Crni silicijfotodetektorrekord: vanjska kvantna učinkovitost do 132%
Prema medijskim izvješćima, istraživači sa Sveučilišta Aalto razvili su optoelektronički uređaj s vanjskom kvantnom učinkovitošću do 132%. Ovaj neočekivani podvig postignut je korištenjem nanostrukturiranog crnog silicija, što bi moglo biti veliki proboj za solarne ćelije i druge...fotodetektoriAko hipotetski fotonaponski uređaj ima vanjsku kvantnu učinkovitost od 100 posto, to znači da svaki foton koji ga pogodi proizvodi elektron, koji se skuplja kao električna energija putem strujnog kruga.
I ovaj novi uređaj ne postiže samo 100-postotnu učinkovitost, već više od 100 posto. 132% znači prosječno 1,32 elektrona po fotonu. Koristi crni silicij kao aktivni materijal i ima konusnu i stupčastu nanostrukturu koja može apsorbirati ultraljubičasto svjetlo.
Očito je da ne možete stvoriti 0,32 dodatna elektrona niotkuda, uostalom, fizika kaže da se energija ne može stvoriti niotkuda, pa odakle dolaze ti dodatni elektroni?
Sve se svodi na opći princip rada fotonaponskih materijala. Kada foton upadne svjetlosti pogodi aktivnu tvar, obično silicij, izbija elektron iz jednog od atoma. Ali u nekim slučajevima, foton visoke energije može izbiti dva elektrona bez kršenja ikakvih zakona fizike.
Nema sumnje da iskorištavanje ovog fenomena može biti vrlo korisno u poboljšanju dizajna solarnih ćelija. U mnogim optoelektroničkim materijalima, učinkovitost se gubi na više načina, uključujući kada se fotoni reflektiraju od uređaja ili se elektroni rekombiniraju s "rupama" koje ostaju u atomima prije nego što ih strujni krug prikupi.
No Aaltov tim kaže da su uglavnom uklonili te prepreke. Crni silicij apsorbira više fotona od drugih materijala, a sužene i stupčaste nanostrukture smanjuju rekombinaciju elektrona na površini materijala.
Sveukupno, ovi su napredci omogućili da vanjska kvantna učinkovitost uređaja dosegne 130%. Rezultate tima neovisno je provjerio i njemački nacionalni mjeriteljski institut, PTB (Njemački savezni institut za fiziku).
Prema istraživačima, ova rekordna učinkovitost mogla bi poboljšati performanse gotovo svakog fotodetektora, uključujući solarne ćelije i druge svjetlosne senzore, a novi detektor se već komercijalno koristi.
Vrijeme objave: 31. srpnja 2023.