黒色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：外部量子効率最大132％

メディア報道によると、アールト大学の研究者らは、外部量子効率が最大132%の光電子デバイスを開発した。この驚異的な成果は、ナノ構造のブラックシリコンを用いることで達成されたもので、太陽電池などの分野における大きなブレークスルーとなる可能性がある。光検出器もしある架空の太陽光発電デバイスの外部量子効率が100パーセントだとすると、それはそのデバイスに当たる光子すべてが電子を生成し、その電子が回路を通し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%を超える効率を実現しています。132%とは、光子1個あたり平均1.32個の電子を生成することを意味します。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状および柱状のナノ構造を備えています。

当然ながら、何もないところから0.32個の余分な電子を作り出すことはできません。そもそも、物理学ではエネルギーは何もないところから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一体どこから来るのでしょうか？

すべては光起電力材料の基本的な動作原理に帰着する。入射光の光子が活性物質（通常はシリコン）に当たると、原子から電子が1つ叩き出される。しかし、場合によっては、高エネルギーの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がある。

この現象を活用することが太陽電池の設計改善に非常に役立つことは間違いない。多くの光電子材料では、光子がデバイスから反射されたり、電子が回路に収集される前に原子に残った「正孔」と再結合したりするなど、さまざまな要因で効率が低下する。

しかし、アールト氏のチームは、これらの障害をほぼ取り除いたと述べている。黒色シリコンは他の材料よりも多くの光子を吸収し、先細りの柱状ナノ構造によって材料表面での電子再結合が抑制される。

総合的に見て、これらの進歩により、デバイスの外部量子効率は130%に達した。研究チームの成果は、ドイツの国立計量研究所であるPTB（ドイツ連邦物理研究所）によって独自に検証されている。

研究者らによると、この記録的な効率は、太陽電池やその他の光センサーを含む、ほぼすべての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という。