Svart silikonfotodetektorrekord: extern kvanteffektivitet upp till 132%
Enligt medierapporter har forskare vid Aalto-universitetet utvecklat en optoelektronisk anordning med en extern kvanteffektivitet på upp till 132 %. Denna osannolika bedrift uppnåddes genom att använda nanostrukturerat svart kisel, vilket skulle kunna vara ett stort genombrott för solceller och andra ...fotodetektorerOm en hypotetisk solcellsanordning har en extern kvantverkningsgrad på 100 procent, betyder det att varje foton som träffar den producerar en elektron, som samlas upp som elektricitet genom en krets.
Och den här nya enheten uppnår inte bara 100 procents effektivitet, utan mer än 100 procent. 132 % betyder ett genomsnitt på 1,32 elektroner per foton. Den använder svart kisel som aktivt material och har en kon- och kolumnär nanostruktur som kan absorbera ultraviolett ljus.
Självklart kan man inte skapa 0,32 extra elektroner ur tomma luften, fysiken säger ju trots allt att energi inte kan skapas ur tomma luften, så var kommer dessa extra elektroner ifrån?
Allt handlar om den allmänna funktionsprincipen för solceller. När en foton från det infallande ljuset träffar ett aktivt ämne, vanligtvis kisel, slår den ut en elektron ur en av atomerna. Men i vissa fall kan en högenergisk foton 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 designen av solceller. I många optoelektroniska material förloras effektivitet på flera sätt, bland annat när fotoner reflekteras från enheten eller när elektroner rekombineras med de "hål" som finns kvar i atomerna innan de samlas upp av kretsen.
Men Aaltos team säger att de till stor del har undanröjt dessa hinder. Svart kisel absorberar fler fotoner än andra material, och de avsmalnande och kolumnära 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 metrologiska institut, PTB (tyska federala institutet för fysik).
Enligt forskarna skulle denna rekordhöga effektivitet kunna förbättra prestandan hos i princip vilken fotodetektor som helst, inklusive solceller och andra ljussensorer, och den nya detektorn används redan kommersiellt.
Publiceringstid: 31 juli 2023