Rekord fotodetektora crnog silikona: vanjska kvantna efikasnost do 132%

Crni silicijumfotodetektorrekord: eksterna kvantna efikasnost do 132%

Prema medijskim izvještajima, istraživači sa Univerziteta Aalto razvili su optoelektronski uređaj sa eksternom kvantnom efikasnošću do 132%. Ovaj malo vjerojatan podvig postignut je korištenjem nanostrukturiranog crnog silicija, što bi moglo biti veliko otkriće za solarne ćelije i drugefotodetektori. Ako hipotetički fotonaponski uređaj ima vanjsku kvantnu efikasnost od 100 posto, to znači da svaki foton koji ga udari proizvodi elektron, koji se skuplja kao električna energija kroz kolo.

A ovaj novi uređaj ne samo da postiže 100 posto efikasnosti, već više od 100 posto. 132% znači u prosjeku 1,32 elektrona po fotonu. Koristi crni silicij kao aktivni materijal i ima konusnu i stupastu nanostrukturu koja može apsorbirati ultraljubičasto svjetlo.

Očigledno je da ne možete stvoriti 0,32 dodatna elektrona iz zraka, na kraju krajeva, fizika kaže da se energija ne može stvoriti iz zraka, pa odakle ti dodatni elektroni dolaze?

Sve se svodi na opći princip rada fotonaponskih materijala. Kada foton upadne svjetlosti udari u aktivnu supstancu, obično silicijum, on izbacuje elektron iz jednog od atoma. Ali u nekim slučajevima, foton visoke energije može nokautirati dva elektrona bez kršenja zakona fizike.

Nema sumnje da iskorištavanje ovog fenomena može biti od velike pomoći u poboljšanju dizajna solarnih ćelija. U mnogim optoelektronskim materijalima, efikasnost se gubi na više načina, uključujući kada se fotoni reflektuju od uređaja ili se elektroni rekombinuju sa „rupama“ koje su ostale u atomima pre nego što ih sakupi kolo.

Ali Aaltov tim kaže da su u velikoj mjeri uklonili te prepreke. Crni silicijum apsorbuje više fotona od drugih materijala, a konusne i stupaste nanostrukture smanjuju rekombinaciju elektrona na površini materijala.

Sve u svemu, ovaj napredak je omogućio da eksterna kvantna efikasnost uređaja dostigne 130%. Rezultati tima su čak nezavisno verifikovani od strane nemačkog nacionalnog instituta za metrologiju, PTB (Nemački savezni institut za fiziku).

Prema istraživačima, ova rekordna efikasnost mogla bi poboljšati performanse praktično bilo kojeg fotodetektora, uključujući solarne ćelije i druge svjetlosne senzore, a novi detektor se već koristi komercijalno.