Siyah silikonfotodedektörRekor: %132'ye varan harici kuantum verimliliği
Medya raporlarına göre, Aalto Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, %132'ye varan harici kuantum verimliliğine sahip bir optoelektronik cihaz geliştirdi. Nanoyapılı siyah silikon kullanılarak elde edilen bu beklenmedik başarı, güneş pilleri ve diğer uygulamalar için büyük bir atılım olabilir.fotodedektörlerVarsayımsal bir fotovoltaik cihazın dış kuantum verimliliği yüzde 100 ise, bu, cihaza çarpan her fotonun bir elektron ürettiği ve bu elektronların bir devre aracılığıyla elektriğe dönüştürüldüğü anlamına gelir.
Bu yeni cihaz sadece %100 verimlilik sağlamakla kalmıyor, %132'nin de üzerinde bir verimlilik sunuyor. Bu da foton başına ortalama 1,32 elektron anlamına geliyor. Aktif malzeme olarak siyah silikon kullanıyor ve ultraviyole ışığı emebilen koni ve sütunlu bir nanoyapıya sahip.
Elbette, havadan 0,32 ekstra elektron yaratamazsınız; sonuçta fizik, enerjinin havadan yaratılamayacağını söylüyor, peki bu ekstra elektronlar nereden geliyor?
Her şey fotovoltaik malzemelerin genel çalışma prensibine dayanıyor. Gelen ışığın bir fotonu aktif bir maddeye, genellikle silisyuma çarptığında, atomlardan birinden bir elektronu koparır. Ancak bazı durumlarda, yüksek enerjili bir foton, fizik yasalarını çiğnemeden iki elektronu birden koparabilir.
Bu olgudan yararlanmanın güneş pillerinin tasarımını iyileştirmede çok yardımcı olabileceğine şüphe yok. Birçok optoelektronik malzemede, fotonların cihazdan yansıması veya elektronların devre tarafından toplanmadan önce atomlarda kalan "boşluklarla" yeniden birleşmesi gibi çeşitli şekillerde verimlilik kaybı yaşanır.
Ancak Aalto'nun ekibi bu engelleri büyük ölçüde ortadan kaldırdıklarını söylüyor. Siyah silikon diğer malzemelere göre daha fazla foton emiyor ve konik ve sütunlu nanoyapılar malzemenin yüzeyinde elektron rekombinasyonunu azaltıyor.
Genel olarak, bu gelişmeler cihazın harici kuantum verimliliğinin %130'a ulaşmasını sağlamıştır. Ekibin sonuçları, Almanya'nın ulusal Metroloji Enstitüsü olan PTB (Alman Federal Fizik Enstitüsü) tarafından bağımsız olarak doğrulanmıştır.
Araştırmacılara göre, bu rekor verimlilik, güneş pilleri ve diğer ışık sensörleri de dahil olmak üzere temelde herhangi bir fotodedektörün performansını artırabilir ve yeni dedektör halihazırda ticari olarak kullanılmaktadır.
Yayın tarihi: 31 Temmuz 2023