太阳电池量子效率(ppt)
太阳能电池原理PPT课件
2.1 半导体物理基础
本征半导体
T>0
导带 (部分填充)
EF EC EV
Valence band (Partially Empty)
在T = 0, 价带能级被电子填充 ，导带空, 导致电导率为零. 费密能级 EF 位于禁带 中间(<1 eV) 当 T > 0, 电子可以被热“激发”到导带，产生可测量的电导率.
禁带 禁带
能带
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允带 允带
允带
2.1 半导体物理基础
费米－狄拉克分布
电子和空穴在允带能级上的分布遵守费米－狄拉克分布。 能量为E能级电子占据的几率为
1 f(E)
1exp(EEF)/KT
f(E)称为费米分布函数，EF为费米能级
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2.1 半导体物理基础
费米－狄拉克分布
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金属中的准 能带的准自 自由电子（价电子）模型 由电子物理模型
金属中的自由电子除去与离子实相互碰撞的瞬间外，无相互作用。电子 所受到的势能函数为常数。 电子波函数仍然为自由电子波函数 电子受到晶格的散射，当电子的波矢落到布里渊区 边界时，发生Bragg衍射
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对于所有能级均被电子所占满的能带（满带），在外电场作用下，其电子并不 形成电流，对导电没有贡献。----- 满带电子不导电。 通常原子中的内层电子都是占满满带中的能级，因而内层电子对导电没有贡献。 对于被电子部分占满的能带（导带），在外电场作用下，电子可从外电场吸收 能量跃迁到未被电子占据的能级去，从而形成电流，起导电作用。 ----- 导带电子有导电能力。
k
Resulted from r+
2.1 半导体物理基础
量子效率效益
量子效率（quantum efficiency）是指光电转换中每个吸收的光子所产生的电子数目，即量子效率越高，光电转换效率也越高。
量子效率可以用以下公式来表示：
量子效率= （每秒产生的电子数）/（每秒入射光子数）
量子效率可以用来衡量光电器件的性能，如太阳能电池、光电传感器等。
在太阳能电池中，高量子效率意味着更多的光子能够被太阳能电池吸收并转化为电能，从而提高电池的能量转换效率。
量子效益（quantum yield）是指光化学反应中每个吸收的光子所产生的化学产物数目，即量子效益越高，光化学反应效率也越高。
量子效益可以用以下公式来表示：
量子效益= （每秒产生的产物数）/（每秒入射光子数）
量子效益可以用来衡量光化学反应的效率，如荧光染料、光敏剂等。
在这些光化学反应中，高量子效益意味着更多的光子能够被吸收并转化为化学产物，从而提高反应的效率。
总之，量子效率和量子效益都是衡量光学、光电和光化学系统性能的重要指标，它们的高低直接影响光电器件和光化学反应的效率和成本，因此在实际应用中需要进行充分的考虑。
【精品课件】太阳能电池的效率和
太阳辐射经过日-地平均 距离(约1.5×108公里)， 传播到地球大气层外面， 其辐射能面密度已大大 降低。
在这个距离上，垂直于太 阳辐射方向单位面积上 的辐射功率基本上是个 常数，称为太阳常数。 其数值是1.353kW／m2。
目前世界上许多国家把太阳常数作为计算 太空用太阳电池的入射光功率密度的依据， 又称AMO光谱条件。
式中(λ)为投射在电池上、波长为λ，单位带宽的光子数；ηi为量子产额，
即一个能量大于带隙Eg的光子产生一对光生电子空穴对的几率，通常可 令ηi=1；dx为距电池表面xt处厚度为dx的薄层；H为电池厚度；
G（λ、x）表示由波长为λ、单位带宽的光子射进材料在x处的产生率。
2．光生少子的收集几率fc
