Zapis fotodetektorja iz črnega silicija: zunanja kvantna učinkovitost do 132 %

Črni silicijfotodetektorrekord: zunanja kvantna učinkovitost do 132 %

Po poročanju medijev so raziskovalci na univerzi Aalto razvili optoelektronsko napravo z zunanjo kvantno učinkovitostjo do 132 %. Ta malo verjeten podvig je bil dosežen z uporabo nanostrukturiranega črnega silicija, ki bi lahko bil velik preboj za sončne celice in drugefotodetektorji. Če ima hipotetična fotovoltaična naprava 100-odstotno zunanjo kvantno učinkovitost, to pomeni, da vsak foton, ki jo zadene, proizvede elektron, ki se zbere kot elektrika skozi vezje.

In ta nova naprava ne dosega le 100-odstotne učinkovitosti, ampak več kot 100-odstotno. 132 % pomeni povprečno 1,32 elektrona na foton. Kot aktivni material uporablja črni silicij in ima stožčasto in stebrasto nanostrukturo, ki lahko absorbira ultravijolično svetlobo.

Očitno ne morete ustvariti 0,32 dodatnih elektronov iz zraka, navsezadnje fizika pravi, da energije ni mogoče ustvariti iz zraka, od kod torej ti dodatni elektroni?

Vse je odvisno od splošnega principa delovanja fotovoltaičnih materialov. Ko foton vpadne svetlobe zadene aktivno snov, običajno silicij, iz enega od atomov izbije elektron. Toda v nekaterih primerih lahko visokoenergijski foton izloči dva elektrona, ne da bi pri tem kršil kateri koli zakon fizike.

Nobenega dvoma ni, da je lahko izkoriščanje tega pojava zelo koristno pri izboljšanju zasnove sončnih celic. Pri mnogih optoelektronskih materialih se učinkovitost izgubi na več načinov, vključno s tem, ko se fotoni odbijajo od naprave ali se elektroni rekombinirajo z "luknjami", ki ostanejo v atomih, preden jih zbere vezje.

Toda Aaltova ekipa pravi, da je v veliki meri odstranila te ovire. Črni silicij absorbira več fotonov kot drugi materiali, zožene in stebraste nanostrukture pa zmanjšujejo rekombinacijo elektronov na površini materiala.

Na splošno je ta napredek omogočil, da je zunanja kvantna učinkovitost naprave dosegla 130 %. Rezultate ekipe je celo neodvisno preveril nemški nacionalni inštitut za meroslovje, PTB (Nemški zvezni inštitut za fiziko).

Po mnenju raziskovalcev bi ta rekordna učinkovitost lahko izboljšala delovanje praktično katerega koli fotodetektorja, vključno s sončnimi celicami in drugimi svetlobnimi senzorji, novi detektor pa se že uporablja komercialno.