Efficienza quantica

efficienza quantica

In una cella solare, parametro pari al numero di coppie elettrone-lacuna generate per singolo fotone incidente. È una misura della capacità della cella di convertire in elettricità una radiazione incidente a una data lunghezza d’onda. L’efficienza quantica esterna (EQE), o Incident photon-to-current efficiency (IPCE), è data dal rapporto tra il numero di elettroni che danno luogo a una corrente in un circuito esterno e il numero di fotoni incidenti, al variare della lunghezza d’onda tra zero e il valore corrispondente alla banda proibita (band gap), oltre il quale i fotoni non hanno più energia sufficiente per essere assorbiti. Sperimentalmente si ottiene misurando la densità di corrente di corto circuito J_σχ(λ) generata con una radiazione monocromatica di lunghezza d’onda λ e irradianza E_ε; se J_σχ è espressa in μA/cm², λ in nm e E_ε in W/m², EQE(λ)=1240 J_σχ(λ)/(λΕ_ε). Integrando i valori di efficienza ottenuti a varie lunghezze d’onda sull’intero spettro solare si ottiene l’efficienza complessiva della cella illuminata con luce bianca. Si parla altresì di efficienza quantica interna (IQE) o Absorbed photon-to-current efficiency (APCE) quando, invece di riferirsi ai fotoni incidenti, si tiene conto solo dei fotoni assorbiti. Infatti, parte dei fotoni incidenti, a seconda della lunghezza d’onda, dell’angolo di incidenza e della polarizzazione, vengono riflessi o diffusi. Dei fotoni effettivamente assorbiti, solo una parte dà luogo alla formazione di coppie elettrone-lacuna, e solo una frazione delle coppie elettrone-lacuna dà luogo a una corrente in quanto vari fenomeni competitivi (fluorescenza, ricombinazioni elettrone-lacuna, dissipazioni per via termica) possono interferire con la migrazione dei portatori di carica agli elettrodi e, quindi, con la generazione di una fotocorrente. Nei materiali migliori questi fenomeni parassiti sono minimizzati. In una cella ideale a singola giunzione con il 100% di efficienza quantica tutti i fotoni incidenti darebbero luogo a una fotocorrente. Strutture più avanzate, che ricorrono per es. ai punti quantici per modulare la capacità di assorbimento della radiazione, possono generare anche più di una coppia elettrone-lacuna per ogni fotone assorbito. Si parla in questo caso di Multiple electron generation (MEG), una delle tecnologie allo studio per aumentare l’efficienza delle celle solari sperimentali. In tal caso l’efficienza quantica può superare il 100%.

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