電致發(fā)光量子效率光譜系統(tǒng)：量子效率的定義與應(yīng)用

什么是量子效率？

量子效率是描述系統(tǒng)在“輸入”和“輸出”之間轉(zhuǎn)換能力的參數(shù)。常用于現(xiàn)代光電組件或相關(guān)光電效應(yīng)的發(fā)光材料中。光子–電子組件可以是太陽(yáng)能電池、光電傳感器（光電二極管，PD）、雪崩光電二極管（APD）、電荷耦合組件（CCD）傳感器、CMOS圖像傳感器（CIS）、發(fā)光二極管 (LED)。

01太陽(yáng)能電池中的量子效率

在太陽(yáng)能電池中，量子效率描述了太陽(yáng)能電池將光轉(zhuǎn)化為電能的能力。

太陽(yáng)能電池的量子效率 (QE) 分析是一種用于評(píng)估太陽(yáng)能電池將入射光轉(zhuǎn)換為電能的效率的方法。該分析涉及兩種主要類型的量化寬松：

1. 外部量子效率 (EQE)：EQE 測(cè)量轉(zhuǎn)化為電子并貢獻(xiàn)電流的入射光子的比例。它考慮了到達(dá)太陽(yáng)能電池的所有光子，包括那些因不參與發(fā)電的層的反射和吸收而損失的光子。

2. 內(nèi)部量子效率（IQE）：另一方面，IQE關(guān)注太陽(yáng)能電池材料本身的效率，忽略其他層的反射和吸收等損失。它測(cè)量被吸收的光子轉(zhuǎn)化為電子的比例。

量子效率分析對(duì)于確定不同波長(zhǎng)的光發(fā)電效率以及確定太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)和材料的改進(jìn)領(lǐng)域至關(guān)重要。它有助于了解太陽(yáng)能電池的性能限制并指導(dǎo)更高效光伏技術(shù)的開(kāi)發(fā)。

根據(jù)量子效率測(cè)量結(jié)果分析太陽(yáng)能電池的短路電流 (Jsc) 損耗。例如基極收集損耗、近紅外 (NIR) 寄生吸收、前表面逃逸、抗反射涂層 (ARC) 反射率、藍(lán)光損耗、和金屬陰影。

分析量子效率損耗大小對(duì)于太陽(yáng)能電池優(yōu)化至關(guān)重要，使研究人員和工程師能夠識(shí)別和解決特定損耗，以提高太陽(yáng)能電池的整體效率。它清楚地表明太陽(yáng)能電池內(nèi)的哪些過(guò)程導(dǎo)致效率下降最顯著，從而指導(dǎo)進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)工作。

02LED 中的量子效率

LED（發(fā)光二極管）的量子效率是多少？

LED是一種具有太陽(yáng)能電池逆過(guò)程的主動(dòng)照明光電組件。LED 的量子效率描述了有多少注入的電子轉(zhuǎn)化為光子，稱為電致發(fā)光現(xiàn)象。LED 有兩種類型的量子效率。一種是外量子效率（EQE），另一種是內(nèi)量子效率（IQE）。LED 的 IQE 定義為每單位時(shí)間注入的電子數(shù)變成每單位時(shí)間（LED 器件內(nèi)部）的光子數(shù)。LED 的 IQE 公式為：

LED 的 EQE 定義為每單位時(shí)間注入的電子數(shù)量轉(zhuǎn)換為每單位時(shí)間（在 LED 器件之外）的“發(fā)光光子”數(shù)量。

LED的EQE公式為：

LED 的 IQE 和 EQE 的區(qū)別在于光提取效率 (LEE)。關(guān)系是：

因此，LEE 的公式為：

IQE 表征了 LED 有源層將注入的電子轉(zhuǎn)換為光子的能力。LEE代表LED組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的光提取能力，包括層結(jié)構(gòu)和層折射率n匹配。EQE是LED電能在整個(gè)器件之外轉(zhuǎn)化為光能的能力。

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審核編輯 黃宇