ブラックシリコン光検出器の記録：外部量子効率は最大132%

ブラックシリコン光検出器記録：外部量子効率最大132%

報道によると、アールト大学の研究者らが、最大132%の外部量子効率を誇る光電子デバイスを開発した。この画期的な成果はナノ構造ブラックシリコンを用いることで達成され、太陽電池などの分野における大きな飛躍的進歩となる可能性がある。光検出器仮に太陽光発電装置の外部量子効率が100パーセントだとすると、装置に当たる光子すべてが電子を生成し、それが回路を通じて電気として集められることを意味します。

この新しいデバイスは、100%の効率を達成するだけでなく、100%を超える効率を達成しています。132%は、光子あたり平均1.32個の電子を意味します。活性材料としてブラックシリコンを使用し、紫外線を吸収できる円錐と柱状のナノ構造を備えています。

明らかに、薄い空気から 0.32 個の余分な電子を作り出すことはできません。結局のところ、物理学では薄い空気からエネルギーを作り出すことはできないとされています。では、これらの余分な電子はどこから来るのでしょうか?

すべては太陽光発電材料の一般的な動作原理に帰着します。入射光の光子が活性物質（通常はシリコン）に当たると、原子の1つから電子を1つ叩き出します。しかし、場合によっては、高エネルギー光子が物理法則に反することなく、2つの電子を叩き出すこともあります。

この現象を利用することは、太陽電池の設計改善に非常に役立つことは間違いありません。多くの光電子材料では、光子がデバイスで反射したり、電子が回路に集められる前に原子に残った「正孔」と再結合したりするなど、様々な原因で効率が低下します。

しかし、アアルトの研究チームは、これらの障害をほぼ取り除いたと述べている。ブラックシリコンは他の材料よりも多くの光子を吸収し、テーパー状と柱状のナノ構造によって材料表面における電子の再結合が低減される。

これらの進歩により、デバイスの外部量子効率は130%に達しました。研究チームの成果は、ドイツの国立計量標準研究所（PTB）によって独立して検証されています。

研究者らによれば、この記録的な効率は太陽電池や他の光センサーを含む基本的にあらゆる光検出器の性能を向上させる可能性があり、この新しい検出器はすでに商業的に使用されている。