外部量子効率・とは？初心者向けにやさしく解説する基本とポイント共起語・同意語・対義語も併せて解説！

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高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

外部量子効率・とは？

この記事では、外部量子効率（EQE）について、初心者にもわかるように噛み砕いて解説します。

外部量子効率とは、太陽電池や光検出器などの光デバイスが、入ってくる光をどれだけ「電荷」に変えられるかを表す指標です。具体的には、特定の波長 λ の光がデバイスに当たったときに取り出せる電子の数を、入射した光子の数で割った値を指します。結論として、EQE は波長ごとに異なります。

重要なポイントは下の表のように、EQE は通常 0 から 1 の範囲、あるいは 0% から 100% の範囲で表すということです。

<th>要素

説明
EQE(λ)	波長 λ における外部量子効率。入射光子に対して取り出せる電子の比率。
IQE	内部量子効率。物質内部で吸収された光子のうち、実際に電荷として取り出せる比率。
測定方法	一定の入射光をデバイスに当て、発生する電流を測定して算出。

EQE は「外部」に着目しており、表面の反射、薄膜の吸収、電極や接触によるロスなど、光がデバイスの外側で失われる要因も含みます。これが「外部」という名前の意味です。

実務的なポイントは、波長ごとに EQE がどれくらいあるかを知ることで、デバイス全体の性能がどう決まるかを理解できる点です。波長が短い光はシリコンなどで吸収しやすい一方で、長い波長は表面で反射したり、裏側に逃げたりすることがあります。こうした要因を考えると、EQE を改善する設計が有効になります。

EQE の例と応用

例えば、太陽電池のある波長で EQE が 0.9（90%）なら、その波長の光子のうち 90% は電荷として取り出されます。別の波長で 0.5（50%）なら、半分しか回収できません。波長ごとに EQE が異なるのは、材料の吸収係数、薄膜の厚さ、表面処理、反射防止層の有無などが影響するためです。

この概念は、光センサーやカメラのイメージング素子の設計にも役立ちます。高い EQE を持つデバイスは、同じ光を受けてもより強い電気信号を出すため、感度が高くなります。設計者は EQE の波長依存性をコントロールすることで、特定の色域や応答速度を狙って性能を最適化します。

以下に、波長ごとの EQE の見方を整理した小さな表を示します。見出しは説明的に、体感として理解しやすいようにしています。

波長 (nm)	EQE	備考
450	0.85	青に近い波長で高めの値
550	0.90	緑〜黄の範囲で高い傾向
700	0.60	赤系はやや低めになることが多い

要点をまとめると、外部量子効率は入射光と取り出せる電荷の比率を波長ごとに示す指標であり、反射・吸収・ロスの影響を全て含む「外側の現象」を反映します。IQE との違いを理解することで、デバイスの設計や評価がより具体的になります。

この記事を読んで、外部量子効率がどのようにデバイス性能に直結するのか、そして波長ごとにどう現れるのかが、少しでもイメージできるようになれば幸いです。

まとめ

外部量子効率は、光を電気信号に変える過程の「外側」の効率を表す指標です。波長ごとに異なる値をとるため、デバイス全体の性能を理解するうえで欠かせません。測定方法は比較的シンプルで、光子数と取り出した電子数を比べるだけです。設計上は、反射を減らす、薄膜の厚さを調整する、表面を工夫するなど、さまざまな工夫で EQE を高めることができます。

外部量子効率の同意語

外部量子効率: デバイスに入射した光子のうち、外部回路へ電流として取り出される割合。波長ごとに測定する指標で、EQEと同義で用いられます。
IPCE: Incident Photon-to-Current Efficiencyの略。入射光子が電流へ転換される効率を波長ごとに示す指標で、EQEと同じ概念を表します。
入射光子-電流効率: 入射光子が電流へ変換される効率を指す表現。EQE/IPCEとほぼ同義で用いられることがあります。
入射光子から電流への変換効率: 波長ごとに、入射した光子が電流として取り出される割合を表す指標。EQE/IPCEと同じ意味。
入射光子量子効率: 入射光子が電流へ転換される効率を示す別名。文献によってIPCEと同義で使われることがあります。
外部光子量子効率: 外部量子効率の別表現として使われることがある名称。EQEの意味と同じ。

外部量子効率の対義語・反対語

内部量子効率（IQE）: 外部量子効率（EQE）とは別の視点で、デバイス内部で光子がキャリアとして取り出される割合を指します。IQEは、吸収された光子のうち実際に電流へ寄与する割合で、EQEと吸収率の積として表されることが多いです。したがって、EQEの“対になる”概念として捉えられますが、厳密な反対語というよりは補完的な指標です。
非吸収率: 入射した光のうち、デバイスによって吸収されなかった割合。EQEを低下させる要因の一つであり、反対語的な見方で用いられます。
未吸収率: 同じく、デバイスが光を吸収できなかった割合。反射・透過・非活性領域での損失を含み、外部量子効率と対になる説明に使えます。
反射損失: デバイス表面で光が反射して外部へ戻る割合。吸収されずに出ていく光の一部であり、EQEを低下させる要因として対比的に説明できます。
透過損失: デバイスを透過して外部へ出ていく光の割合。吸収されずに出る光の一部で、外部量子効率の低下要因として扱われる対比項目です。
吸収率: デバイスが光を吸収する割合。EQEを構成する要素の一つであり、反対語というより、EQEの前提となる重要要素として説明されることが多いです。

