Черный силиконфотодетекторрекорд: внешняя квантовая эффективность до 132%
По сообщениям СМИ, исследователи из Университета Аалто разработали оптоэлектронное устройство с внешней квантовой эффективностью до 132%. Этот маловероятный подвиг был достигнут с помощью использования наноструктурированного черного кремния, что может стать крупным прорывом для солнечных батарей и другихфотодетекторы. Если гипотетическое фотоэлектрическое устройство имеет внешнюю квантовую эффективность 100 процентов, это означает, что каждый фотон, который попадает на него, производит электрон, который собирается в виде электричества через цепь.
И это новое устройство не просто достигает 100-процентной эффективности, а более 100 процентов. 132% означает в среднем 1,32 электрона на фотон. Оно использует черный кремний в качестве активного материала и имеет конусную и столбчатую наноструктуру, которая может поглощать ультрафиолетовый свет.
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?
Все 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 высокоэнергетический фотон может выбить два электрона, не нарушая никаких законов физики.
Нет сомнений, что использование этого явления может быть очень полезным для улучшения конструкции солнечных элементов. Во многих оптоэлектронных материалах эффективность теряется несколькими способами, в том числе, когда фотоны отражаются от устройства или электроны рекомбинируют с «дырками», оставшимися в атомах, прежде чем их соберет схема.
Но команда Аалто утверждает, что они в значительной степени устранили эти препятствия. Черный кремний поглощает больше фотонов, чем другие материалы, а конические и столбчатые наноструктуры уменьшают рекомбинацию электронов на поверхности материала.
В целом, эти достижения позволили внешней квантовой эффективности устройства достичь 130%. Результаты команды даже были независимо проверены Немецким национальным метрологическим институтом, PTB (Немецкий федеральный институт физики).
По словам исследователей, эта рекордная эффективность может улучшить работу практически любого фотодетектора, включая солнечные элементы и другие датчики света, и новый детектор уже используется в коммерческих целях.
Время публикации: 31 июля 2023 г.