Fekete szilíciumfotodetektorrekord: akár 132%-os külső kvantumhatásfok
Sajtóértesülések szerint az Aalto Egyetem kutatói egy optoelektronikai eszközt fejlesztettek ki, amelynek külső kvantumhatásfoka akár 132% is lehet. Ezt a valószínűtlen teljesítményt nanoszerkezetű fekete szilícium felhasználásával érték el, ami jelentős áttörést jelenthet a napelemek és más technológiák számára.fotodetektorokHa egy hipotetikus fotovoltaikus eszköz külső kvantumhatásfoka 100 százalék, az azt jelenti, hogy minden becsapódó foton elektront termel, amelyet egy áramkör elektromos áramként gyűjt össze.
És ez az új eszköz nemcsak 100 százalékos hatásfokot ér el, hanem több mint 100 százalékot. A 132% átlagosan 1,32 elektront jelent fotononként. Aktív anyagként fekete szilíciumot használ, és kúpos és oszlopos nanoszerkezettel rendelkezik, amely képes elnyelni az ultraibolya fényt.
Nyilvánvalóan nem lehet 0,32 plusz elektront létrehozni a levegőből, elvégre a fizika azt mondja, hogy a levegőből nem lehet energiát létrehozni, akkor honnan jönnek ezek a plusz elektronok?
Minden a fotovoltaikus anyagok általános működési elvén múlik. Amikor a beeső fény fotonja egy aktív anyaghoz, általában szilíciumhoz ér, kiüt egy elektront az egyik atomból. De bizonyos esetekben egy nagy energiájú foton két elektront is kiüthet anélkül, hogy a fizika törvényeit megsértené.
Kétségtelen, hogy ennek a jelenségnek a kiaknázása nagyon hasznos lehet a napelemek tervezésének javításában. Számos optoelektronikai anyagnál a hatékonyság számos módon csökken, többek között akkor, amikor a fotonok visszaverődnek az eszközről, vagy amikor az elektronok újra egyesülnek az atomokban maradt „lyukakkal”, mielőtt az áramkör összegyűjtené őket.
Aalto csapata azonban azt állítja, hogy nagyrészt elhárították ezeket az akadályokat. A fekete szilícium több fotont nyel el, mint más anyagok, és a kúpos és oszlopos nanoszerkezetek csökkentik az elektronrekombinációt az anyag felületén.
Összességében ezek az előrelépések lehetővé tették, hogy az eszköz külső kvantumhatásfoka elérje a 130%-ot. A csapat eredményeit Németország nemzeti Metrológiai Intézete, a PTB (Német Szövetségi Fizikai Intézet) is függetlenül ellenőrizte.
A kutatók szerint ez a rekordhatékonyság gyakorlatilag bármilyen fotodetektor teljesítményét javíthatja, beleértve a napelemeket és más fényérzékelőket is, és az új detektort már kereskedelmi forgalomban is használják.
Közzététel ideje: 2023. július 31.