Záznam čierneho kremíkového fotodetektora: externá kvantová účinnosť až 132 %

Čierny silikónfotodetektorrekord: externá kvantová účinnosť až 132 %

Podľa správ z médií výskumníci z Aalto University vyvinuli optoelektronické zariadenie s externou kvantovou účinnosťou až 132 %. Tento nepravdepodobný úspech sa dosiahol použitím nanostruktúrovaného čierneho kremíka, ktorý by mohol byť významným prelomom pre solárne články a ďalšie...fotodetektoryAk má hypotetické fotovoltaické zariadenie externú kvantovú účinnosť 100 percent, znamená to, že každý fotón, ktorý ho zasiahne, vyprodukuje elektrón, ktorý sa prostredníctvom obvodu zhromažďuje ako elektrina.

A toto nové zariadenie dosahuje nielen 100-percentnú účinnosť, ale viac ako 100 percent. 132 % znamená priemer 1,32 elektrónov na fotón. Ako aktívny materiál používa čierny kremík a má kužeľovú a stĺpcovú nanoštruktúru, ktorá dokáže absorbovať ultrafialové svetlo.

Je zrejmé, že nemôžete vytvoriť 0,32 elektrónov navyše z ničoho nič, fyzika napokon hovorí, že energia sa nedá vytvoriť z ničoho nič, takže odkiaľ sa tieto elektróny navyše berú?

Všetko sa točí okolo všeobecného princípu fungovania fotovoltaických materiálov. Keď fotón dopadajúceho svetla zasiahne aktívnu látku, zvyčajne kremík, vybije elektrón z jedného z atómov. V niektorých prípadoch však fotón s vysokou energiou dokáže vybiť dva elektróny bez porušenia akýchkoľvek fyzikálnych zákonov.

Niet pochýb o tom, že využitie tohto javu môže byť veľmi užitočné pri zlepšovaní dizajnu solárnych článkov. V mnohých optoelektronických materiáloch sa účinnosť stráca rôznymi spôsobmi, vrátane odrazu fotónov od zariadenia alebo rekombinácie elektrónov s „dierami“, ktoré zostali v atómoch predtým, ako ich zachytí obvod.

Aaltov tím však tvrdí, že tieto prekážky do značnej miery odstránili. Čierny kremík absorbuje viac fotónov ako iné materiály a zužujúce sa a stĺpcové nanostruktúry znižujú rekombináciu elektrónov na povrchu materiálu.

Celkovo tieto pokroky umožnili dosiahnuť externú kvantovú účinnosť zariadenia na úrovni 130 %. Výsledky tímu boli dokonca nezávisle overené nemeckým národným metrologickým inštitútom PTB (Nemecký federálny inštitút fyziky).

Podľa výskumníkov by táto rekordná účinnosť mohla zlepšiť výkon v podstate akéhokoľvek fotodetektora vrátane solárnych článkov a iných svetelných senzorov a nový detektor sa už komerčne používa.