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Concept
Efficacité quantique
Résumé
L'efficacité quantique QE (Quantum Efficiency en anglais) est le rapport entre le nombre de charges électroniques collectées et le nombre de photons incidents sur une surface photoréactive. Ce paramètre permet de caractériser un composant photosensible, comme un film photographique, une cellule photovoltaïque ou un capteur CCD, en termes de sensibilité électrique à la lumière.
L'efficacité quantique est parfois appelée aussi IPCE (Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency).
Comme l'énergie d'un photon dépend de sa longueur d'onde, l'efficacité quantique est généralement représentée sous la forme d'un spectre en fonction d'une plage de longueurs d'onde pour un capteur donné.
En intégrant l'efficacité quantique obtenue sur tout le spectre du rayonnement lumineux, on peut évaluer le courant produit par un capteur. Le rapport entre ce courant et le courant théorique maximal (QE égal à 100 % sur tout le spectre) s'appelle le rendement électrique.
Ce paramètre dépend de la longueur d'onde, représentée par l'indice λ :
où Nν = nombre de photons absorbés, Ne = nombre d'électrons produits.
Ces deux grandeurs sont calculées de la façon suivante :
avec = puissance optique incidente en watts, = puissance optique absorbée en watts, = énergie d'un photon de longueur d'onde λ, et t en secondes.
Avec les photons d'un niveau d'énergie situé au-dessous de la bande interdite, le QE est égal à 0.
Les pellicules photographiques ont généralement un QE inférieur à 10 %, tandis que celui de capteurs CCD peut dépasser 90 % sur certaines longueurs d'onde.
upright=2|thumb|Spectre d'EQE, d'IQE et de réflectance d'un cristal de silicium d'une cellule solaire avec une couche antiréflectrice.
Il existe deux types d'efficacité quantique d'un capteur photosensible, pour une longueur d'onde donnée :
efficacité quantique externe ou EQE (External Quantum Efficiency en anglais) qui est le rapport du nombre de charges électroniques collectées sur le nombre de photons incidents ;
efficacité quantique interne ou IQE (Internal Quantum Efficiency en anglais) qui est le rapport du nombre de charges électroniques collectées sur le nombre de photons incidents absorbés.
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