Ρεκόρ φωτοανιχνευτή μαύρου πυριτίου: εξωτερική κβαντική απόδοση έως 132%

Μαύρο πυρίτιοφωτοανιχνευτήςρεκόρ: εξωτερική κβαντική απόδοση έως 132%

Σύμφωνα με δημοσιεύματα των μέσων ενημέρωσης, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Aalto ανέπτυξαν μια οπτοηλεκτρονική συσκευή με εξωτερική κβαντική απόδοση έως και 132%. Αυτό το απίθανο επίτευγμα επιτεύχθηκε με τη χρήση νανοδομημένου μαύρου πυριτίου, το οποίο θα μπορούσε να είναι μια σημαντική ανακάλυψη για τα ηλιακά κύτταρα και άλλαφωτοανιχνευτές. Εάν μια υποθετική φωτοβολταϊκή συσκευή έχει εξωτερική κβαντική απόδοση 100 τοις εκατό, αυτό σημαίνει ότι κάθε φωτόνιο που τη χτυπά παράγει ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο συλλέγεται ως ηλεκτρική ενέργεια μέσω ενός κυκλώματος.

Και αυτή η νέα συσκευή δεν επιτυγχάνει μόνο 100 τοις εκατό απόδοση, αλλά περισσότερο από 100 τοις εκατό. 132% σημαίνει κατά μέσο όρο 1,32 ηλεκτρόνια ανά φωτόνιο. Χρησιμοποιεί μαύρο πυρίτιο ως ενεργό υλικό και έχει νανοδομή κώνου και στήλης που μπορεί να απορροφήσει το υπεριώδες φως.

Προφανώς δεν μπορείτε να δημιουργήσετε 0,32 επιπλέον ηλεκτρόνια από τον λεπτό αέρα, τελικά, η φυσική λέει ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί από τον λεπτό αέρα, οπότε από πού προέρχονται αυτά τα επιπλέον ηλεκτρόνια;

Όλα καταλήγουν στη γενική αρχή λειτουργίας των φωτοβολταϊκών υλικών. Όταν ένα φωτόνιο του προσπίπτοντος φωτός προσπίπτει σε μια δραστική ουσία, συνήθως πυρίτιο, χτυπά ένα ηλεκτρόνιο από ένα από τα άτομα. Αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα φωτόνιο υψηλής ενέργειας μπορεί να χτυπήσει δύο ηλεκτρόνια χωρίς να παραβιάσει κανέναν νόμο της φυσικής.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η αξιοποίηση αυτού του φαινομένου μπορεί να είναι πολύ χρήσιμη για τη βελτίωση του σχεδιασμού των ηλιακών κυψελών. Σε πολλά οπτοηλεκτρονικά υλικά, η απόδοση χάνεται με διάφορους τρόπους, συμπεριλαμβανομένου του όταν τα φωτόνια αντανακλώνται από τη συσκευή ή τα ηλεκτρόνια ανασυνδυάζονται με τις «τρύπες» που αφήνονται στα άτομα πριν συλλεχθούν από το κύκλωμα.

Αλλά η ομάδα του Aalto λέει ότι έχει αφαιρέσει σε μεγάλο βαθμό αυτά τα εμπόδια. Το μαύρο πυρίτιο απορροφά περισσότερα φωτόνια από άλλα υλικά και οι κωνικές και στηλώδεις νανοδομές μειώνουν τον ανασυνδυασμό ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του υλικού.

Συνολικά, αυτές οι εξελίξεις επέτρεψαν στην εξωτερική κβαντική απόδοση της συσκευής να φτάσει το 130%. Τα αποτελέσματα της ομάδας έχουν ακόμη επαληθευτεί ανεξάρτητα από το εθνικό Ινστιτούτο Μετρολογίας της Γερμανίας, το PTB (Γερμανικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Φυσικής).

Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτή η απόδοση ρεκόρ θα μπορούσε να βελτιώσει την απόδοση βασικά οποιουδήποτε φωτοανιχνευτή, συμπεριλαμβανομένων των ηλιακών κυψελών και άλλων αισθητήρων φωτός, και ο νέος ανιχνευτής χρησιμοποιείται ήδη εμπορικά.