Juodasis silicisfotodetektoriusrekordas: išorinis kvantinis efektyvumas iki 132 %
Žiniasklaidos pranešimuose teigiama, kad Aalto universiteto mokslininkai sukūrė optoelektroninį įrenginį, kurio išorinis kvantinis efektyvumas siekia iki 132 %. Šis neįtikėtinas pasiekimas buvo pasiektas naudojant nanostruktūrinį juodąjį silicį, kuris galėtų būti didelis proveržis saulės elementų ir kitų technologijų srityje.fotodetektoriaiJei hipotetinio fotovoltinio įrenginio išorinis kvantinis efektyvumas yra 100 procentų, tai reiškia, kad kiekvienas į jį pataikęs fotonas sukuria elektroną, kuris per grandinę surenkamas kaip elektra.
Ir šis naujas įrenginys pasiekia ne tik 100 procentų efektyvumą, bet ir daugiau nei 100 procentų. 132 % reiškia vidutiniškai 1,32 elektrono vienam fotonui. Jame kaip aktyvioji medžiaga naudojamas juodas silicis, o kūgio ir stulpelio nanostruktūra gali sugerti ultravioletinę šviesą.
Akivaizdu, kad iš oro negalima sukurti 0,32 papildomų elektronų, juk fizika sako, kad iš oro negalima sukurti energijos, tad iš kur atsiranda šie papildomi elektronai?
Viskas priklauso nuo bendro fotovoltinių medžiagų veikimo principo. Kai krintančios šviesos fotonas atsitrenkia į aktyviąją medžiagą, dažniausiai silicį, jis iš vieno atomo išmuša elektroną. Tačiau kai kuriais atvejais didelės energijos fotonas gali išmušti du elektronus nepažeisdamas jokių fizikos dėsnių.
Neabejotina, kad šio reiškinio panaudojimas gali būti labai naudingas tobulinant saulės elementų dizainą. Daugelio optoelektroninių medžiagų efektyvumas prarandamas įvairiais būdais, įskaitant fotonų atspindėjimą nuo įrenginio arba elektronų rekombinaciją su atomuose likusiomis „skylėmis“, kol juos surenka grandinė.
Tačiau Aalto komanda teigia, kad jiems pavyko iš esmės pašalinti šias kliūtis. Juodasis silicis sugeria daugiau fotonų nei kitos medžiagos, o kūginės ir stulpelinės nanostruktūros sumažina elektronų rekombinaciją medžiagos paviršiuje.
Apskritai ši pažanga leido pasiekti 130 % išorinį įrenginio kvantinį efektyvumą. Komandos rezultatus netgi nepriklausomai patikrino Vokietijos nacionalinis metrologijos institutas – PTB (Vokietijos federalinis fizikos institutas).
Pasak tyrėjų, šis rekordinis efektyvumas galėtų pagerinti iš esmės bet kurio fotodetektoriaus, įskaitant saulės elementus ir kitus šviesos jutiklius, našumą, o naujasis detektorius jau naudojamas komerciniais tikslais.
Įrašo laikas: 2023 m. liepos 31 d.