Zapis fotodetektora od crnog silicija: vanjska kvantna učinkovitost do 132%

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 nevjerojatni podvig postignut je upotrebom nanostrukturiranog crnog silicija, što bi moglo biti veliko otkriće za solarne ćelije i drugefotodetektori. Ako hipotetski fotonaponski uređaj ima vanjsku kvantnu učinkovitost od 100 posto, to znači da svaki foton koji ga pogodi proizvodi elektron, koji se prikuplja kao električna energija kroz krug.

A ovaj novi uređaj ne samo da postiže 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 ne možete stvoriti 0,32 dodatna elektrona iz zraka, na kraju krajeva, fizika kaže da se energija ne može stvoriti iz zraka, pa odakle dolaze ti dodatni elektroni?

Sve se svodi na opći princip rada fotonaponskih materijala. Kada foton upadne svjetlosti pogodi aktivnu tvar, obično silicij, izbaci elektron iz jednog od atoma. Ali u nekim slučajevima foton visoke energije može izbaciti dva elektrona bez kršenja zakona fizike.

Nema sumnje da iskorištavanje ovog fenomena može biti od velike pomoći 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" preostalim u atomima prije nego što ih skupi krug.

Ali Aaltov tim kaže da su uvelike uklonili te prepreke. Crni silicij apsorbira više fotona nego drugi materijali, a sužene i stupčaste nanostrukture smanjuju rekombinaciju elektrona na površini materijala.

Sve u svemu, ovi su pomaci omogućili da vanjska kvantna učinkovitost uređaja dosegne 130%. Rezultate tima čak je neovisno potvrdio Njemački nacionalni mjeriteljski institut, PTB (Njemački savezni institut za fiziku).

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