Svart silisium fotodetektor rekord: ekstern kvanteeffektivitet opptil 132 %

Svart silisiumfotodetektorrekord: ekstern kvanteeffektivitet opptil 132 %

I følge 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 andrefotodetektorer. Hvis en hypotetisk fotovoltaisk enhet har en ekstern kvanteeffektivitet på 100 prosent, betyr det at hvert foton som treffer det produserer et elektron, som samles 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 det aktive materialet og har en kjegle og søyleformet nanostruktur som kan absorbere ultrafiolett lys.

Åpenbart kan du ikke lage 0,32 ekstra elektroner ut av tynn luft, tross alt, fysikk sier at energi ikke kan skapes ut av tynn luft, så hvor kommer disse ekstra elektronene fra?

Det hele kommer ned til det generelle arbeidsprinsippet for solcellematerialer. 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 å utnytte dette fenomenet kan være svært nyttig for å forbedre utformingen av solceller. I mange optoelektroniske materialer går effektiviteten tapt på en rekke måter, inkludert når fotoner reflekteres av enheten eller elektroner rekombinerer 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 elektronrekombinasjonen på materialets overflate.

Samlet sett har disse fremskrittene gjort det mulig for den eksterne kvanteeffektiviteten til enheten å nå 130 %. Teamets resultater har til og med blitt uavhengig verifisert av Tysklands nasjonale metrologiinstitutt, PTB (German Federal Institute of Physics).

Ifølge forskerne kan denne rekordeffektiviteten forbedre ytelsen til praktisk talt enhver fotodetektor, inkludert solceller og andre lyssensorer, og den nye detektoren brukes allerede kommersielt.