चौड़े क्षेत्र और ग्रह कैमरा 2 से एक सीसीडी चिप के तरंग दैर्ध्य के साथ क्वांटम दक्षता की भिन्नता दिखाने वाला एक ग्राफ, पूर्व में हबल अंतरिक्ष सूक्ष्मदर्शी पर स्थापित किया गया था।

शब्द क्वांटम दक्षता (क्यूई) परिवर्तित इलेक्ट्रॉन (आईपीसीई) अनुपात में घटना फोटॉन पर लागू हो सकता है^[1] एक -संश्लेषण की, या यह एक चुंबकीय सुरंग जंक्शन की सुरंग टनल मैग्नेटोरेसिस्टेंस संदर्भित कर सकता है।

यह लेख इस शब्द को प्रकाश के लिए एक उपकरण की विद्युत संवेदनशीलता के माप के रूप में पेश करता है।एक चार्ज-युग्मित डिवाइस (CCD) या अन्य फोटोडेटेक्टर में, यह या तो टर्मिनल पर एकत्र किए गए चार्ज वाहक की संख्या और डिवाइस की फोटोरिएक्टिव सतह को मारने वाले फोटॉन की संख्या के बीच का अनुपात है।एक अनुपात के रूप में, क्यूई आयामहीन है, लेकिन यह जवाबदेही से निकटता से संबंधित है, जो प्रति वाट के एम्पेयर में व्यक्त किया जाता है।चूंकि एक फोटॉन की ऊर्जा आनुपातिक (गणित) है, जो कि इसकी तरंग दैर्ध्य के लिए आनुपातिक रूप से आनुपातिक है, क्यूई को अक्सर प्रत्येक फोटॉन ऊर्जा स्तर पर एक उपकरण की दक्षता को चिह्नित करने के लिए विभिन्न तरंग दैर्ध्य की एक सीमा पर मापा जाता है।विशिष्ट अर्धचालक फोटोडेटेक्टर्स के लिए, क्यूई फोटोन के लिए शून्य हो जाता है, जिसकी ऊर्जा ऊर्जा अंतराल के नीचे है।एक फोटोग्राफिक फिल्म में आमतौर पर 10%से बहुत कम का क्यूई होता है,^[2] जबकि CCDs में कुछ तरंग दैर्ध्य पर 90% से अधिक का QE हो सकता है।

सौर कोशिकाओं की क्वांटम दक्षता

एक क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर सेल के तरंग दैर्ध्य के साथ आंतरिक क्वांटम दक्षता, बाहरी क्वांटम दक्षता और परावर्तन की भिन्नता दिखाने वाला एक ग्राफ।

एक सौर सेल मूल्य की एक सौर सेल की क्वांटम दक्षता वर्तमान की मात्रा को इंगित करती है कि सेल एक विशेष तरंग दैर्ध्य के फोटॉन द्वारा विकिरणित होने पर उत्पादन करेगा।यदि सेल की क्वांटम दक्षता पूरे सूर्य के प्रकाश पर अभिन्न है, तो कोई वर्तमान की मात्रा का मूल्यांकन कर सकता है जो सेल सूर्य के प्रकाश के संपर्क में आने पर उत्पन्न होगा।इस ऊर्जा-उत्पादन मूल्य और सेल के लिए उच्चतम संभव ऊर्जा-उत्पादन मूल्य के बीच का अनुपात (यानी, यदि क्यूई पूरे स्पेक्ट्रम पर 100% था) सेल के समग्र सौर सेल दक्षता मूल्य देता है।ध्यान दें कि कई एक्सिटॉन पीढ़ी (एमईजी) की स्थिति में, 100% से अधिक की क्वांटम क्षमता प्राप्त की जा सकती है क्योंकि घटना फोटॉन में बैंड गैप ऊर्जा से दोगुना से अधिक है और प्रति घटना फोटॉन दो या अधिक इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े बना सकते हैं।

प्रकार

सौर सेल की दो प्रकार की क्वांटम दक्षता को अक्सर माना जाता है:

बाहरी क्वांटम दक्षता (EQE) सौर सेल द्वारा एकत्रित चार्ज वाहक की संख्या का अनुपात है, जो किसी दिए गए ऊर्जा के फोटॉनों की संख्या के लिए बाहर से सौर सेल पर चमकती है (घटना फोटॉन)।
आंतरिक क्वांटम दक्षता (IQE) सौर सेल द्वारा एकत्रित चार्ज वाहक की संख्या का अनुपात है, जो किसी दिए गए ऊर्जा के फोटॉन की संख्या के लिए है जो बाहर से सौर सेल पर चमकते हैं और सेल द्वारा अवशोषित होते हैं।

