ブラックシリコン光検出器の記録: 外部量子効率最大 132%

ブラックシリコン光検出器記録: 外部量子効率は最大 132%

メディアの報道によると、アアルト大学の研究者らは、最大 132% の外部量子効率を持つ光電子デバイスを開発しました。このありそうもない偉業は、ナノ構造のブラックシリコンを使用することによって達成され、これは太陽電池やその他の分野にとって大きな進歩となる可能性があります。光検出器。仮想の光起電力デバイスの外部量子効率が 100 パーセントである場合、それは、それに当たるすべての光子が電子を生成し、回路を通じて電気として収集されることを意味します。

そして、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% 以上の効率を達成します。 132% は、光子あたり平均 1.32 個の電子を意味します。活物質としてブラックシリコンを使用しており、紫外線を吸収する円錐形と柱状のナノ構造を持っています。

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言っています。では、これらの余分な電子はどこから来るのでしょうか?

それはすべて、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 つから電子がノックアウトされます。しかし、場合によっては、高エネルギーの光子が物理法則を破ることなく 2 つの電子をノックアウトすることができます。

この現象を利用することが太陽電池の設計を改善するのに非常に役立つことは疑いの余地がありません。多くのオプトエレクトロニクス材料では、光子がデバイスから反射される場合や、電子が回路によって収集される前に原子内に残された「正孔」と再結合する場合など、さまざまな方法で効率が失われます。

しかし、アアルトのチームは、そ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、先細の円柱状のナノ構造により材料表面での電子の再結合が減少します。

全体として、これらの進歩により、デバイスの外部量子効率は 130% に達することが可能になりました。研究チームの結果は、ドイツの国立計量研究所であるPTB（ドイツ連邦物理学研究所）によっても独立して検証されています。

研究者らによると、この記録効率により、太陽電池やその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が向上する可能性があり、この新しい検出器はすでに商業的に使用されているという。