在太阳电池内，由于存在少子复合，所产生的每一个 光生少数载流子不可能百分之百地被收集起来。
硅折射率的实部n与虚 部k与光子能量的关系
电池厚度对Isc的影响
每种材料的n和k都与入射光之波长有关。对硅来说， 其关系曲线如图所示。把n、k的结果代入式中，发现 在感兴趣的太阳光谱中，超过30%的光能被裸露硅表 面反射掉了。
Pn结硅太阳电池的截面图
(2)栅指电极遮光损失c， 定义为栅指电极遮光面积在 太阳电池总面积中所占的百 分比。对一般电池来说，c 约为4%～15%。
qDpni2 LpND
太阳电池光电转换效率
与材料带隙Eg的关系
综合上述结果，作为带隙
Eg的函数所计算的最大光
电转换效率画于图中。
显 然 Io 取 决 于 Eg 、 Ln ， Lp 、 NA 、 ND 和 绝 对 温 度 T 之 高 低 ，
也与光伏结构有关。
通过分析看出，为提高Voc，常 常采用Eg大，少子寿命长及低
太阳电池量子效率
太阳电池量子效率太阳电池的量子效率是指太阳能在进入太阳电池后转化成电能的效率。
在太阳电池中，太阳能通过光电效应被转化成电子，进而流动产生电流。
太阳电池量子效率的大小决定了太阳能转化成电能的效率，其中包括太阳电池的光电转换效率及电子传输效率等。
因此，太阳电池量子效率是太阳电池重要的性能指标之一。
太阳电池的量子效率会受到很多因素的影响，其中主要包括太阳辐射能的能量、太阳电池的材料和结构设计等。
理论上，当太阳辐射能的波长在太阳电池的吸收范围内时，太阳能全部被吸收。
在此基础上，太阳能被转化成的电能的数量关键在于太阳电池材料内电子的激发和传导效率。
因此，通过优化太阳电池的材料和结构设计，来提高太阳电池的量子效率，是相当重要的。
近年来，太阳电池的效率水平不断提高。
当前主流的太阳电池技术为晶体硅太阳电池和薄膜太阳电池。
晶体硅太阳电池是最早被开发出来的太阳电池，也是今天应用最广泛的太阳电池类型之一。
晶体硅太阳电池的量子效率通过优化硅晶体的材料纯度和掺杂、电池结构设计和工艺参数等方面来提高。
目前，晶体硅太阳电池的最高效率已达到了25%。
薄膜太阳电池则是基于化合物半导体材料的太阳电池。
相比于晶体硅太阳电池，薄膜太阳电池具有更高的量子效率，因为化合物半导体材料的能带结构更适合太阳能的吸收转换。
当前，商业化的薄膜太阳电池效率值已达到了23%。
总的来说，太阳电池量子效率是太阳电池性能的一个重要指标，随着太阳电池技术的不断发展和创新，太阳电池的量子效率不断提升，使得太阳能逐渐成为最重要的可再生能源之一。
太阳能电池的效率和59页PPT
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
太阳电池的内量子效率
太阳电池的内量子效率太阳电池的内量子效率是用来衡量电池能从太阳光中获得能量的技术参数。
它是指从一个太阳光照射入到太阳电池中，该太阳电池发出的电流与入射光强度之比，即电池在一定条件下将太阳光转换为电能的能力。
内量子效率是一种量化的参数，可以帮助我们理解不同的太阳电池的性能。
当内量子效率增大时，太阳电池的性能也会提高。
如图1所示，不同内量子效率的太阳电池的性能表现也是不同的，当内量子效率增大时，太阳电池的性能会明显提升，这就是为什么内量子效率对太阳电池性能如此重要的原因。
从物理原理上讲，只有太阳电池中的激子才能将太阳光转换为电能，而激子的活动受到光子的限制，因此，太阳电池的内量子效率就受到光子数量的影响。
然而，光子并不是唯一影响太阳电池内量子效率的因素，还有其他因素，如电池的结构、组分、工艺和材料等，都会对太阳电池的内量子效率产生一定的影响。
例如，太阳电池的结构是内量子效率的重要影响因素之一。
当太阳电池的结构越复杂，光子到达晶体结构时，可能会发生反射、吸收和散射等现象，从而降低太阳电池的内量子效率。
另外，太阳电池的材料也是影响内量子效率的重要因素。
