Черный кремнийфотодетекторРекорд: внешняя квантовая эффективность до 132%.
Согласно сообщениям СМИ, исследователи из Университета Аалто разработали оптоэлектронное устройство с внешней квантовой эффективностью до 132%. Это невероятное достижение было получено с использованием наноструктурированного черного кремния, что может стать крупным прорывом для солнечных элементов и других устройств.фотодетекторыЕсли гипотетическое фотоэлектрическое устройство имеет внешнюю квантовую эффективность 100 процентов, это означает, что каждый фотон, попадающий на него, производит электрон, который собирается в виде электричества через цепь.
И это новое устройство не просто достигает 100-процентной эффективности, а превосходит её. 132% означает в среднем 1,32 электрона на фотон. В качестве активного материала используется чёрный кремний, а его конусообразная и столбчатая наноструктура способна поглощать ультрафиолетовое излучение.
Очевидно, что невозможно создать 0,32 дополнительных электрона из воздуха, ведь физика утверждает, что энергию нельзя получить 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 высокоэнергетический фотон может выбить два электрона, не нарушая при этом никаких законов физики.
Несомненно, использование этого явления может быть очень полезным для улучшения конструкции солнечных элементов. Во многих оптоэлектронных материалах эффективность теряется по ряду причин, в том числе при отражении фотонов от устройства или рекомбинации электронов с «дырками», оставшимися в атомах, прежде чем они будут собраны цепью.
Однако команда Аалто утверждает, что им в значительной степени удалось устранить эти препятствия. Черный кремний поглощает больше фотонов, чем другие материалы, а конусообразные и столбчатые наноструктуры уменьшают рекомбинацию электронов на поверхности материала.
В целом, эти достижения позволили достичь внешней квантовой эффективности устройства в 130%. Результаты работы команды были даже независимо подтверждены Национальным институтом метрологии Германии, PTB (Федеральным институтом физики Германии).
По словам исследователей, эта рекордная эффективность может улучшить характеристики практически любого фотодетектора, включая солнечные элементы и другие датчики света, и новый детектор уже используется в коммерческих целях.
Дата публикации: 31 июля 2023 г.