外部量子効率の共起語

内部量子効率: 活性層内での再結合のうち、放射再結合が占める割合。デバイス内部で光を作る効率を表します。
放射再結合効率: 活性層内で起きる再結合のうち、光として放出される割合。IQEの一要素としての意味合いが強いです。
非放射再結合: 光を放出せず熱として失われる再結合。欠陥やAuger再結合などが原因となります。
注入効率: 外部からデバイスへ注入されたキャリアのうち、活性層で再結合に寄与する割合。
取り出し効率: 内部で発生した光子のうち、デバイス外へ取り出せる割合。外部量子効率（EQE）の要素のひとつです。
光子出力: デバイスから放出される光子の総量。輝度や光子流量に関係します。
スペクトルEQE: 波長ごとに測定・表現される外部量子効率。特定波長での効率を示します。
IQE: 内部量子効率の略。内部での放射再結合の割合を表します。
温度依存性: 動作温度の変化によりEQE・IQEが変動する性質。温度管理が重要になります。
光学損失: 内部での反射・吸収・散乱などにより光が失われる現象。EQEの低下要因になります。
反射/透過: 表面や界面での反射・透過の影響。取り出し効率に直結します。
蛍光体量子効率: 蛍光体を用いる発光デバイスで、蛍光体が光を変換する効率。
発光効率: 光を発する総合的な効率。EQEの別表現として使われることがあります。
アクティブ層: キャリアが再結合して光を出す、発光の中心となる層。
取り出し経路: 光をデバイス外へ導く設計経路や層構成。取り出し効率を高める要素です。
波長依存性: EQEが波長によってどう変化するかの性質。素材選択や設計に影響します。
測定方法: EQE・IQEを測定する実験手順や用いる機器・条件。
光学設計: 取り出しを改善するための膜構造・表面処理・マイクロ構造などの設計要素。
熱管理: デバイス温度を適切に保つための設計・運用。性能安定性に影響します。

外部量子効率の関連用語

外部量子効率: デバイスに入射した光子1個あたり、デバイスから取り出される電荷キャリアの数の割合。波長ごとに測定され、反射・吸収・キャリア抽出などの影響を受けてスペクトルとして表される。
内部量子効率: デバイス内部で光を吸収した光子1個あたり、電荷キャリアとして抽出される割合。反射や透過を除いた内部過程の効率を示す。
量子効率: 光子1個あたりの効率の総称。文脈によってEQEまたはIQEを指すことがあるため、明確に定義を確認することが大切。
IPCE: Incident Photon-to-Current Efficiencyの略。入射光子から発生する電流の効率を指し、EQEと同義で使われることが多い。
吸収率: デバイスの層が入射光を吸収する割合。EQEやIQEの前提として重要な要素。
反射率: デバイス表面で入射光のうち反射として失われる割合。EQEを低下させる原因のひとつ。
透過率: デバイスを光が透過する割合。特に透明電極や薄膜で重要な要素。
アンチリフレクションコーティング: 表面の反射を低減するコーティング。EQEを改善する設計要素。
バンドギャップ: 半導体の最低励起エネルギー。光子エネルギーがバンドギャップ以上のときに吸収が起こり、EQEに影響する。
活性層厚さ: 吸収とキャリア抽出のトレードオフを決める、デバイスの活性層の物理厚さ。
電荷抽出効率: 生成したキャリアが電極へ抽出される割合。IQEやEQEの決定要因のひとつ。
再結合: キャリアが対をなして失われる現象。通常はIQE/ EQEに影響する。
輻射再結合: 再結合の一形態で、光として放出される。EQEの理論限界にも関係。
非輻射再結合: 熱などの非光的経路で失われる再結合。IQEを低下させる要因。
キャリアトラップ: 表面・体内の欠陥にキャリアが捕まる現象。抽出効率を低下させることがある。
光子捕捉効率: デバイスが接触部で光子を捕捉する能力。EQE向上の設計要素。
スペクトル応答 / 波長依存性: EQEは波長により異なるため、総じてスペクトル応答として表現される。
EQE測定: EQEを測定する方法と実験設定。モノクロメータ、光源、参照検出器などを用いる。
AM1.5Gスペクトル: 太陽光の標準参照スペクトルの代表例。EQE測定の条件設定で広く使われる。