Svart kiselfotodetektorrekord: extern kvanteffektivitet upp till 132%
Enligt rapporter i media har forskare vid Aalto-universitetet utvecklat en optoelektronisk enhet med en extern kvanteffektivitet på upp till 132 %. Denna osannolika bedrift uppnåddes genom att använda nanostrukturerat svart kisel, vilket kan bli ett stort genombrott för solceller och andrafotodetektorer. Om en hypotetisk solcellsapparat har en extern kvantverkningsgrad på 100 procent betyder det att varje foton som träffar den producerar en elektron, som samlas in som elektricitet genom en krets.
Och den här nya enheten uppnår inte bara 100 procent effektivitet, utan mer än 100 procent. 132% betyder i genomsnitt 1,32 elektroner per foton. Den använder svart kisel som aktivt material och har en kon och kolumnformad nanostruktur som kan absorbera ultraviolett ljus.
Uppenbarligen kan man inte skapa 0,32 extra elektroner ur tunn luft, trots allt säger fysiken att energi inte kan skapas ur tunn luft, så var kommer dessa extra elektroner ifrån?
Allt beror på den allmänna arbetsprincipen för solcellsmaterial. När en foton av det infallande ljuset träffar en aktiv substans, vanligtvis kisel, slår den ut en elektron ur en av atomerna. Men i vissa fall kan en högenergifoton slå ut två elektroner utan att bryta mot några fysikens lagar.
Det råder ingen tvekan om att utnyttjandet av detta fenomen kan vara till stor hjälp för att förbättra utformningen av solceller. I många optoelektroniska material går effektiviteten förlorad på ett antal sätt, inklusive när fotoner reflekteras från enheten eller elektroner rekombinerar med "hålen" som finns kvar i atomerna innan de samlas upp av kretsen.
Men Aaltos team säger att de till stor del har tagit bort dessa hinder. Svart kisel absorberar fler fotoner än andra material, och de avsmalnande och kolumnformade nanostrukturerna minskar elektronrekombinationen på materialets yta.
Sammantaget har dessa framsteg gjort det möjligt för enhetens externa kvantverkningsgrad att nå 130 %. Teamets resultat har till och med verifierats oberoende av Tysklands nationella metrologiinstitut, PTB (German Federal Institute of Physics).
Enligt forskarna kan denna rekordeffektivitet förbättra prestandan för i princip vilken fotodetektor som helst, inklusive solceller och andra ljussensorer, och den nya detektorn används redan kommersiellt.
Posttid: 2023-jul-31