Eficiența cuantică

Eficiența cuantică QE ( Quantum Efficiency în engleză) este raportul dintre numărul de încărcări electronice colectate și numărul de fotoni incidenți pe o suprafață fotoreactivă. Acest parametru face posibilă caracterizarea unei componente fotosensibile, cum ar fi un film fotografic , o celulă fotovoltaică sau un senzor CCD , în ceea ce privește sensibilitatea electrică la lumină .

Eficiența cuantică este uneori numită IPCE ( I ncident- P hoton-to-electron C onversion E fficiency).

Reprezentarea eficienței cuantice

Deoarece energia unui foton depinde de lungimea de undă a acestuia , eficiența cuantică este de obicei reprezentată ca un spectru în funcție de o gamă de lungimi de undă pentru un senzor dat.

Prin integrarea eficienței cuantice obținute pe întregul spectru de radiații luminoase, putem evalua curentul produs de un senzor. Raportul dintre acest curent și curentul teoretic maxim (QE egal cu 100% pe întregul spectru) se numește eficiență electrică .

Abordare matematică

Acest parametru depinde de lungimea de undă , reprezentată de indicele λ:

{\ displaystyle QE _ {\ lambda} = \ eta = {\ frac {N_ {e}} {N _ {\ nu}}}}

unde N ν = numărul de fotoni absorbiți, N e = numărul de electroni produși.

Aceste două cantități sunt calculate după cum urmează:

{\ displaystyle N _ {\ nu} = {\ frac {\ Phi _ {o}} {\ varepsilon _ {\ lambda}}} {\ times} t}

{\ displaystyle N_ {e} = {\ frac {\ Phi _ {\ xi}} {\ varepsilon _ {\ lambda}}} {\ times} t}

unde = puterea optică incidentă în wați , = puterea optică absorbită în wați, = energia unui foton cu lungimea de undă λ și t în secunde.

{\ displaystyle \ Phi _ {o}}

{\ displaystyle \ Phi _ {\ xi}}

{\ displaystyle {\ varepsilon _ {\ lambda}}}

Cu fotonii cu un nivel de energie sub banda interzisă , QE este egal cu 0.

De filme fotografice au în general o QE mai puțin de 10%, iar cea a senzorilor CCD poate depăși 90% la anumite lungimi de undă.

Tipuri de eficiență cuantică

Există două tipuri de eficiență cuantică a unui senzor fotosensibil, pentru o lungime de undă dată:

eficiența cuantică externă sau EQE ( External Quantum Efficiency în engleză) care reprezintă raportul dintre numărul de încărcări electronice colectate și numărul de fotoni incident;
eficiența cuantică internă sau IQE ( Internal Quantum Efficiency în engleză) care reprezintă raportul dintre numărul de încărcări electronice colectate la numărul de fotoni incident și absorbiți.

IQE este un parametru care face posibilă depășirea reflectanței și a transmitanței senzorului. Este întotdeauna mai mare decât EQE. Determinarea EQE a unui senzor se realizează prin combinarea măsurătorilor EQE-ului său, reflectanței și transmitanței acestuia.

Sensibilitate spectrală

Sensibilitatea spectrală este o măsurare similară, dar cu unități diferite: ampere pe watt (A / W). Face posibilă cuantificarea curentului produs în raport cu puterea primită de la un fascicul de lumină. La fel ca eficiența cuantică, acest parametru depinde de lungimea de undă.

La o lungime de undă dată λ, relația dintre eficiența cuantică QE λ și sensibilitatea spectrală R λ este după cum urmează (pe o scară de la 0 la 1):

{\ displaystyle QE _ {\ lambda} = {\ frac {R _ {\ lambda}} {\ lambda}} \ times {\ frac {hc} {e}} \ approx {\ frac {R _ {\ lambda} } {\ lambda}} {\ times} (1240 \; {\ rm {W}} \ cdot {\ rm {nm / A}})}

Cu λ în nm , h fiind constanta lui Planck , c viteza luminii în vid și e încărcătura elementară a unui electron.

Vezi și tu

Eficiență de detectare cuantică