kwantumefficiëntie

Kwantumefficiëntie (QE) is de verhouding tussen het aantal ladingdragers (elektronen of gaten) dat succesvol wordt verzameld en de hoeveelheid invallende fotonen. Ze geeft aan hoe effectief een apparaat licht omzet in elektrische signalen en is van bijzonder belang bij fotodetectoren en zonnecellen.

Er bestaan verschillende definities die vaak in de literatuur voorkomen. Externe kwantumefficiëntie (EQE) is het aantal verzamelde ladingsdragers per invallend foton bij een specifieke golflengte, en omvat verliezen door reflectie, transmissie en andere optische verliezen. Interne kwantumefficiëntie (IQE) is het aantal verzamelde ladingsdragers per geabsorbeerd foton; hiermee wordt de efficiëntie van fotogeneratie binnen het absorberende materiaal gemeten. IQE geeft dus aan hoe effectief het geabsorbeerde licht wordt omgezet in elektrische dragerstroom, los van optische verliezen aan de buitenkant.

EQE(λ) kan experimenteel worden vastgesteld door spectrale metingen van de stroomrespons onder gekalibreerde belichting. IQE wordt vaak afgeleid uit EQE en kennis van de absorptie in het materiaal, bijvoorbeeld via optische modellen of aanvullende metingen van reflectie en absorptie.

Verschillende factoren beïnvloeden de kwantumefficiëntie. Belangrijke oorzaken zijn materiaalkwaliteit en defecten die recombinatie verhogen, efficiëntie van ladingsdragercollectie, ontwerp van contacten, reflectie en anti-reflectiecoatings, de dikte en de bandkloof van het absorberende materiaal, en optische ontwerpen die licht beter kunnen vastleggen (lichttrapping).

Toepassingen en belang: QE is cruciaal bij de karakterisatie en optimalisatie van zonnepanelen, fotodetectoren en beeldsensoren, waar het de responsiviteit en de korte-circuitstroom bepaalt. QE varieert met golflengte en temperatuur en wordt vaak gebruikt naast responsiviteit en algemene apparaat-efficiëntie.