IQE हमेशा दृश्यमान स्पेक्ट्रम में EQE से बड़ा होता है।एक कम IQE इंगित करता है कि सौर सेल की सक्रिय परत फोटॉनों का अच्छा उपयोग करने में असमर्थ है, सबसे अधिक संभावना खराब वाहक संग्रह दक्षता के कारण है।IQE को मापने के लिए, एक पहले सौर उपकरण के EQE को मापता है, फिर इसके संचरण और प्रतिबिंब को मापता है, और IQE का अनुमान लगाने के लिए इन आंकड़ों को जोड़ती है।

{\text{EQE}}={\frac {\text{electrons/sec}}{\text{photons/sec}}}={\frac {{\text{(current)}}/{\text{(charge of one electron)}}}{({\text{total power of photons}})/({\text{energy of one photon}})}}

{\text{IQE}}={\frac {\text{electrons/sec}}{\text{absorbed photons/sec}}}={\frac {\text{EQE}}{\text{1-Reflection-Transmission}}}

बाहरी क्वांटम दक्षता इसलिए प्रकाश के अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) और आवेशों के संग्रह दोनों पर निर्भर करती है।एक बार एक फोटॉन को अवशोषित कर लिया गया है और एक इलेक्ट्रॉन-होल जोड़ी उत्पन्न की है, इन शुल्कों को अलग किया जाना चाहिए और जंक्शन पर एकत्र किया जाना चाहिए।एक अच्छी सामग्री चार्ज पुनर्संयोजन से बचती है।चार्ज पुनर्संयोजन बाहरी क्वांटम दक्षता में गिरावट का कारण बनता है।

आदर्श क्वांटम दक्षता ग्राफ में एक बॉक्सकर फ़ंक्शन होता है, जहां क्यूई मान मापा तरंग दैर्ध्य के पूरे स्पेक्ट्रम में काफी स्थिर होता है।हालांकि, अधिकांश सौर कोशिकाओं के लिए क्यूई पुनर्संयोजन के प्रभावों के कारण कम हो जाता है, जहां चार्ज वाहक बाहरी सर्किट में जाने में सक्षम नहीं होते हैं।वही तंत्र जो संग्रह संभावना को प्रभावित करते हैं, वे भी क्यूई को प्रभावित करते हैं।उदाहरण के लिए, सामने की सतह को संशोधित करने से सतह के पास उत्पन्न वाहक प्रभावित हो सकते हैं।अत्यधिक डोप की गई सामने की सतह की परतें 'मुक्त वाहक अवशोषण' का कारण बन सकती हैं जो लंबे समय तक तरंग दैर्ध्य में क्यूई को कम करती है।^[3] और क्योंकि उच्च-ऊर्जा (नीला) प्रकाश सतह के बहुत करीब अवशोषित होता है, सामने की सतह पर काफी पुनर्संयोजन QE के नीले हिस्से को प्रभावित करेगा।इसी तरह, कम ऊर्जा (हरा) प्रकाश एक सौर सेल के थोक में अवशोषित होता है, और एक कम प्रसार लंबाई सौर सेल बल्क से संग्रह संभावना को प्रभावित करेगी, स्पेक्ट्रम के हरे हिस्से में क्यूई को कम करती है।आम तौर पर, बाजार पर सौर कोशिकाएं आज पराबैंगनी और अवरक्त प्रकाश (<400 & nbsp; nm और> 1100 & nbsp; nm तरंग दैर्ध्य, क्रमशः) से अधिक बिजली का उत्पादन नहीं करती हैं;प्रकाश के इन तरंग दैर्ध्य को या तो फ़िल्टर किया जाता है या कोशिका द्वारा अवशोषित किया जाता है, इस प्रकार सेल को गर्म किया जाता है।यह गर्मी बर्बाद ऊर्जा है, और सेल को नुकसान पहुंचा सकती है।^[4] छवि सेंसर की क्वांटम दक्षता: क्वांटम दक्षता (क्यूई) फोटॉन फ्लक्स का अंश है जो फोटोडेटेक्टर या में फोटोक्यूरेंट में योगदान देता है एक पिक्सेल। क्वांटम दक्षता एक डिटेक्टर की गुणवत्ता का मूल्यांकन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों में से एक है और इसे अक्सर इसकी तरंग दैर्ध्य निर्भरता को प्रतिबिंबित करने के लिए वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया कहा जाता है। इसे प्रति घटना फोटॉन बनाए गए सिग्नल इलेक्ट्रॉनों की संख्या के रूप में परिभाषित किया गया है। कुछ मामलों में यह 100% से अधिक हो सकता है (यानी जब एक से अधिक इलेक्ट्रॉन प्रति घटना फोटॉन बनाया जाता है)।