太阳电池的材料可以把光子转换为电子，但是这种转换的效率也受到材料组成的影响，因此，选择合适的太阳电池材料也是提高太阳电池的内量子效率的重要方法之一。
太阳电池的内量子效率也受到光照强度的影响，太阳电池在不同光照强度下的内量子效率也是不同的。
当光照强度较高时，太阳电池的内量子效率较高；当光照强度较低时，太阳电池的内量子效率较低。
此外，太阳电池的温度也会影响太阳电池的内量子效率，当太阳电池温度越高时，太阳电池的内量子效率也会相应降低。
综上所述，太阳电池的内量子效率是一个衡量太阳电池性能的重要技术参数，受到光子数量、太阳电池结构、材料、光照强度和温度等因素的影响。
因此，要想提高太阳电池的内量子效率，就必须考虑到这些因素，并采取相应的措施来提升太阳电池的内量子效率。
太阳能电池外量子效率
太阳能电池外量子效率太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，它的效率是衡量其转换能力的重要指标之一。
在太阳能电池中，光子通过与半导体材料中的电子相互作用，将光能转化为电能。
然而，不是所有的光子都能被有效地转化为电能，其中一部分光子会被反射、散射或被吸收但无法产生电流。
这就引出了太阳能电池的外量子效率的概念。
外量子效率是指太阳能电池从入射光中转化为电流的效率。
它可以用来衡量太阳能电池的转换能力以及其在实际应用中的发电性能。
外量子效率的计算方法是将太阳能电池的输出功率除以入射光的能量流密度。
换句话说，它是太阳能电池实际输出的电能与入射光能之间的比值。
外量子效率的数值一般介于0和1之间，可以表示为百分比形式。
一个高效的太阳能电池应该有较高的外量子效率，这意味着它能够更好地将太阳能转化为电能。
在实际应用中，外量子效率的提高可以带来更高的发电效率和更低的成本。
为了提高外量子效率，研究人员采取了多种方法。
一种常见的方法是通过优化太阳能电池的结构和材料来增加光的吸收和电子传输效率。
例如，可以使用多层结构或纳米结构来增加光的吸收程度，或者引入新的材料来提高电子传输效率。
此外，还可以通过优化太阳能电池的表面处理来减少光的反射和散射，提高光的利用率。
除了优化太阳能电池本身，外量子效率还受到一些外部因素的影响。
例如，入射光的波长和强度、温度、湿度等因素都会对外量子效率产生影响。
因此，在实际应用中，需要考虑这些因素并进行相应的调整和优化，以提高太阳能电池的发电性能。
虽然外量子效率是衡量太阳能电池性能的重要指标之一，但它并不能完全反映太阳能电池的整体性能。
太阳能电池的内量子效率、光电转换效率、稳定性等指标也需要同时考虑。
因此，在太阳能电池的研究和应用中，需要综合考虑多个指标，以寻求更高效、稳定和可靠的太阳能电池技术。
外量子效率是太阳能电池的重要性能指标之一，它可以用来衡量太阳能电池从入射光中转化为电流的效率。
通过优化太阳能电池的结构和材料，调整和优化外部因素，可以提高太阳能电池的外量子效率，从而提高其发电性能。
太阳电池量子效率
太阳电池量子效率
R&D Center YANTAO GAO
提纲
1. 量子效率的基本概念 2. 量子效率测试仪的基本结构 3. 量子效率的分析与用途
a 太阳光谱 b 单晶硅对光的吸收特性 c 量子效率曲线的定性分析 d 外量子效率和电池短路电流密度 e 偏置光在量子效率中应用 f 偏压在量子效率中应用 d 各种太阳电池的量子效率对比
量子效率测试仪的基本结构
滤光片 斩波器 光路 光源
Xe灯光谱与太阳光谱
电路
斩波器的作用其实是为锁相放大器提供一个参比信号，以便于 斩波器的作用其实是为锁相放大器提供一个参比信号， 锁相能够识别出微弱的光电流
太阳光谱
单晶硅电池的吸收波段 （200nm 到1200nm)
单晶硅对光的吸收特性
300 Penetration Depth (µm) 250 200 150 100 50
4. 物理实验室量子效率测试仪的功能
量子效率的基本概念
广义的量子效率： 广义的量子效率：光敏器件产生的电荷载流子数目与外部入射到光敏性表 面的一定能量的光子数目之比
