Zwart siliciumfotodetectorRecord: externe kwantumefficiëntie tot 132%
Volgens berichten in de media hebben onderzoekers van de Aalto University een opto -elektronisch apparaat ontwikkeld met een externe kwantumefficiëntie van maximaal 132%. Deze onwaarschijnlijke prestatie werd bereikt door het gebruik van nanostructureerd zwart silicium, wat een grote doorbraak zou kunnen zijn voor zonnecellen en anderefotodetectors. Als een hypothetisch fotovoltaïsche apparaat een externe kwantumefficiëntie van 100 procent heeft, betekent dit dat elk foton dat het raakt een elektron produceert, dat door een circuit als elektriciteit wordt verzameld.
En dit nieuwe apparaat bereikt niet alleen 100 procent efficiëntie, maar ook meer dan 100 procent. 132% betekent gemiddeld 1,32 elektronen per foton. Het gebruikt zwart silicium als het actieve materiaal en heeft een kegel- en kolomvormige nanostructuur die ultraviolet licht kan absorberen.
Uiteraard kunt u niet 0,32 extra elektronen uit dunne lucht maken, zegt de fysica tenslotte dat energie niet uit dunne lucht kan worden gemaakt, dus waar komen deze extra elektronen vandaan?
Het komt allemaal neer op het algemene werkingsprincipe van fotovoltaïsche materialen. Wanneer een foton van het invallende licht een actieve stof raakt, meestal silicium, slaat het een elektron uit een van de atomen. Maar in sommige gevallen kan een energierijke foton twee elektronen uitschakelen zonder eventuele natuurwetten te overtreden.
Het lijdt geen twijfel dat het benutten van dit fenomeen zeer nuttig kan zijn bij het verbeteren van het ontwerp van zonnecellen. In veel opto -elektronische materialen gaat de efficiëntie op een aantal manieren verloren, inclusief wanneer fotonen worden weerspiegeld van het apparaat of elektronen recombineren met de "gaten" die in de atomen zijn achtergelaten voordat ze door het circuit worden verzameld.
Maar het team van Aalto zegt dat ze die obstakels grotendeels hebben verwijderd. Zwart silicium absorbeert meer fotonen dan andere materialen, en de taps toelopende en kolomvormige nanostructuren verminderen elektronenrecombinatie op het oppervlak van het materiaal.
Over het algemeen hebben deze vooruitgang de externe kwantumefficiëntie van het apparaat mogelijk gemaakt om 130%te bereiken. De resultaten van het team zijn zelfs onafhankelijk geverifieerd door het National Metrology Institute van Duitsland, de PTB (Duitse Federal Institute of Physics).
Volgens de onderzoekers zou deze recordefficiëntie de prestaties van in principe elke fotodetector kunnen verbeteren, inclusief zonnecellen en andere lichtsensoren, en de nieuwe detector wordt al commercieel gebruikt.
Posttijd: Jul-31-2023