量子效率

描述光电器件光电转换能力的重要参数

量子效率是描述光电器件光电转换能力的一个重要参数，它是在某一特定波长下单位时间内产生的平均光电子数与入射光子数之比。随着光电面的表面状态(粗糙面或光滑面)的不同，光电子的逸出量也有变化。但是由于反射和其他原因，得到光子能量而逸出的电子一般较少。多数情况，约有1%～25%。

量子效率概述

量子效率简介

光电导器件的量子效率η，表示输出的光电流与入射光子流之比。

假设入射的单色辐射功率φ(λ)能产生N个光电子，则量子效率如下

这是个无量纲的量，它表示单位时间内每入射一个光子所能引起的载流子数。图1分别为硅和锗的量子效率η与波长λ的关系曲线。

量子效率分类

在注入式半导体激光管中，单位时间内PN结区产生的光子数和注入的电子一空穴对数之比。注入二极管的载流子，一部分通过电子一空穴对复合掉，一部分通过结区的隧道效应和其他形式流走；复合的载流子一部分以光的形式放出能量，另一部分也可能将放出的能量变成晶格振动的热能或其他形式的能量。这类复合称为非辐射复合。内量子效率就是描述发光复合究竟在这一整个物理过程占多大比例的数量关系。但是产生的光子数不能全部射出器件之外，这是因外PN结内有吸收散射和衍射等损耗。表征器件这一性能的参数就是外量子效率，它是单位时间内输出器件外的光子数和注入PN结区的电子-空穴对数之比。

外量子效率是一个非常重要的太阳电池参数，它可以是光子能量的函数。它是一个小于1的无量纲数。EQE(E)的大小取决于三个因素：太阳电池材料的吸收系数、光生载流子被分离的效率和载流子的输运效率。

量子效率与感光度

量子效率是器件对光敏感性的精确测量。由于光子的能量与波长的倒数成比例，量子效率的测量通常是在一段波长范围内进行。底片的量子效率通常少于10%，而感光耦合元件在某些波长位置具有超过90%的效率。

对于感光耦合元件(CCD)图像传感器的像素而言，最佳感光度就是当量子效率等于1时，不过将光电流当作感光度的测定基准时，此时感光度为多少，令人感到相当好奇。图2是量子效率与感光度波长的相关特性。若将实际的CCD图像传感器，所测得的感光度与波长关系，和该图重叠，量子效率为多少即可一目了然。

太阳能电池中的量子效率

量子效率QE（Quantum Efficiency），或称光谱响应，或光电转化效率IPCE 等，广义来说，就是太阳能电池的光电特性在不同波长光照条件下的数值，所谓光电特性包括：光生电流、光导等。量子效率QE和光电转化效率IPCE均是指太阳能电池产生的电子-空穴对数目与入射到太阳能电池表面的光子数目之比。通常，我们所说的太阳能电池量子效率QE都是指外量子效率EQE，也就是说太阳能电池表面的光子反射损失是不被考虑的。

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