Запис фотодетектора з чорного кремнію: зовнішня квантова ефективність до 132%

Чорний силіконфотодетекторрекорд: зовнішня квантова ефективність до 132%

За повідомленнями ЗМІ, дослідники з Університету Аалто розробили оптоелектронний пристрій із зовнішньою квантовою ефективністю до 132%. Це малоймовірне досягнення було досягнуто завдяки використанню наноструктурованого чорного кремнію, який може стати великим проривом для сонячних елементів та іншихфотодетектори. Якщо гіпотетичний фотоелектричний пристрій має зовнішню квантову ефективність 100 відсотків, це означає, що кожен фотон, який потрапляє на нього, виробляє електрон, який збирається як електрика через ланцюг.

І цей новий пристрій не тільки досягає 100-відсоткової ефективності, але й перевищує 100 відсотків. 132% означає в середньому 1,32 електрона на фотон. Він використовує чорний кремній як активний матеріал і має конічну та стовпчасту наноструктуру, яка може поглинати ультрафіолетове світло.

Очевидно, ви не можете створити 0,32 додаткових електрона з повітря, зрештою, фізика каже, що енергія не може бути створена з повітря, тож звідки беруться ці додаткові електрони?

Все зводиться до загального принципу роботи фотоелектричних матеріалів. Коли фотон падаючого світла потрапляє на активну речовину, зазвичай кремній, він вибиває електрон з одного з атомів. Але в деяких випадках фотон високої енергії може вибити два електрони, не порушуючи жодних законів фізики.

Немає сумніву, що використання цього явища може бути дуже корисним для вдосконалення дизайну сонячних елементів. У багатьох оптоелектронних матеріалах ефективність втрачається кількома способами, зокрема коли фотони відбиваються від пристрою або електрони рекомбінуються з «дірками», що залишилися в атомах, перш ніж їх збирає схема.

Але команда Аалто каже, що вони в основному усунули ці перешкоди. Чорний кремній поглинає більше фотонів, ніж інші матеріали, а конічні та стовпчасті наноструктури зменшують рекомбінацію електронів на поверхні матеріалу.

Загалом завдяки цим досягненням зовнішня квантова ефективність пристрою досягла 130%. Результати команди були навіть незалежно перевірені національним метрологічним інститутом Німеччини, PTB (Німецький федеральний інститут фізики).

На думку дослідників, ця рекордна ефективність може покращити продуктивність практично будь-якого фотодетектора, включаючи сонячні елементи та інші датчики світла, і новий детектор вже використовується в комерційних цілях.