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研究人員開(kāi)發(fā)黑硅光電探測(cè)器,外部量子效率高達(dá)132%


  來(lái)源: 紅外芯聞 時(shí)間:2020-08-21 編輯:清風(fēng)
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據(jù)外媒報(bào)道,阿爾托大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種光電器件,其外部量子效率高達(dá)132%。這聽(tīng)起來(lái)不大可能實(shí)現(xiàn)的壯舉則是通過(guò)利用納米結(jié)構(gòu)黑硅來(lái)實(shí)現(xiàn)的,這可能是太陽(yáng)能電池和其他光電探測(cè)器的重大突破。如果一個(gè)假設(shè)的光伏器件擁有一個(gè)100%的外部量子效率,那就意味著每一個(gè)光子撞擊它就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電子,電子則通過(guò)電路以電的形式被收集。



而這種新器件不僅達(dá)到了100%的效率,而且超過(guò)了100%。132%意味著平均每個(gè)光子得到1.32個(gè)電子。其以黑色硅為活性材料,具有錐狀和柱狀的納米結(jié)構(gòu),可以吸收紫外光。


顯然你不可能憑空多出0.32個(gè)電子,畢竟物理學(xué)規(guī)定能量不能憑空產(chǎn)生,那么這些多余的電子是從哪里來(lái)的呢?


這一切都?xì)w結(jié)于光伏材料的一般工作原理。當(dāng)入射光的光子撞擊活性物質(zhì)–通常是硅時(shí),它會(huì)從其中一個(gè)原子中撞擊出一個(gè)電子。但在某些情況下,一個(gè)高能光子可以碰撞出兩個(gè)電子且不違反任何物理定律。


毫無(wú)疑問(wèn),利用這種現(xiàn)象可以非常有助于改善太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)。在許多光電材料中,效率會(huì)以多種方式喪失,包括光子從器件反射出去,或電子在被電路收集之前跟原子中留下的“空穴”重新結(jié)合。


但阿爾托團(tuán)隊(duì)表示,他們?cè)诤艽蟪潭壬舷诉@些障礙。黑色硅能比其他材料吸收更多的光子,錐形和柱狀納米結(jié)構(gòu)減少了材料表面的電子復(fù)合。


總體來(lái)說(shuō),這些進(jìn)步使得器件的外部量子效率達(dá)到了130%。該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果甚至還得到了德國(guó)國(guó)家計(jì)量研究所–PTB(德國(guó)聯(lián)邦物理研究院)的獨(dú)立驗(yàn)證。


研究人員稱(chēng),這種創(chuàng)紀(jì)錄的效率基本上可以改善任何光電探測(cè)器的性能,包括太陽(yáng)能電池和其他光傳感器,而且新的探測(cè)器已經(jīng)被用于商業(yè)用途。


相關(guān)研究報(bào)告已發(fā)表在《Physical Review Letters》上。


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