معمولی، QE برای فوتون هایی که انرژی آنها زیر شکاف باند است به صفر می رسد. یک فیلم عکاسی معمولاً دارای QE بسیار کمتر از ۱۰٪ است[ ۲] درحالی که CCDها می توانند QE بیش از ۹۰٪ در برخی از طول موج ها داشته باشند.
دو نوع بازدهی کوانتومی یک سلول خورشیدی اغلب درنظرگرفته می شود:
• بازده کوانتومی خارجی ( EQE ) نسبت تعداد حامل های بار جمع آوری شده توسط سلول خورشیدی به تعداد فوتون های انرژی معینی که از بیرون به سلول خورشیدی می تابند است ( فوتون های تصادفی ) .
• بازده کوانتومی داخلی ( IQE ) نسبت تعداد حامل های بار جمع آوری شده توسط سلول خورشیدی به تعداد فوتون های یک انرژی معین که از بیرون به سلول خورشیدی می تابد و توسط سلول جذب می شود، است.
پاسخ دهی طیفی اندازه گیری مشابهی است، اما واحدهای مختلفی دارد: آمپر بر وات ( A/W ) . ( یعنی به ازای هر واحد توان نور فرودی چقدر جریان از افزاره خارج می شود ) . [ ۳] پاسخ دهی معمولاً برای نور تک فام ( یعنی نور با یک طول موج ) مشخص می شود. [ ۴] هم بازدهی کوانتومی و هم پاسخ دهی تابعی از طول موج فوتون ها هستند ( که با زیرنویس λ نشان داده می شوند ) .
برای تبدیل از پاسخ دهی ( Rλ، در A/W ) به QEλ[ ۵] ( در مقیاس ۰ تا ۱ ) :
که در آن λ طول موج برحسب نانومتر، h ثابت پلانک، c سرعت نور در خلاء، و e بار بنیادی است.