Sort siliciumfotodetektorrekord: ekstern kvanteeffektivitet op til 132%
Ifølge medierapporter har forskere ved Aalto Universitetet udviklet en optoelektronisk enhed med en ekstern kvanteeffektivitet på op til 132 %.Denne usandsynlige bedrift blev opnået ved at bruge nanostruktureret sort silicium, som kunne være et stort gennembrud for solceller og andrefotodetektorer.Hvis 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 procent effektivitet, men mere end 100 procent.132% betyder et gennemsnit på 1,32 elektroner pr. foton.Den bruger sort silicium som det aktive materiale og har en kegle og søjleformet nanostruktur, der kan absorbere ultraviolet lys.
Man kan åbenbart ikke skabe 0,32 ekstra elektroner ud af den tynde luft, jo fysikken siger, at energi ikke kan skabes ud af den tynde luft, så hvor kommer disse ekstra elektroner fra?
Det hele kommer ned til det generelle arbejdsprincip 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 fysiske 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 rekombinerer med de "huller", der er tilbage i atomerne, før de opsamles af kredsløbet.
Men Aaltos team siger, at de stort set har fjernet disse forhindringer.Sort silicium absorberer flere fotoner end andre materialer, og de tilspidsede 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 metrologiinstitut, PTB (det tyske føderale fysikinstitut).
Ifølge forskerne kunne denne rekordeffektivitet forbedre ydeevnen af stort set enhver fotodetektor, inklusive solceller og andre lyssensorer, og den nye detektor bliver allerede brugt kommercielt.
Indlægstid: 31-jul-2023