1. 內容

2. 什么是量子效率（Quantum Efficiency）?

3. 量子效率如何計算？

4. 什么是外部量子效率？

5. 什么是內部量子效率？

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什么是量子效率（Quantum Efficiency）?

　　在說明什么是量子效率（Quantum Efficiency）之前，我們先了解光譜響應。

　　光譜響應 （Spectral Responsivity, SR） 是評價光輻射偵測組件（如光偵測器、亮度計、太陽能電池等等）光電轉換能力的指標，也就是入射光子-電子轉換的效率（Incident Photon-Electron Conversion Efficiency, IPCE）。例如，太陽能電池也是將光轉換為電能的一種光電組件，所以光譜響應也是評價其轉換效率的重要指標。

　　光譜響應 SR(λ) 可寫為：

      其中，P(λ) 為各波長入射光能量，以瓦特（Watt）為單位；I(λ) 為太陽能電池收到入射光后轉換成的電流，以安培（Amp）為單位。其物里意義為：太陽能電池接收一瓦特的光能可產生多少安培電流的能力。

　　光譜響應 亦可稱為量子效率（Quantum Efficiency, QE）或 IPCE （Incident Photon-Electron Conversion Efficiency, 入射光子-電子轉換效率）。將波長 的入射光能量轉換成光子數目，而電池產生、傳遞到外部電路的電流換算成電子數，則光譜響應可代表每一入射的光子能夠轉換成傳輸到外部電路的電子的能力，稱為量子效率（Quantum Efficiency, QE），單位以百分比來表示。這也可稱為入射光子-電子轉換效率 IPCE。

圖1 太陽能電池量子效率/光譜響應/ IPCE原理示意圖。

量子效率如何計算？

　　光譜響應 SR(λ) 與量子效率 QE(λ) 的換算可寫成下式：

　　其中，為電子電量、為譜郎克常數 、為光子頻率、為入射光波長（以 nm為單位）。改寫上式即可得外部量子效率公式：

圖2 光譜響應與量子效率的轉換。

圖2-1 外部量子效率EQE （External Quantum Efficiency）與內部量子效率IQE （Internal Quantum Efficiency）的定義與說明。

什么是外部量子效率？

　　將光譜響應Amp/Watt單位，將安培Amp換算成單位時間電子數（electron/sec）、瓦特Watt換算成單位時間光子數（Photons/sec），帶入上述公式得到的量子效率稱為外部量子效率（EQE, External Quantum Efficiency）。

　　一般而言量子效率QE指的就是外部量子效率EQE，也稱作入射光子-電子轉換效率IPCE （Incident Photon-Electron Conversion Efficinecy）。

QE=EQE=IPCE

　　外部量子效率EQE計算的是總入射光子數所產生的電子數。以圖2-1為例，假設總共有10個光子入射太陽能電池，在太陽能電池表面有2個光子被反射，最終有6個電荷產生。那么根據定義，這個太陽能電池的外部量子效率

EQE = 產生電荷數 / 總入射光子數 = 6 / 10 = 60%

什么是內部量子效率？

　　內部量子效率（Internal Quantum Efficiency, IQE）也是計算光子-電子的轉換效率。與外部量子效率EQE不同的是，其計算的是真正入射到太陽能電池內部的光子數，以及其所產生的電子數。以圖2-1為例，假設總共有10個光子入射太陽能電池，在太陽能電池表面有2個光子被反射。那么真正進到電池材料內部的光子數是（10-2）= 8個光子而產生6個電子。那么此電池的內部量子效率

IQE=產生電荷數 / 入射到材料內部的光子數= 6 / (10-2) = 75%。

推  薦  儀  器

QE-R 量子效率系統