外量子效率(External Quantum Efficiency, EQE)，太阳能电池的电荷载流 外量子效率 ， 子数目与外部入射到太阳能电池表面的一定能量的光子数目之比。 子数目与外部入射到太阳能电池表面的一定能量的光子数目之比。
单晶硅பைடு நூலகம்光的吸收过程
反射光
透射光成为反 射光的一部分
Si
量子效率的定性分析
没有透射光谱 有透射光谱
在175um厚度电池 厚度电池 波长小于1000nm的光 的光 波长小于 基本没有透射， 基本没有透射，IQE和 和 EQE 的差别反映的是前 的差别反映的是前 表面减反射膜和 表面减反射膜和硅表面 陷光结构状况 波长大于1000nm的光 的光 波长大于 有透射， 有透射，IQE和EQE 的 和 差别反映的是前表面减 反射膜， 反射膜，硅表面陷光结 构状况， 构状况，电池背表面的 钝化情况
《太阳能电池的特性》幻灯片
波长段的光谱响应为零。
硅太阳能电池的响应曲线。
2021/5/21
UNSW新南威尔士大学
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§ 理想太阳能电池 光谱响应
理想的光谱响应在长波长段受到限制，因为半导体不能吸收能量低 于禁带宽度的光子。这种限制在量子效率曲线中同样起作用。然而，不同 于量子效率的矩形曲线，光谱响应曲线在随着波长减小而下降。因为这些 短波长的光子的能量很高，导致光子与能量的比例下降。光子的能量中，
UNSW新南威尔士大学
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§ 理想太阳能电池 光谱响应
“光谱响应〞在概念上类似于量子效率。量子效率描述 的是电池产生的光生电子数量与入射到电池的光子数量的比， 而光谱响应指的是太阳能电池产生的电流大小与入射能量的比 例。以下图将描述一光谱响应曲线。
光
理想的光谱响应
谱
响 应
能量低于禁带宽度的光 不能被吸收，所以在长
E-H
§ 理想太阳能电池 收集概率
归 一 化 的
对 生 成 率
上图显示了不同波长的光在硅材料中的载流子生成率。波长 0.45μm的蓝光拥有高吸收率，为105cm-1，也因此它在非常靠近 顶端外表处被吸收。波长0.8μm的红光的吸收率103cm-1，因此其 吸收长度更深一些。1.1μm红外光的吸收率为103cm-1，但是它几 乎不被吸收因为它的能量接近于硅材料的禁带宽度。
太阳能电池的伏安曲线 短路电流ISC是电池流出的最 大电流，此时穿过电池的电 压为零。
电池产生的电能
2021/5/21
UNSW新南威尔士大学
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§ 太阳能电池的参数 短路电流
短路电流的大小取决于以下几个因素：
太阳能电池的外表积。要消除太阳能电池对外表积的依赖，通 常需改变短路电流强度〔JSC单位为mA/cm2〕而不是短路 电流。
太阳能电池优秀课件
2 、光电导效应
电子能量
在光线作用下，电子吸收光
子能量从束缚状态过渡到自由
hv
状态，而引起材料电导率的变
导带 Eg
价带
化，这种现象被称为光电导效
应。
当光照射到半导体光电导材料上时，若光辐
射能量足够强，材料价带上的电子将被激发到导
带,从而使材料中的自由载流子增加，致使材料
的电导变大。
光电导产生的条件
6、温度效应
太阳能电池用半导体的禁带 宽度的温度系数为负，随温度 上升带隙变窄，会使短路电流 略有上升，但同时会使I0增加， Voc下降。
综合所有参数，转换效率随 温度上升而下降。
7、辐照效应 作为卫星和飞船的电源，太阳电池必然暴露
在外层空间的高能粒子的辐照下。高能粒子 辐照时通过与晶格原子的碰撞，将能量传给 晶格，当传递的能量大于某一阈值时，便使 晶格原子发生位移，产生晶格缺陷。这些缺 陷将起复合中心的作用，从而降低少子寿命。 大量研究工作表明，寿命参数对辐照缺陷最 为灵敏，也正因为辐照影响了寿命值，从而 使太阳电池性能下降。
