Eficiencia Cuántica

La "eficiencia cuántica" (QE) es la relación entre el número de portadores recogidos por la célula solar y el número de fotones de una energía incidente dada sobre la célula solar. La eficiencia cuántica se puede administrar ya sea como una función de la longitud de onda o de energía. Si todos los fotones de una determinada longitud de onda se absorben y los portadores minoritarios resultantes se colectan, a continuación, la eficiencia cuántica en esa longitud de onda particular es la unidad. La eficiencia cuántica de fotones con energía por debajo de la banda prohibida es cero. Una curva de eficiencia cuántica para una celda solar ideales se muestra a continuación.

La eficiencia cuántica de una célula solar de silicio. La eficiencia cuántica por lo general no se mide por debajo de 350 nm ya que la potencia de la AM1.5 contenida en tales longitudes de onda bajas es baja.

Mientras que la eficiencia cuántica idealmente tiene la forma cuadrada como se muestra arriba, la eficiencia cuántica para la mayoría de las células solares se reduce debido a los efectos de recombinación. Los mismos mecanismos que afectan a la probabilidad de colección también afectan a la eficiencia cuántica. Por ejemplo, la pasivación de la superficie frontal afecta a los portadores que se generan cerca de la superficie, y puesto que la luz azul se absorbe muy cerca de la superficie, una alta recombinación superficie frontal afectará a la parte del "azul" de la eficiencia cuántica. Del mismo modo, la luz verde se absorbe en su mayor parte en el volumen de la célula solar y una difusión de longitud baja afectará la probabilidad colección en el volumen de las células solares y reducirá la eficiencia cuántica en la porción verde del espectro. La eficiencia cuántica puede ser vista como la probabilidad de colección debido el perfil generación de una sola longitud de onda, integrada a lo largo del espesor del dispositivo y normalizada al número de fotones incidente.

La eficiencia cuántica "externa" de una célula solar de silicio incluye el efecto de las pérdidas ópticas tales como la transmisión y reflexión. Sin embargo, a menudo es útil examinar la eficiencia cuántica de la luz que queda después de que la luz reflejada y transmitida se haya perdido. La eficiencia cuántica "interna" se refiere a la eficiencia con que los fotones que no se reflejan o transmiten fuera de la célula pueden generar portadores para su colección. Mediante la medición de la reflexión y transmisión de un dispositivo, la curva de eficiencia cuántica externa puede ser corregida para obtener la curva de eficiencia cuántica interna.

La animación de abajo muestra el efecto de la recombinación de superficie y longitud de difusión sobre la eficiencia cuántica interna de una célula solar. El espesor emisor es de 1 micra, el espesor de la base es de 300 micras, la difusividad en el emisor es de 4 cm2s-1 y la difusividad en la base es de 27 cm2s-1. Para longitudes de difusión en la base mayores que el espesor del dispositivo de 300 micras, la velocidad de recombinación superficial trasera tiene un gran efecto sobre la QE. Para longitudes de difusión bajas, la recombinación en la superficie posterior no tiene ningún efecto.

Eficiencia cuántica interna. Lp es la longitud de difusión en el emisor (micras), Sp es la velocidad de recombinación superficial frontal (cm / s), Ln es la longitud de difusión en la base (micras), Sn es la velocidad de recombinación de superficie trasera (cm/s).