EQE मानचित्रण: EQE का परंपरागत माप समग्र उपकरण की दक्षता देगा। हालाँकि यह अक्सर डिवाइस के बड़े क्षेत्र पर EQE का नक्शा होना उपयोगी होता है। यह मैपिंग नमूने में समरूपता और/या दोषों की कल्पना करने के लिए एक कुशल तरीका प्रदान करता है। यह फोटोवोल्टिक एनर्जी (IRDEP) पर शोधकर्ता और विकास संस्थान के शोधकर्ताओं द्वारा महसूस किया गया था, जिन्होंने एक हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजर के साथ लिए गए इलेक्ट्रोल्यूमिनेसेंस माप से ईक्यूई मैपिंग की गणना की।^[5]^[6]

वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया

जवाबदेही एक समान माप है, लेकिन इसमें अलग -अलग इकाइयाँ हैं: एम्पीयर प्रति वाट (ए/डब्ल्यू);(यानी घटना प्रकाश शक्ति (भौतिकी) की प्रति यूनिट डिवाइस से कितना विद्युत प्रवाह निकलता है)।^[7] जवाबदेही आमतौर पर मोनोक्रोमैटिक प्रकाश (यानी एकल तरंग दैर्ध्य की रोशनी) के लिए निर्दिष्ट की जाती है।^[8] क्वांटम दक्षता और जवाबदेही दोनों फोटॉनों की तरंग दैर्ध्य (सबस्क्रिप्ट λ द्वारा इंगित) के कार्य हैं।

जवाबदेही से परिवर्तित करने के लिए (आर)_λ, ए/डब्ल्यू में) से क्यूई_λ^[9] (एक पैमाने पर 0 से 1):

QE_{\lambda }={\frac {R_{\lambda }}{\lambda }}\times {\frac {hc}{e}}\approx {\frac {R_{\lambda }}{\lambda }}{\times }(1240\;{\rm {W}}\cdot {\rm {nm/A}})

जहां λ नैनोमीटर में तरंग दैर्ध्य है, एच प्लैंक स्थिरांक है, सी एक वैक्यूम में प्रकाश की गति है, और ई प्राथमिक आवेश है।

निर्धारण

QE_{\lambda }=\eta ={\frac {N_{e}}{N_{\nu }}}

कहाँ पे $N_{e}$ = उत्पादित इलेक्ट्रॉनों की संख्या, $N_{\nu }$ = फोटॉनों की संख्या अवशोषित।

{\frac {N_{\nu }}{t}}=\Phi _{o}{\frac {\lambda }{hc}}

कमी परत में अवशोषित प्रत्येक फोटॉन को मानकर एक व्यवहार्य इलेक्ट्रॉन-होल जोड़ी पैदा करता है, और अन्य सभी फोटॉन नहीं करते हैं,

{\frac {N_{e}}{t}}=\Phi _{\xi }{\frac {\lambda }{hc}}

जहां टी माप का समय है (सेकंड में),

 $\Phi _{o}$  = वाट्स में ऑप्टिकल पावर,
 $\Phi _{\xi }$  = ऑप्टिकल पावर ने कमी परत में अवशोषित किया, वाट्स में भी।

