Zapis fotodetektora z czarnego krzemu: zewnętrzna wydajność kwantowa do 132%

Czarny silikonfotodetektorrekord: zewnętrzna wydajność kwantowa do 132%

Według doniesień mediów naukowcy z Uniwersytetu Aalto opracowali urządzenie optoelektroniczne o zewnętrznej wydajności kwantowej sięgającej 132%. Tego nieprawdopodobnego osiągnięcia dokonano dzięki zastosowaniu nanostrukturalnego czarnego krzemu, co może stanowić poważny przełom w dziedzinie ogniw słonecznych i nie tylkofotodetektory. Jeśli hipotetyczne urządzenie fotowoltaiczne ma zewnętrzną wydajność kwantową wynoszącą 100 procent, oznacza to, że każdy foton, który w nie uderza, wytwarza elektron, który jest gromadzony w obwodzie w postaci energii elektrycznej.

A to nowe urządzenie osiąga nie tylko 100-procentową wydajność, ale ponad 100-procentową. 132% oznacza średnio 1,32 elektronu na foton. Wykorzystuje czarny krzem jako materiał aktywny i ma stożkową i kolumnową nanostrukturę, która może pochłaniać światło ultrafioletowe.

Oczywiście nie można wytworzyć 0,32 dodatkowego elektronu z powietrza, w końcu fizyka mówi, że z powietrza nie można wytworzyć energii, więc skąd pochodzą 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 bez łamania jakichkolwiek praw fizyki.

Nie ma wątpliwości, że wykorzystanie tego zjawiska może być bardzo pomocne w udoskonalaniu konstrukcji ogniw słonecznych. W wielu materiałach optoelektronicznych wydajność jest tracona na wiele sposobów, na przykład w wyniku odbicia fotonów od urządzenia lub elektronów rekombinujących z „dziurami” pozostawionymi w atomach, zanim zostaną zebrane przez obwód.

Zespół Aalto twierdzi jednak, że w dużej mierze usunął te przeszkody. Czarny krzem pochłania więcej fotonów niż inne materiały, a zwężające się i kolumnowe nanostruktury ograniczają rekombinację elektronów na powierzchni materiału.

Ogólnie rzecz biorąc, postępy te umożliwiły 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 naukowców ta rekordowa wydajność może poprawić wydajność praktycznie każdego fotodetektora, w tym ogniw słonecznych i innych czujników światła, a nowy detektor jest już stosowany komercyjnie.