رکورد آشکارساز نوری سیلیکون سیاه: راندمان کوانتومی خارجی تا ۱۳۲٪

سیلیکون سیاهآشکارساز نوریرکورد: بازده کوانتومی خارجی تا ۱۳۲٪

طبق گزارش رسانه‌ها، محققان دانشگاه آلتو یک دستگاه اپتوالکترونیکی با راندمان کوانتومی خارجی تا ۱۳۲٪ توسعه داده‌اند. این دستاورد غیرمنتظره با استفاده از سیلیکون سیاه نانوساختار حاصل شده است که می‌تواند یک پیشرفت بزرگ برای سلول‌های خورشیدی و سایر فناوری‌ها باشد.آشکارسازهای نوریاگر یک دستگاه فتوولتائیک فرضی دارای راندمان کوانتومی خارجی ۱۰۰ درصد باشد، به این معنی است که هر فوتونی که به آن برخورد می‌کند، یک الکترون تولید می‌کند که به صورت الکتریسیته از طریق یک مدار جمع‌آوری می‌شود.

و این دستگاه جدید نه تنها به ۱۰۰ درصد راندمان، بلکه بیش از ۱۰۰ درصد دست می‌یابد. ۱۳۲٪ به معنای میانگین ۱.۳۲ الکترون در هر فوتون است. این دستگاه از سیلیکون سیاه به عنوان ماده فعال استفاده می‌کند و دارای نانوساختار مخروطی و ستونی است که می‌تواند نور فرابنفش را جذب کند.

بدیهی است که شما نمی‌توانید ۰.۳۲ الکترون اضافی را از هوا ایجاد کنید، گذشته از همه اینها، فیزیک می‌گوید که انرژی را نمی‌توان از هوا ایجاد کرد، پس این الکترون‌های اضافی از کجا می‌آیند؟

همه چیز به اصل کلی کار مواد فتوولتائیک برمی‌گردد. وقتی یک فوتون از نور فرودی به یک ماده فعال، معمولاً سیلیکون، برخورد می‌کند، یک الکترون را از یکی از اتم‌ها خارج می‌کند. اما در برخی موارد، یک فوتون پرانرژی می‌تواند بدون نقض هیچ یک از قوانین فیزیک، دو الکترون را خارج کند.

شکی نیست که مهار این پدیده می‌تواند در بهبود طراحی سلول‌های خورشیدی بسیار مفید باشد. در بسیاری از مواد اپتوالکترونیکی، بازده به طرق مختلف از بین می‌رود، از جمله زمانی که فوتون‌ها از دستگاه منعکس می‌شوند یا الکترون‌ها قبل از جمع‌آوری توسط مدار، با «حفره‌های» باقی مانده در اتم‌ها دوباره ترکیب می‌شوند.

اما تیم آلتو می‌گوید که آنها تا حد زیادی این موانع را برطرف کرده‌اند. سیلیکون سیاه فوتون‌های بیشتری نسبت به سایر مواد جذب می‌کند و نانوساختارهای مخروطی و ستونی، نوترکیبی الکترون را روی سطح ماده کاهش می‌دهند.

در مجموع، این پیشرفت‌ها باعث شده است که راندمان کوانتومی خارجی دستگاه به ۱۳۰ درصد برسد. نتایج این تیم حتی به طور مستقل توسط موسسه ملی مترولوژی آلمان، PTB (موسسه فیزیک فدرال آلمان)، تأیید شده است.

به گفته محققان، این راندمان بی‌سابقه می‌تواند عملکرد تقریباً هر آشکارساز نوری، از جمله سلول‌های خورشیدی و سایر حسگرهای نوری را بهبود بخشد و این آشکارساز جدید در حال حاضر به صورت تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.