סיליקון שחורגלאי אורשיא: יעילות קוונטית חיצונית עד 132%
על פי דיווחים בתקשורת, חוקרים באוניברסיטת אלטו פיתחו מכשיר אופטואלקטרוני בעל יעילות קוונטית חיצונית של עד 132%. הישג לא סביר זה הושג באמצעות סיליקון שחור ננו-מובנה, שעשוי להיות פריצת דרך משמעותית עבור תאים סולאריים ומערכות אחרות.גלאי צילוםאם למכשיר פוטו-וולטאי היפותטי יש יעילות קוונטית חיצונית של 100 אחוז, משמעות הדבר היא שכל פוטון שפוגע בו מייצר אלקטרון, שנאסף כחשמל דרך מעגל.
והמכשיר החדש הזה לא רק משיג יעילות של 100 אחוז, אלא יותר מ-100 אחוז. 132% פירושו ממוצע של 1.32 אלקטרונים לפוטון. הוא משתמש בסיליקון שחור כחומר פעיל ויש לו ננו-מבנה חרוטי ועמודי שיכול לספוג אור אולטרה סגול.
ברור שאי אפשר ליצור 0.32 אלקטרונים נוספים יש מאין, אחרי הכל, הפיזיקה אומרת שאנרגיה לא יכולה להיווצר יש מאין, אז מאיפה מגיעים האלקטרונים הנוספים האלה?
הכל מסתכם בעיקרון הפעולה הכללי של חומרים פוטו-וולטאיים. כאשר פוטון של אור פוגע בחומר פעיל, בדרך כלל סיליקון, הוא מפיל אלקטרון מאחד האטומים. אבל במקרים מסוימים, פוטון בעל אנרגיה גבוהה יכול להפיל שני אלקטרונים מבלי להפר אף חוקי פיזיקה.
אין ספק שניתום תופעה זו יכול להיות מועיל מאוד בשיפור תכנון תאים סולאריים. בחומרים אופטואלקטרוניים רבים, יעילות אובדת במספר דרכים, כולל כאשר פוטונים מוחזרים מהמכשיר או כאשר אלקטרונים מתאחדים מחדש עם ה"חורים" שנותרו באטומים לפני שהם נאספים על ידי המעגל.
אבל הצוות של אלטו אומר שהם הסירו במידה רבה את המכשולים הללו. סיליקון שחור סופג יותר פוטונים מחומרים אחרים, והמבנים הננו-מחודדים והעמודיים מפחיתים את שילוב האלקטרונים על פני החומר.
בסך הכל, התקדמויות אלו אפשרו ליעילות הקוונטית החיצונית של המכשיר להגיע ל-130%. תוצאות הצוות אף אומתו באופן עצמאי על ידי המכון הלאומי למטרולוגיה של גרמניה, ה-PTB (המכון הפדרלי הגרמני לפיזיקה).
לדברי החוקרים, יעילות שיא זו יכולה לשפר את הביצועים של כמעט כל גלאי פוטונומי, כולל תאים סולאריים וחיישני אור אחרים, והגלאי החדש כבר נמצא בשימוש מסחרי.
זמן פרסום: 31 ביולי 2023