理想情况下的效率
舍弃太阳光中波长大于长波限的光 谱，在理想情况下，能量大于禁带宽 度的光子全部被材料吸收形成光电流， 显然，最大短路电流Isc仅与材料的带隙 有关。
理想情况下Voc为：
Voc
kT q
ln
I ph I0
1
式中Iph为光生电流，I0为二 极管饱和电流：
I0
A
qDn
n2 i
LN nA
图一
将表面制成金字塔型的组织结构，以减少光的反射 量。
将金属电极埋入基板中，以减少串联电阻。(图二)
图二
减少背电极与硅的接触面积，以减少因金属与硅的 接合处引入的缺陷， (图三)
太阳能电池各参数的含义PPT课件
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太阳电池原理----基本原理
N型半导体
P型半导体
漂移中和 1，在P型区域和N型区域的交接区域,多数载流子相互吸引,漂移中和,最终 在交接区域形成一个空间电荷区（即内建电场区）.在内建电场区电场方 向是由N区指向P区.
qDn
dnp dx
.........................................(2 7)
dnp dt
GL
U p
1 q
dJn dx
...........................................(2 8)
d dx
q r0
(ND
NA
p
n)...................................(.2
JSC JL Nph
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太阳电池测试原理----光电流和光
电2,光压电压
由于光照而在电池两端出现的电压称为光电压.它像外加于pn结
的正偏一样,与内建电场方向相反,这光电压减低了势垒的高度,而
且使耗尽区变薄.太阳电池开路状态的光电压称为开路电压UOC光 电压.
在开路状态下,有光照时,内建电场所分离的光生载流子形成由n
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太阳电池原理
不同波长的光所产生的Isc
1，对于光波长λ≈1.1μm，α=2000m-1（吸收深度δ=1/ α=500μm）,
求得Isc=20mA. 2，对于强吸收的光波长λ≈0.83μm， α=10 × 105m-1（吸收深度
太阳能电池原理PPT课件
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55
世界主要太阳电池新记录
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56
中国太阳电池实验室最高效率
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57
• 10. 填充因子(曲线因子)
太阳电池的最大功率与开路电压和
短路电流乘积之比，通常用FF(或 CF)表示：
FF = ImVm/ IscVoc • IscVoc是太阳电池的极限输出功率 • ImVm是太阳电池的最大输出功率
.
29
• 在n区，光生电子-空穴产生后， 光生空穴便向 p-n 结边界扩散，一 旦到达 p-n 结边界，便立即受到内 建电场的作用，在电场力作用下作 漂移运动，越过空间电荷区进入p 区，而光生电子（多数载流子）则 被留在n区。
.
30
• p区中的光生电子也会向 p-n 结 边界扩散，并在到达 p-n 结边界 后，同样由于受到内建电场的作用
• 填充因子是表征太阳电池性能优 劣的一个重要参数。
.
58
• 11. 电流温度系数
在规定的试验条件下，被测太阳 电池温度每变化10C ，太阳电池 短路电流的变化值，通常用α表示 。
• 对于一般晶体硅电池
α= + 0.1%/0C
.
