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 być przełomem w dziedzinie ogniw słonecznych i innychfotodetektoryJeśli hipotetyczne urządzenie fotowoltaiczne ma zewnętrzną wydajność kwantową wynoszącą 100 procent, oznacza to, że każdy foton, który w nie uderza, wytwarza elektron, który jest zbierany jako elektryczność przez obwód.

A to nowe urządzenie nie tylko osiąga 100-procentową wydajność, ale ponad 100 procent. 132% oznacza średnio 1,32 elektronów na foton. Wykorzystuje czarny krzem jako materiał aktywny i ma stożkową i kolumnową nanostrukturę, która może absorbować światło 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 uderza w substancję aktywną, zwykle krzem, wybija elektron z jednego z atomów. Ale w niektórych przypadkach foton o wysokiej energii może wybić dwa elektrony, nie łamiąc żadnych praw fizyki.

Nie ma wątpliwości, że wykorzystanie tego zjawiska może być bardzo pomocne w ulepszaniu konstrukcji ogniw słonecznych. W wielu materiałach optoelektronicznych wydajność jest tracona na wiele sposobów, w tym, gdy fotony odbijają się od urządzenia lub elektrony łączą się z „dziurami” pozostawionymi w atomach przed zebraniem przez obwód.

Ale zespół Aalto twierdzi, że w dużej mierze usunęli te przeszkody. Czarny krzem pochłania więcej fotonów niż inne materiały, a stożkowe i kolumnowe nanostruktury redukują rekombinację elektronów na powierzchni materiału.

Ogólnie rzecz biorąc, dzięki tym postępom zewnętrzna wydajność kwantowa urządzenia osiągnęła 130%. Wyniki zespołu zostały niezależnie zweryfikowane przez niemiecki narodowy Instytut Metrologii, PTB (Niemiecki Federalny Instytut Fizyki).

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