外量子效率eqe是光電轉(zhuǎn)換器件性能評(píng)估的關(guān)鍵指標(biāo)，在太陽(yáng)能電池、光電探測(cè)器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
1.光子 - 電子轉(zhuǎn)換過(guò)程：當(dāng)光照射到光電器件上時(shí)，器件內(nèi)的活性材料吸收光子能量，從而激發(fā)產(chǎn)生電子 - 空穴對(duì)。以太陽(yáng)能電池為例，入射光子被半導(dǎo)體材料吸收后，若光子能量大于或等于半導(dǎo)體的帶隙寬度，就會(huì)使價(jià)帶電子躍遷至導(dǎo)帶，形成電子 - 空穴對(duì)。
2.載流子收集與輸出：產(chǎn)生的電子 - 空穴對(duì)在內(nèi)建電場(chǎng)或外加電場(chǎng)作用下分離，電子向電極移動(dòng)并被收集，輸出到外部電路。EQE衡量的就是從器件輸出的電子數(shù)與入射光子數(shù)的比例，反映了器件將入射光子轉(zhuǎn)化為可用電子的效率。
3.影響因素
- 材料的吸收系數(shù)：吸收系數(shù)高的材料能更有效地吸收入射光子，增加光子被吸收的概率，進(jìn)而提高EQE。比如一些窄帶隙的半導(dǎo)體材料，對(duì)特定波長(zhǎng)范圍的光有更強(qiáng)的吸收能力。
- 載流子傳輸層的傳輸性能：良好的載流子傳輸層能夠快速、有效地將光生載流子輸送到電極，減少載流子的復(fù)合損失，有助于提升EQE。例如，在一些有機(jī)太陽(yáng)能電池中，使用具有高遷移率的傳輸層材料，可改善器件的EQE。
- 器件的表面反射和透射：器件表面對(duì)光的反射和透射會(huì)減少實(shí)際進(jìn)入器件內(nèi)部被吸收的光子數(shù)量，降低EQE。通過(guò)采用減反射膜等技術(shù)，可以降低表面反射，增加光的吸收，提高EQE。
外量子效率eqe的定義分為兩種場(chǎng)景：
- 光電轉(zhuǎn)換器件(如太陽(yáng)能電池、探測(cè)器)：EQE = (產(chǎn)生的光生電子數(shù) / 入射光子數(shù)) × 100
- 電致發(fā)光器件(如LED)：EQE = (發(fā)射的光子數(shù) / 注入的電子-空穴對(duì)數(shù)) × 100
以下以光電轉(zhuǎn)換器件(如太陽(yáng)能電池)為例，說(shuō)明通用測(cè)定步驟：
1.樣品準(zhǔn)備
- 確保被測(cè)器件(DUT)表面清潔、無(wú)遮擋(如灰塵、氧化層)，電極接觸良好(避免串聯(lián)電阻過(guò)大)。
- 對(duì)于太陽(yáng)能電池，需提前在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(STC：AM1.5G光譜，100 mW/cm，25℃)下穩(wěn)定化處理(如光照老化或退火)，確保性能穩(wěn)定。
2.單色光源系統(tǒng)校準(zhǔn)
EQE測(cè)量依賴單色光逐點(diǎn)掃描，需通過(guò)以下步驟確保光源準(zhǔn)確性：
- 波長(zhǎng)選擇：覆蓋器件響應(yīng)范圍(如硅電池300-1100 nm，鈣鈦礦電池300-800 nm)，通常間隔5-10 nm。
- 參考探測(cè)器校準(zhǔn)：使用已知準(zhǔn)確響應(yīng)度的標(biāo)準(zhǔn)硅探測(cè)器(經(jīng)NIST或國(guó)家計(jì)量院標(biāo)定)校準(zhǔn)單色光的光強(qiáng)。
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