光伏量子效率的15个常见问题——每位光伏研究者都应阅读_PART1

更新时间:2024-03-18      点击次数:151

什么是量子效率的简单解释?

量子效率(QE)是衡量设备(如太阳电池或传感器)有效将入射光子(光粒子)转换为电子的程度的指标。简单来说,它表示击中设备的光子中有多少被转换为可用的电信号。更高的量子效率意味着更高效的转换,设备在捕获和利用光方面性能更佳。

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本质上,量子效率描述了太阳电池将光转换为电的能力。HZB在2020年《Science》杂志中发表的一项重要发现呈现了单结钙钛矿太阳电池的外部量子效率(EQE)和集成短路电流密度(Jsc)。该图通过PTAA和Me-4PACz制成的电池的两条EQE曲线展示了从300到800nm波长范围内的转换过程。在这里,EQE提供了一个快照。量子效率度量表明在每个特定波长处转换为电子的入射光子的百分比,而集成的Jsc表示电池在照射时每单位面积可以产生的总电流输出,集成在相关光谱范围内。在广泛波长范围内接近90%的高EQE值表明了一种高效太阳电池技术,为钙钛矿太阳电池转换效率的显著突破做出了贡献。

EQE和IQE之间有什么区别?

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外部量子效率(EQE)和内部量子效率(IQE)都是用于评估光伏设备(如太阳电池)性能的度量标准,但它们测量不同的方面:

  1. 外部量子效率(EQE):EQE是指设备收集到的电荷载体数量除以设备上入射光子数量的比率。它考虑了所有损耗,包括反射、不活跃层吸收和其他不导致电荷载体收集的过程。EQE直接测量设备将入射光转换为电流的能力,并通常表示为入射光波长的函数。

  2. 内部量子效率(IQE):IQE是一种衡量设备将吸收的光子有效转换为电荷载体的效率的指标。它定义为由设备的活性层吸收的光子数量除以收集到的电荷载体数量。与EQE不同,IQE不考虑由反射或不活跃层吸收引起的损失,它只关注设备的活性层在从吸收的光中生成电荷载体的效率。

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本质上,EQE考虑整个设备的效率,包括光学损失,而IQE专注于设备的活性层在实际吸收的光中产生电荷载体的效率。

如何计算量子效率?

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量子效率 (QE) 可以通过将生成的电荷载流子数量(如光电探测器中的电子)与入射到器件上的光子数量进行比较来计算。该比率通常以百分比表示。就外部量子效率 (EQE) 而言,计算涉及在工作条件下从设备(如太阳能电池)提取的电子通量除以入射光子通量。确切的公式和计算方法可能会根据具体应用和被测设备的类型而有所不同。

图。硅薄膜三结太阳能电池的量子效率曲线。每条曲线代表电池内三个光伏层之一,每个层都经过调整以吸收太阳光谱的不同部分。三结电池旨在通过堆叠对光谱不同部分敏感的层来最大限度地提高整体转换效率。与单结电池相比,这使得该电池能够利用更广泛的太阳光谱。每层都会捕获未被其他层吸收的部分阳光,因此各自的 QE 曲线中的峰值会有所不同。电池的整体效率将通过整合所有层的贡献来确定。

量子效率的公式是什么?

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该公式可以表示为乘以 100 的百分比:

对于太阳能电池,这通常被設定为外部量子效率(EQE)。QE 是产生的电荷载流子数量与入射光子数量的比率,乘以 100 将其转换为百分比。它通常与入射光子到电子转换效率(IPCE)同义,有时与外部量子效率(EQE)同义,是评估太阳能电池性能的关键参数。它本质上测量太阳能电池将吸收的光(光子)转换为电流(电子)的效率。还重点介绍了该过程中涉及的步骤,例如吸收、载流子生成、传输和收集,以便更全面地了解影响太阳能电池 QE 的因素。

物理学中的量子效率是什么?

在物理学中,量子效率(QE)是指太阳能电池或光电探测器等光子器件将入射光子转换为电子的效率。通常以比率或百分比表示,表示每个吸收的光子产生多少电子。QE 是评估依靠光吸收产生电信号或能量的设备性能的关键参数。


待续:光伏量子效率的15个常见问题——每位光伏研究者都应阅读_PART2


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