יעילות קוונטית

גרף המתאר את התלות של הנצלות הקוונטית באורך הגל של שבב ה-CCD של המצלמה Wide Field and Planetary Camera 2 ששימשה בעבר את טלסקופ החלל האבל

נצילות קוונטית או יעילות קוונטית היא מונח המתאר נצילות (יעילות) של התקנים אופטיים הממירים אור לצורת אות אחרת. מבחינה מתמטית, היעילות הקוונטית היא החלק של הפוטונים שיהפכו בהתקן לאות שימושי מתוך כלל הפוטונים המגיעים. בהקשר של התקנים אלקטרוניים, כמו שבב CCD, מוגדרת הנצילות הקוונטית כיחס בין כמות האלקטרונים שנוצרים ברכיב ביחידת זמן לכמות הפוטונים הפוגעים בו ביחידת זמן . "יעילות קוונטית חיצונית" של רכיב אלקטרוני מתייחסת לזרם במוצאו של רכיב ולא לזרם שנוצר בו, בהינתן שחלק מהזרם שנוצר ברכיב לא מגיע למוצאו עקב איבודים, בפרט רקומבינציה של אלקטרונים עם חורים.

נצילות קוונטית של התקן איננה גודל קבוע, אלא תלוי במאפייני הקרינה האלקטרומגנטית שפוגעת בהתקן. תלות בסיסית היא באורך הגל (הצבע) של הקרינה. כך, למשל, מצלמה דיגיטלית ביתית פשוטה היא בעלת יכולת קרובה לאפסית לעבודה עם קרינת רנטגן, אך בעלת יכולת גבוהה בהרבה באור הנראה. תלות אפשרית נוספת היא בעוצמת האור. כך, למשל, בתנאי אור יום היעילות הקוונטית המירבית של עין האדם היא באורך גל של 555nm ואילו בתנאי חשיכה היעילות המירבית היא באורך גל של 507nm .

הנצילות הקוונטית היא מאפיין בסיסי של חיישנים שונים שמאפשר השוואה בין היעלות שלהם. יעילות קוונטית של מצלמות CCD לשימושים מדעיים יכלות להגיע עד קרוב ל-100% באורכי גל מסוימים , יעילות קוונטית מירבית של סרטי צילום היא כ-10% ואילו זו של העין מגיעה לשיא של כ-5% . נצילות קוונטית מאפיינת גם תאים פוטו-וולטאים בהם היא יכולה להגיע גם עד 20% .

הגדרת הנצילות שניתנה בראשית הערך היא של גודל חסר ממד, כפי שנהוג להגדיר נצילות באופן כללי, כיחס בין שני גדלים זהי ממד, בדרך כלל הספק או, בהקשר זה, מספר חלקיקים (פוטונים מול אלקטרונים). עם זאת, לעיתים משתמשים במונח "נצילות קוונטית" כדי לתאר יחסים אחרים, למשל זרם מושרה ליחידת שטף קרינה .