Czarny krzemowy fotodetektor: zewnętrzna wydajność kwantowa do 132%

Czarny krzemfotodetektorrekord: zewnętrzna wydajność kwantowa do 132%

Według doniesień medialnych, naukowcy z Uniwersytetu Aalto opracowali urządzenie optoelektroniczne o zewnętrznej wydajności kwantowej sięgającej 132%. To niezwykłe osiągnięcie udało się osiągnąć dzięki zastosowaniu nanostrukturyzowanego czarnego krzemu, co może okazać się przełomem w dziedzinie ogniw słonecznych i innych technologii.fotodetektoryJeśli hipotetyczne urządzenie fotowoltaiczne ma zewnętrzną wydajność kwantową wynoszącą 100 procent, oznacza to, że każdy foton, który uderza w nie, wytwarza elektron, który jest zbierany w postaci prądu elektrycznego przez obwód.

To nowe urządzenie osiąga nie tylko 100-procentową, ale ponad 100-procentową sprawność. 132% oznacza średnio 1,32 elektronu na foton. Wykorzystuje czarny krzem jako materiał aktywny i ma stożkową i kolumnową nanostrukturę, która pochłania promieniowanie ultrafioletowe.

Oczywistym jest, że nie da się wytworzyć 0,32 dodatkowych elektronów z powietrza. W końcu fizyka mówi, że energii nie da się wytworzyć z powietrza, więc skąd biorą się te dodatkowe elektrony?

Wszystko sprowadza się do ogólnej zasady działania materiałów fotowoltaicznych. Kiedy foton padającego światła trafia w substancję aktywną, zazwyczaj krzem, wybija elektron z jednego z atomów. Jednak w niektórych przypadkach foton o wysokiej energii może wybić dwa elektrony, nie naruszając żadnych praw fizyki.

Nie ma wątpliwości, że wykorzystanie tego zjawiska może być bardzo pomocne w udoskonaleniu konstrukcji ogniw słonecznych. W wielu materiałach optoelektronicznych wydajność spada na wiele sposobów, między innymi gdy fotony odbijają się od urządzenia lub gdy elektrony rekombinują z „dziurami” pozostałymi w atomach, zanim zostaną zebrane przez obwód.

Zespół Aalto twierdzi jednak, że w dużej mierze wyeliminował te przeszkody. Czarny krzem pochłania więcej fotonów niż inne materiały, a stożkowa i kolumnowa nanostruktura ogranicza rekombinację elektronów na powierzchni materiału.

Ogólnie rzecz biorąc, te postępy pozwoliły na osiągnięcie zewnętrznej wydajności kwantowej urządzenia na poziomie 130%. Wyniki zespołu zostały nawet niezależnie zweryfikowane przez niemiecki Narodowy Instytut Metrologii, PTB (Niemiecki Federalny Instytut Fizyki).

Zdaniem badaczy rekordowa wydajność może poprawić wydajność praktycznie każdego fotodetektora, w tym ogniw słonecznych i innych czujników światła. Nowy detektor jest już wykorzystywany komercyjnie.