Melns silīcijsfotodetektorsrekords: ārējā kvantu efektivitāte līdz 132%
Saskaņā ar mediju ziņām, Aalto universitātes pētnieki ir izstrādājuši optoelektronisku ierīci ar ārējo kvantu efektivitāti līdz 132%. Šis maz ticamais sasniegums tika panākts, izmantojot nanostrukturētu melnu silīciju, kas varētu būt nozīmīgs izrāviens saules baterijām un citiem.fotodetektori. Ja hipotētiskai fotoelektriskai ierīcei ārējā kvantu efektivitāte ir 100 procenti, tas nozīmē, ka katrs fotons, kas tai trāpa, rada elektronu, kas tiek savākts kā elektrība caur ķēdi.
Un šī jaunā ierīce ne tikai sasniedz 100 procentu efektivitāti, bet arī vairāk nekā 100 procentus. 132% nozīmē vidēji 1,32 elektronus uz fotonu. Tas izmanto melnu silīciju kā aktīvo materiālu, un tam ir konusa un kolonnu nanostruktūra, kas spēj absorbēt ultravioleto gaismu.
Acīmredzot jūs nevarat izveidot 0,32 papildu elektronus no zila gaisa, galu galā fizika saka, ka enerģiju nevar radīt no zila gaisa, tad no kurienes rodas šie papildu elektroni?
Tas viss ir saistīts ar vispārējo fotoelektrisko materiālu darbības principu. Kad krītošās gaismas fotons saskaras ar aktīvo vielu, parasti silīciju, tas izsit elektronu no viena no atomiem. Bet dažos gadījumos augstas enerģijas fotons var izsist divus elektronus, nepārkāpjot fizikas likumus.
Nav šaubu, ka šīs parādības izmantošana var būt ļoti noderīga, lai uzlabotu saules bateriju dizainu. Daudzos optoelektroniskajos materiālos efektivitāte tiek zaudēta vairākos veidos, tostarp tad, kad fotoni atstarojas no ierīces vai elektroni rekombinējas ar atomos atstātajiem “caurumiem”, pirms tos savāc ķēde.
Bet Aalto komanda saka, ka viņi lielākoties ir novērsuši šos šķēršļus. Melnais silīcijs absorbē vairāk fotonu nekā citi materiāli, un konusveida un kolonnveida nanostruktūras samazina elektronu rekombināciju uz materiāla virsmas.
Kopumā šie sasniegumi ir ļāvuši ierīces ārējai kvantu efektivitātei sasniegt 130%. Komandas rezultātus pat neatkarīgi ir pārbaudījis Vācijas Nacionālais metroloģijas institūts PTB (Vācijas Federālais fizikas institūts).
Pēc pētnieku domām, šī rekordefektivitāte varētu uzlabot būtībā jebkura fotodetektora, tostarp saules bateriju un citu gaismas sensoru, veiktspēju, un jaunais detektors jau tiek izmantots komerciāli.
Izsūtīšanas laiks: 31. jūlijs 2023