Melnā silīcija fotodetektora ieraksts: ārējā kvantu efektivitāte līdz 132%

Melns silīcijsfotodetektorsrekords: ārējā kvantu efektivitāte līdz 132%

Saskaņā ar plašsaziņas līdzekļu ziņojumiem, Aalto Universitātes pētnieki ir izstrādājuši optoelektronisku ierīci ar ārējo kvantu efektivitāti līdz pat 132 %. Šis maz ticamais sasniegums tika panākts, izmantojot nanostrukturētu melno silīciju, kas varētu būt liels sasniegums saules baterijās un citās jomās.fotodetektoriJa hipotētiskai fotoelektriskai ierīcei ir 100 procentu ārējā kvantu efektivitāte, tas nozīmē, ka katrs fotons, kas tai trāpa, rada elektronu, kas tiek savākts kā elektrība caur ķēdi.

Un šī jaunā ierīce sasniedz ne tikai 100 procentu efektivitāti, bet vairāk nekā 100 procentus. 132% nozīmē vidēji 1,32 elektronus uz fotonu. Kā aktīvo materiālu tā izmanto melno silīciju, un tai ir konusa un kolonnas nanostruktūra, kas var absorbēt ultravioleto gaismu.

Acīmredzot no gaisa nevar radīt 0,32 papildu elektronus, galu galā fizika saka, ka enerģiju no gaisa nevar radīt, tāpēc no kurienes rodas šie papildu elektroni?

Viss atkarīgs no fotoelektrisko materiālu vispārējā darbības principa. Kad krītošās gaismas fotons trāpa aktīvai vielai, parasti silīcijam, tas izslēdz elektronu no viena no atomiem. Taču dažos gadījumos augstas enerģijas fotons var izslēgt divus elektronus, nepārkāpjot nevienu fizikas likumu.

Nav šaubu, ka šīs parādības izmantošana var būt ļoti noderīga saules bateriju dizaina uzlabošanā. Daudzos optoelektroniskos materiālos efektivitāte zūd vairākos veidos, tostarp tad, kad fotoni tiek atstaroti no ierīces vai elektroni rekombinējas ar "caurumiem", kas palikuši atomos, pirms tos savāc shēma.

Taču Ālto komanda apgalvo, ka viņi lielā mērā 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 rekordlielā efektivitāte varētu uzlabot praktiski jebkura fotodetektora, tostarp saules bateriju un citu gaismas sensoru, veiktspēju, un jaunais detektors jau tiek izmantots komerciāli.