59
• 12. 电压温度系数
在规定的试验条件下，被测太阳电 池温度每变化10C ，太阳电池开路电
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4
非晶硅太阳电池
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5
• 2. 按照结构分类： • 同质结太阳电池 • 异质结太阳电池 • 肖特基结太阳电池 • 复合结太阳电池 • 液结太阳电池等
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6
• 3. 按照用途分类：
• 空间太阳电池:在人造卫星、宇宙飞船等 航天器上应用的太阳电池。由于使用环境 特殊，要求太阳电池具有效率高、重量轻 、耐辐照等性能。
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太阳光谱
单晶硅电池的吸收波段 （200nm 到1200nm)
单晶硅对光的吸收特性
尾巴翘曲程度反映背表 面的钝化和增反射情况
外量子效率和电池短路电流密度
电流与QE的关系公式
jph (V)eQ( E,E)()d
短路电流密度
QE 应用实例分析
Figure 5: Internal quantum efficiencies for the longwavelength range of high-efficiency LFC-PERC-type cells applying different rear surface passivation layers.
Penetration Depth (m)
300 250 200
Silicon Thickness 175um 150 100
50
Wavelength 1um
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
m
Ø波长小于400nm的光在厚度0.01um 的硅中，就被全部吸收； Ø波长全吸收；
太阳电池量子效率 (ppt)
太阳电池量子效率
设备名称：太阳电池（光电材料）光谱响应测试系统 型 号：QTEST STATION 2000AD 制造厂家：CROWNTECH, INC.
QTEST STATION 2000AD 型太阳能电池光谱响应测试系 统由光源，单色仪，光学斩波器及锁相放大系统等组成， 系统动作由计算机控制完成，测试过程自动化，最终完成 数据采集、显示、分析等工作。光源通过单色仪产生单色 光，照射到样品上，然后由锁相放大系统等数据采集模块 完成数据采集并输入计算机中，再由计算机完成后续数据 分析、计算、显示并保存。
单晶硅对光的吸收过程
反射光
透射光成为反 射光的一部分
Si
没有透射光谱
量子效率的定性分析
有透射光谱
在175um厚度电池
Ø波长小于1000nm的光 基本没有透射，IQE和 EQE 的差别反映的是前 表面减反射膜和硅表面 陷光结构状况
Ø波长大于1000nm的光 有透射，IQE和EQE 的 差别反映的是前表面减 反射膜，硅表面陷光结 构状况，电池背表面的 钝化情况
主要功能及应用： QTEST STATION 2000AD 型光谱响应测试系统可以测试 量子效率（光谱响应）和光电转换效率，适用于各种太阳 能电池、探测器和光电材料等光谱响应测试。
基本工作原理：
该系统通过对光源产生的光经斩波器和单色仪进行滤波，以产 生不同波长的单色光源，经被检测太阳电池材料或器件后，产 生电子信号，然后通过锁相放大器放大，获得材料或者器件的 不同波长的光－电转换效率(光谱响应)。
太阳能电池量子效率，有时也被叫做IPCE，也就是太阳能电池光电转 换效率(Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency)。
➢外量子效率(External Quantum Efficiency, EQE)，太阳 能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的一 定能量的光子数目之比。
量子效率的基本概念
n太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目与照射在 太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。
因此，太阳能电池的量子效率与太阳能电池对照射在太阳能电池表面 的各个波长的光的响应有关。太阳能电池的量子效率与光的波长或者 能量有关。如果对于一定的波长，太阳能电池完全吸收了所有的光子 ，并且我们搜集到由此产生的少数载流子（例如，电子在P型材料上 ），那么太阳能电池在此波长的量子效率为1。对于能量低于能带隙 的光子，太阳能电池的量子效率为0。理想中的太阳能电池的量子效 率是一个正方形，也就是说，对于测试的各个波长的太阳能电池量子 效率是一个常数。