Zapis črnega silicijevega fotodetektorja: zunanja kvantna učinkovitost do 132 %

Črni silicijfotodetektorrekord: zunanja kvantna učinkovitost do 132 %

Po poročanju medijev so raziskovalci na Univerzi Aalto razvili optoelektronsko napravo z zunanjim kvantnim izkoristkom do 132 %. Ta neverjeten podvig so dosegli z uporabo nanostrukturiranega črnega silicija, ki bi lahko bil velik preboj za sončne celice in druge ...fotodetektorjiČe ima hipotetična fotovoltaična naprava zunanji kvantni izkoristek 100 odstotkov, to pomeni, da vsak foton, ki jo zadene, proizvede elektron, ki se prek vezja zbere kot elektrika.

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

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

Vse se vrti okoli splošnega načela delovanja fotovoltaičnih materialov. Ko foton vpadne svetlobe zadene aktivno snov, običajno silicij, izbije elektron iz enega od atomov. V nekaterih primerih pa lahko visokoenergijski foton izbije dva elektrona, ne da bi pri tem kršil kakršne koli zakone fizike.

Ni dvoma, da je izkoriščanje tega pojava lahko zelo koristno pri izboljšanju zasnove sončnih celic. Pri mnogih optoelektronskih materialih se učinkovitost izgubi na več načinov, vključno z odbojem fotonov od naprave ali rekombinacijo elektronov z "luknjami", ki ostanejo v atomih, preden jih zbere vezje.

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

Na splošno so ti napredki omogočili, da je zunanja kvantna učinkovitost naprave dosegla 130 %. Rezultate ekipe je neodvisno potrdil celo nemški nacionalni metrološki inštitut 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.