量子效率（QE）是衡量設(shè)備（如太陽電池或傳感器）有效將入射光子（光粒子）轉(zhuǎn)換為電子的程度的指標(biāo)。簡單來說，它表示擊中設(shè)備的光子中有多少被轉(zhuǎn)換為可用的電信號。更高的量子效率意味著更高效的轉(zhuǎn)換，設(shè)備在捕獲和利用光方面性能更佳。
本質(zhì)上，量子效率描述了太陽電池將光轉(zhuǎn)換為電的能力。HZB在2020年《Science》雜志中發(fā)表的一項重要發(fā)現(xiàn)呈現(xiàn)了單結(jié)鈣鈦礦太陽電池的外部量子效率（EQE）和集成短路電流密度（Jsc）。該圖通過PTAA和Me-4PACz制成的電池的兩條EQE曲線展示了從300到800nm波長范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)換過程。在這里，EQE提供了一個快照。量子效率度量表明在每個特定波長處轉(zhuǎn)換為電子的入射光子的百分比，而集成的Jsc表示電池在照射時每單位面積可以產(chǎn)生的總電流輸出，集成在相關(guān)光譜范圍內(nèi)。在廣泛波長范圍內(nèi)接近90%的高EQE值表明了一種高效太陽電池技術(shù)，為鈣鈦礦太陽電池轉(zhuǎn)換效率的顯著突破做出了貢獻(xiàn)。
外部量子效率（EQE）和內(nèi)部量子效率（IQE）都是用于評估光伏設(shè)備（如太陽電池）性能的度量標(biāo)準(zhǔn)，但它們測量不同的方面：
外部量子效率（EQE）：EQE是指設(shè)備收集到的電荷載體數(shù)量除以設(shè)備上入射光子數(shù)量的比率。它考慮了所有損耗，包括反射、不活躍層吸收和其他不導(dǎo)致電荷載體收集的過程。EQE直接測量設(shè)備將入射光轉(zhuǎn)換為電流的能力，并通常表示為入射光波長的函數(shù)。
內(nèi)部量子效率（IQE）：IQE是一種衡量設(shè)備將吸收的光子有效轉(zhuǎn)換為電荷載體的效率的指標(biāo)。它定義為由設(shè)備的活性層吸收的光子數(shù)量除以收集到的電荷載體數(shù)量。與EQE不同，IQE不考慮由反射或不活躍層吸收引起的損失，它只關(guān)注設(shè)備的活性層在從吸收的光中生成電荷載體的效率。
本質(zhì)上，EQE考慮整個設(shè)備的效率，包括光學(xué)損失，而IQE專注于設(shè)備的活性層在實際吸收的光中產(chǎn)生電荷載體的效率。
量子效率 (QE) 可以通過將生成的電荷載流子數(shù)量（如光電探測器中的電子）與入射到器件上的光子數(shù)量進(jìn)行比較來計算。該比率通常以百分比表示。就外部量子效率 (EQE) 而言，計算涉及在工作條件下從設(shè)備（如太陽能電池）提取的電子通量除以入射光子通量。確切的公式和計算方法可能會根據(jù)具體應(yīng)用和被測設(shè)備的類型而有所不同。
圖。硅薄膜三結(jié)太陽能電池的量子效率曲線。每條曲線代表電池內(nèi)三個光伏層之一，每個層都經(jīng)過調(diào)整以吸收太陽光譜的不同部分。三結(jié)電池旨在通過堆疊對光譜不同部分敏感的層來最大限度地提高整體轉(zhuǎn)換效率。與單結(jié)電池相比，這使得該電池能夠利用更廣泛的太陽光譜。每層都會捕獲未被其他層吸收的部分陽光，因此各自的 QE 曲線中的峰值會有所不同。電池的整體效率將通過整合所有層的貢獻(xiàn)來確定。
該公式可以表示為乘以 100 的百分比：
對于太陽能電池，這通常被設(shè)定為外部量子效率（EQE）。QE 是產(chǎn)生的電荷載流子數(shù)量與入射光子數(shù)量的比率，乘以 100 將其轉(zhuǎn)換為百分比。它通常與入射光子到電子轉(zhuǎn)換效率（IPCE）同義，有時與外部量子效率（EQE）同義，是評估太陽能電池性能的關(guān)鍵參數(shù)。它本質(zhì)上測量太陽能電池將吸收的光（光子）轉(zhuǎn)換為電流（電子）的效率。還重點介紹了該過程中涉及的步驟，例如吸收、載流子生成、傳輸和收集，以便更全面地了解影響太陽能電池 QE 的因素。
在物理學(xué)中，量子效率（QE）是指太陽能電池或光電探測器等光子器件將入射光子轉(zhuǎn)換為電子的效率。通常以比率或百分比表示，表示每個吸收的光子產(chǎn)生多少電子。QE 是評估依靠光吸收產(chǎn)生電信號或能量的設(shè)備性能的關(guān)鍵參數(shù)。
待續(xù)：光伏量子效率的15個常見問題——每位光伏研究者都應(yīng)閱讀_PART2
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