סיליקון שחורphotodetectorשיא: יעילות קוונטית חיצונית עד 132%
על פי דיווחים בתקשורת, חוקרים מאוניברסיטת אלטו פיתחו מכשיר אופטו-אלקטרוני עם יעילות קוונטית חיצונית של עד 132%.ההישג הבלתי סביר הזה הושג על ידי שימוש בסיליקון שחור בעל ננו-מבנה, שעשוי להיות פריצת דרך גדולה עבור תאים סולאריים ועוד.גלאי צילום.אם למכשיר פוטו-וולטאי היפותטי יש נצילות קוונטית חיצונית של 100 אחוז, זה אומר שכל פוטון שפוגע בו מייצר אלקטרון, שנאסף כחשמל דרך מעגל.
והמכשיר החדש הזה לא רק משיג 100 אחוז יעילות, אלא יותר מ-100 אחוז.132% פירושו ממוצע של 1.32 אלקטרונים לפוטון.הוא משתמש בסיליקון שחור כחומר הפעיל ויש לו קונוס וננו-מבנה עמודי שיכול לספוג אור אולטרה סגול.
ברור שאי אפשר ליצור 0.32 אלקטרונים מיותרים מאוויר דק, אחרי הכל, הפיזיקה אומרת שאי אפשר ליצור אנרגיה מאוויר דק, אז מאיפה מגיעים האלקטרונים הנוספים האלה?
הכל מסתכם בעיקרון העבודה הכללי של חומרים פוטו-וולטאיים.כאשר פוטון של האור הנכנס פוגע בחומר פעיל, בדרך כלל סיליקון, הוא מפיל אלקטרון מאחד האטומים.אבל במקרים מסוימים, פוטון בעל אנרגיה גבוהה יכול להפיל שני אלקטרונים מבלי לשבור שום חוקי הפיזיקה.
אין ספק שריתום תופעה זו יכולה להועיל מאוד בשיפור העיצוב של תאים סולאריים.בחומרים אופטו-אלקטרוניים רבים, היעילות אובדת במספר דרכים, כולל כאשר פוטונים משתקפים מהמכשיר או אלקטרונים מתחברים מחדש עם ה"חורים" שנותרו באטומים לפני שנאספו על ידי המעגל.
אבל הצוות של Aalto אומר שהם הסירו במידה רבה את המכשולים האלה.סיליקון שחור סופג יותר פוטונים מחומרים אחרים, והמבנים הננו המחודדים והעמודים מפחיתים את ריקומבינציית האלקטרונים על פני החומר.
בסך הכל, התקדמות אלו אפשרו ליעילות הקוונטית החיצונית של המכשיר להגיע ל-130%.תוצאות הצוות אפילו 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 בעצם כל גלאי פוטו, כולל תאים סולאריים וחיישני אור אחרים, והגלאי החדש כבר נמצא בשימוש מסחרי.
זמן פרסום: 31 ביולי 2023