Черный силиконфотодетекторрекорд: внешняя квантовая эффективность до 132%
По сообщениям СМИ, исследователи из Университета Аалто разработали оптоэлектронное устройство с внешней квантовой эффективностью до 132%. Этого невероятного достижения удалось достичь благодаря использованию наноструктурированного чёрного кремния, что может стать серьёзным прорывом в области солнечных элементов и других технологий.фотодетекторы. Если гипотетическое фотоэлектрическое устройство имеет внешнюю квантовую эффективность 100 процентов, это означает, что каждый падающий на него фотон создаёт электрон, который собирается в виде электричества через цепь.
Это новое устройство достигает не просто 100% эффективности, а даже более 100%. 132% означает в среднем 1,32 электрона на фотон. В качестве активного материала используется чёрный кремний, а конусно-столбчатая наноструктура поглощает ультрафиолетовое излучение.
Очевидно, что невозможно создать 0,32 дополнительных электрона из воздуха, в конце концов, физика утверждает, что энергия не может быть создана из воздуха, так откуда же берутся эти дополнительные электроны?
Всё сводится к общему принципу работы фотоэлектрических материалов. Когда фотон падающего света попадает на активное вещество, обычно кремний, он выбивает электрон из одного из атомов. Но в некоторых случаях фотон высокой энергии может выбить два электрона, не нарушая никаких законов физики.
Несомненно, использование этого явления может быть очень полезно для улучшения конструкции солнечных элементов. Во многих оптоэлектронных материалах эффективность снижается по ряду причин, в том числе при отражении фотонов от устройства или при рекомбинации электронов с «дырками», оставшимися в атомах до того, как они будут собраны схемой.
Но команда Аалто утверждает, что им удалось в значительной степени устранить эти препятствия. Чёрный кремний поглощает больше фотонов, чем другие материалы, а конусообразные и столбчатые наноструктуры снижают рекомбинацию электронов на поверхности материала.
В целом, эти достижения позволили достичь внешней квантовой эффективности устройства в 130%. Результаты исследования были независимо подтверждены Немецким федеральным институтом метрологии (PTB).
По словам исследователей, такая рекордная эффективность может улучшить работу практически любого фотодетектора, включая солнечные батареи и другие датчики света, и новый детектор уже используется в коммерческих целях.
Время публикации: 31 июля 2023 г.