Sort silikonefotodetektorrekord: ekstern kvanteeffektivitet på op til 132%
Ifølge medierapporter har forskere ved Aalto Universitet udviklet en optoelektronisk enhed med en ekstern kvanteeffektivitet på op til 132 %. Denne usandsynlige bedrift blev opnået ved at bruge nanostruktureret sort silicium, hvilket kunne være et stort gennembrud for solceller og andre ...fotodetektorerHvis en hypotetisk fotovoltaisk enhed har en ekstern kvanteeffektivitet på 100 procent, betyder det, at hver foton, der rammer den, producerer en elektron, som opsamles som elektricitet gennem et kredsløb.
Og denne nye enhed opnår ikke kun 100 procents effektivitet, men mere end 100 procent. 132% betyder et gennemsnit på 1,32 elektroner pr. foton. Den bruger sort silicium som aktivt materiale og har en kegleformet og søjleformet nanostruktur, der kan absorbere ultraviolet lys.
Man kan naturligvis ikke skabe 0,32 ekstra elektroner ud af den blå luft, for fysikken siger jo, at energi ikke kan skabes ud af den blå luft, så hvor kommer disse ekstra elektroner fra?
Det hele handler om det generelle funktionsprincip for fotovoltaiske materialer. Når en foton af det indfaldende lys rammer et aktivt stof, normalt silicium, slår det en elektron ud af et af atomerne. Men i nogle tilfælde kan en højenergifoton slå to elektroner ud uden at bryde nogen af fysikkens love.
Der er ingen tvivl om, at udnyttelse af dette fænomen kan være meget nyttigt til at forbedre designet af solceller. I mange optoelektroniske materialer går effektiviteten tabt på en række måder, herunder når fotoner reflekteres fra enheden, eller elektroner rekombineres med de "huller", der er tilbage i atomerne, før de opsamles af kredsløbet.
Men Aaltos team siger, at de i vid udstrækning har fjernet disse hindringer. Sort silicium absorberer flere fotoner end andre materialer, og de koniske og søjleformede nanostrukturer reducerer elektronrekombination på materialets overflade.
Samlet set har disse fremskridt gjort det muligt for enhedens eksterne kvanteeffektivitet at nå 130%. Holdets resultater er endda blevet uafhængigt verificeret af Tysklands nationale metrologiske institut, PTB (Tysk Forbundsinstitut for Fysik).
Ifølge forskerne kan denne rekordhøje effektivitet forbedre ydeevnen af stort set enhver fotodetektor, inklusive solceller og andre lyssensorer, og den nye detektor bruges allerede kommercielt.
Opslagstidspunkt: 31. juli 2023