Запис чорного кремнієвого фотодетектора: зовнішня квантова ефективність до 132%

Чорний силіконфотодетекторрекорд: зовнішня квантова ефективність до 132%

Згідно з повідомленнями ЗМІ, дослідники з Університету Аалто розробили оптоелектронний пристрій із зовнішньою квантовою ефективністю до 132%. Цього несподіваного досягнення було досягнуто завдяки використанню наноструктурованого чорного кремнію, що може стати значним проривом для сонячних елементів та інших...фотодетекториЯкщо гіпотетичний фотоелектричний пристрій має зовнішній квантовий коефіцієнт корисної дії 100 відсотків, це означає, що кожен фотон, який потрапляє на нього, виробляє електрон, який збирається у вигляді електрики через ланцюг.

І цей новий пристрій досягає не лише 100-відсоткової ефективності, а й понад 100 відсотків. 132% означає в середньому 1,32 електрона на фотон. Як активний матеріал він використовує чорний кремній, а наноструктура має конусоподібну та стовпчасту форму, здатну поглинати ультрафіолетове світло.

Очевидно, що не можна 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 сумнівів, що використання цього явища може бути дуже корисним для покращення конструкції 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 зібрати схема.

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

Загалом, ці досягнення дозволили досягти зовнішньої квантової ефективності пристрою 130%. Результати команди навіть були незалежно перевірені національним метрологічним інститутом Німеччини, PTB (Німецький федеральний інститут фізики).

За словами дослідників, ця рекордна ефективність може покращити продуктивність практично будь-якого фотодетектора, включаючи сонячні елементи та інші датчики світла, і новий детектор вже використовується комерційно.