Svart silisium fotodetektoropptak: ekstern kvanteeffektivitet opptil 132 %

Svart silisiumfotodetektorrekord: ekstern kvanteeffektivitet opptil 132 %

Ifølge medieoppslag har forskere ved Aalto-universitetet utviklet en optoelektronisk enhet med en ekstern kvanteeffektivitet på opptil 132 %. Denne usannsynlige bragden ble oppnådd ved å bruke nanostrukturert svart silisium, som kan være et stort gjennombrudd for solceller og andre ...fotodetektorerHvis en hypotetisk fotovoltaisk enhet har en ekstern kvanteeffektivitet på 100 prosent, betyr det at hvert foton som treffer den produserer et elektron, som samles opp som elektrisitet gjennom en krets.

Og denne nye enheten oppnår ikke bare 100 prosent effektivitet, men mer enn 100 prosent. 132 % betyr et gjennomsnitt på 1,32 elektroner per foton. Den bruker svart silisium som aktivt materiale og har en kjegle- og søyleformet nanostruktur som kan absorbere ultrafiolett lys.

Det er åpenbart at man ikke kan lage 0,32 ekstra elektroner fra løse luften. Fysikken sier jo tross alt at energi ikke kan lages fra løse luften, så hvor kommer disse ekstra elektronene fra?

Alt kommer ned til det generelle virkeprinsippet for fotovoltaiske materialer. Når et foton av det innfallende lyset treffer et aktivt stoff, vanligvis silisium, slår det et elektron ut av et av atomene. Men i noen tilfeller kan et høyenergifoton slå ut to elektroner uten å bryte noen fysikklover.

Det er ingen tvil om at det å utnytte dette fenomenet kan være svært nyttig for å forbedre designet til solceller. I mange optoelektroniske materialer går effektiviteten tapt på en rekke måter, blant annet når fotoner reflekteres fra enheten eller elektroner rekombineres med «hullene» som er igjen i atomene før de samles opp av kretsen.

Men Aaltos team sier at de i stor grad har fjernet disse hindringene. Svart silisium absorberer flere fotoner enn andre materialer, og de koniske og søyleformede nanostrukturene reduserer elektronrekombinasjon på materialets overflate.

Samlet sett har disse fremskrittene gjort det mulig for enhetens eksterne kvanteeffektivitet å nå 130 %. Teamets resultater har til og med blitt uavhengig bekreftet av Tysklands nasjonale metrologiske institutt, PTB (Tysklands føderale fysikkinstitutt).

Ifølge forskerne kan denne rekordhøye effektiviteten forbedre ytelsen til i utgangspunktet enhver fotodetektor, inkludert solceller og andre lyssensorer, og den nye detektoren brukes allerede kommersielt.