यह भी देखें

गिनती दक्षता
जासूस क्वांटम दक्षता | DQE (इमेजिंग)
सौर सेल दक्षता

संदर्भ

↑ Shaheen, Sean (2001). "2.5% efficient organic plastic solar cells". Applied Physics Letters. 78 (6): 841. Bibcode:2001ApPhL..78..841S. doi:10.1063/1.1345834. hdl:11370/108e619e-c6c2-4cf9-859e-6f937ac027f2. Archived from the original on 2012-07-07. Retrieved 20 May 2012.
↑ Träger, Frank (2012). Handbook of Lasers and Optics. Berlin Heidelberg: Springer. pp. 601, 603. ISBN 9783642194092.
↑ Baker-Finch, Simeon C.; McIntosh, Keith R.; Yan, Di; Fong, Kean Chern; Kho, Teng C. (2014-08-13). "Near-infrared free carrier absorption in heavily doped silicon". Journal of Applied Physics. 116 (6): 063106. doi:10.1063/1.4893176. hdl:1885/16116. ISSN 0021-8979.
↑ Silicon nanoparticle film can increase solar cell performance
↑ Delamarre; et al. (2013). Freundlich, Alexandre; Guillemoles, Jean-Francois (eds.). "Evaluation of micrometer scale lateral fluctuations of transport properties in CIGS solar cells". Proc. SPIE. Physics, Simulation, and Photonic Engineering of Photovoltaic Devices II. 100: 862009. Bibcode:2013SPIE.8620E..09D. doi:10.1117/12.2004323. S2CID 120825849.
↑ A. Delamarre; et al. (2014). "Quantitative luminescence mapping of Cu(In,Ga)Se₂ thin-film solar cells". Progress in Photovoltaics. 23 (10): 1305–1312. doi:10.1002/pip.2555.
↑ Gottwald, Alexander; Scholze, Frank (2018-01-01), Nihtianov, Stoyan; Luque, Antonio (eds.), "7 - Advanced silicon radiation detectors in the vacuum ultraviolet and the extreme ultraviolet spectral range", Smart Sensors and MEMs (Second Edition), Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials, Woodhead Publishing, pp. 151–170, ISBN 978-0-08-102055-5, retrieved 2020-08-19
↑ "Quantum efficiency". HiSoUR - Hi So You Are. 2018-09-11. Retrieved 2020-08-19.
↑ A. Rogalski, K. Adamiec and J. Rutkowski, Narrow-Gap Semiconductor Photodiodes, SPIE Press, 2000

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[1] Shaheen, Sean (2001). "2.5% efficient organic plastic solar cells". Applied Physics Letters. 78 (6): 841. Bibcode:2001ApPhL..78..841S. doi:10.1063/1.1345834. hdl:11370/108e619e-c6c2-4cf9-859e-6f937ac027f2. Archived from the original on 2012-07-07. Retrieved 20 May 2012.

[Trager200-2] Träger, Frank (2012). Handbook of Lasers and Optics. Berlin Heidelberg: Springer. pp. 601, 603. ISBN 9783642194092.

[3] Baker-Finch, Simeon C.; McIntosh, Keith R.; Yan, Di; Fong, Kean Chern; Kho, Teng C. (2014-08-13). "Near-infrared free carrier absorption in heavily doped silicon". Journal of Applied Physics. 116 (6): 063106. doi:10.1063/1.4893176. hdl:1885/16116. ISSN 0021-8979.

[4] Silicon nanoparticle film can increase solar cell performance

[5] Delamarre; et al. (2013). Freundlich, Alexandre; Guillemoles, Jean-Francois (eds.). "Evaluation of micrometer scale lateral fluctuations of transport properties in CIGS solar cells". Proc. SPIE. Physics, Simulation, and Photonic Engineering of Photovoltaic Devices II. 100: 862009. Bibcode:2013SPIE.8620E..09D. doi:10.1117/12.2004323. S2CID 120825849.

[6] A. Delamarre; et al. (2014). "Quantitative luminescence mapping of Cu(In,Ga)Se₂ thin-film solar cells". Progress in Photovoltaics. 23 (10): 1305–1312. doi:10.1002/pip.2555.

[7] Gottwald, Alexander; Scholze, Frank (2018-01-01), Nihtianov, Stoyan; Luque, Antonio (eds.), "7 - Advanced silicon radiation detectors in the vacuum ultraviolet and the extreme ultraviolet spectral range", Smart Sensors and MEMs (Second Edition), Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials, Woodhead Publishing, pp. 151–170, ISBN 978-0-08-102055-5, retrieved 2020-08-19

[8] "Quantum efficiency". HiSoUR - Hi So You Are. 2018-09-11. Retrieved 2020-08-19.

[9] A. Rogalski, K. Adamiec and J. Rutkowski, Narrow-Gap Semiconductor Photodiodes, SPIE Press, 2000

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क्वांटम दक्षता

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