Mustan piin valotunnistimen ennätys: ulkoinen kvanttitehokkuus jopa 132 %

Musta silikonivalonilmaisinennätys: ulkoinen kvanttitehokkuus jopa 132 %

Mediatietojen mukaan Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet optoelektronisen laitteen, jonka ulkoinen kvanttihyötysuhde on jopa 132 %. Tämä epätodennäköinen saavutus saavutettiin käyttämällä nanorakenteista mustaa piitä, joka voisi olla merkittävä läpimurto aurinkokennoissa ja muissavaloilmaisimet. Jos hypoteettisen aurinkosähkölaitteen ulkoinen kvanttihyötysuhde on 100 prosenttia, se tarkoittaa, että jokainen siihen osuva fotoni tuottaa elektronin, joka kerätään sähkönä piirin kautta.

Ja tämä uusi laite ei ainoastaan ​​saavuta 100 prosentin tehokkuutta, vaan yli 100 prosenttia. 132 % tarkoittaa keskimäärin 1,32 elektronia fotonia kohden. Se käyttää aktiivisena materiaalina mustaa piitä ja siinä on kartiomainen ja pylväsmäinen nanorakenne, joka pystyy absorboimaan ultraviolettivaloa.

Ilmeisestikään ei voi luoda 0,32 ylimääräistä elektronia tyhjästä, loppujen lopuksi fysiikan mukaan energiaa ei voi luoda tyhjästä, joten mistä nämä ylimääräiset elektronit tulevat?

Kaikki johtuu aurinkosähkömateriaalien yleisestä toimintaperiaatteesta. Kun tulevan valon fotoni osuu aktiiviseen aineeseen, yleensä piihin, se lyö elektronin pois yhdestä atomista. Mutta joissakin tapauksissa korkeaenerginen fotoni voi tyrmätä kaksi elektronia rikkomatta fysiikan lakeja.

Ei ole epäilystäkään siitä, että tämän ilmiön hyödyntäminen voi olla erittäin hyödyllistä aurinkokennojen suunnittelun parantamisessa. Monissa optoelektronisissa materiaaleissa tehokkuus menetetään useilla tavoilla, mukaan lukien kun fotonit heijastuvat laitteesta tai elektronit yhdistyvät uudelleen atomeihin jätettyihin "reikiin" ennen kuin piiri kerää ne.

Mutta Aallon tiimi sanoo, että he ovat suurelta osin poistaneet nämä esteet. Musta pii absorboi enemmän fotoneja kuin muut materiaalit, ja kapenevat ja pylväsmäiset nanorakenteet vähentävät elektronien rekombinaatiota materiaalin pinnalla.

Kaiken kaikkiaan nämä edistysaskeleet ovat mahdollistaneet laitteen ulkoisen kvanttitehokkuuden saavuttamisen 130 prosenttiin. Saksan kansallinen metrologian instituutti PTB (Saksan liittovaltion fysiikan instituutti) on jopa vahvistanut tiimin tulokset itsenäisesti.

Tutkijoiden mukaan tämä ennätystehokkuus voisi parantaa periaatteessa minkä tahansa valotunnistimen, mukaan lukien aurinkokennot ja muut valoanturit, suorituskykyä, ja uutta ilmaisinta käytetään jo kaupallisesti.