Fekete szilícium fotodetektor rekord: külső kvantum hatásfok akár 132%

Fekete szilíciumfotodetektorrekord: külső kvantumhatékonyság akár 132%

Médiajelentések szerint az Aalto Egyetem kutatói olyan optoelektronikai eszközt fejlesztettek ki, amelynek külső kvantumhatékonysága akár 132%.Ezt a valószínűtlen bravúrt nanostrukturált fekete szilícium használatával érték el, amely jelentős áttörést jelenthet a napelemek és másfotodetektorok.Ha egy feltételezett fotovoltaikus eszköz külső kvantumhatásfoka 100 százalék, az azt jelenti, hogy minden foton, amely eltalálja, elektront termel, amelyet egy áramkörön keresztül elektromosságként gyűjtenek össze.

Ez az új készülék pedig nemcsak 100 százalékos hatékonyságot ér el, hanem több mint 100 százalékot.A 132% átlagosan 1,32 elektront jelent fotononként.Aktív anyagként fekete szilíciumot használ, kúpos és oszlopos nanoszerkezete pedig képes elnyelni az ultraibolya fényt.

Nyilvánvalóan nem lehet 0,32 extra elektront létrehozni a levegőből, elvégre a fizika azt mondja, hogy a levegőből nem lehet energiát létrehozni, akkor honnan jönnek ezek az extra elektronok?

Mindez a fotovoltaikus anyagok általános működési elvén múlik.Amikor a beeső fény fotonja egy aktív anyagot, általában szilíciumot talál, kiüt egy elektront az egyik atomból.De bizonyos esetekben egy nagy energiájú foton képes kiütni két elektront anélkül, hogy megsértené a fizika törvényeit.

Kétségtelen, hogy ennek a jelenségnek a hasznosítása nagyon hasznos lehet a napelemek tervezésének javításában.Számos optoelektronikai anyag esetében a hatékonyság számos módon csökken, például akkor, amikor a fotonok visszaverődnek az eszközről, vagy az elektronok újra egyesülnek az atomokban hagyott „lyukakkal”, mielőtt az áramkör összegyűjti őket.

Az Aalto csapata azonban azt állítja, hogy nagyrészt elhárították ezeket az akadályokat.A fekete szilícium több fotont nyel el, mint más anyagok, a kúpos és oszlopos nanoszerkezetek pedig csökkentik az elektron rekombinációt az anyag felületén.

Összességében ezek a fejlesztések lehetővé tették, hogy az eszköz külső kvantumhatékonysága elérje a 130%-ot.A csapat eredményeit még a német nemzeti metrológiai intézet, a PTB (Német Szövetségi Fizikai Intézet) is függetlenül ellenőrizte.

A kutatók szerint ez a rekordhatékonyság alapvetően bármilyen fotodetektor teljesítményét javíthatja, beleértve a napelemeket és más fényérzékelőket is, és az új detektort már kereskedelmi forgalomban is használják.