Fotodetektor z čierneho kremíka prekročil 100-percentný limit účinnosti
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 18. 8. 2020
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Vedcom z univerzity v Aalte sa podarilo vyvinúť fotovoltaické zariadenie, ktoré má externú kvantovú účinnosť až 132 percent. Tento až neuveriteľný výkon sa podaril dosiahnuť pomocou nanoštruktúry čierneho kremíka a mohol by predstavovať prielom v oblasti solárnych panelov a ďalších fotodetektorov.
Ak má hypotetické fotovoltaické zariadenie externú kvantovú účinnosť 100 percent, znamená to, že každý fotón svetla, ktorý zasiahne, generuje jeden elektrón, ktorý opúšťa obvod a je získavaný ako elektrina.
Nové zariadenie je prvé na svete, ktoré nielenže dosiahlo 100-percentnú účinnosť, ale aj ju dokonca aj prekročilo. Pri 132 percentách účinnosti to teda znamená, že sa dá získať v priemere až 1,32 elektrónov na každý fotón. Experimentálne zariadenie bolo vyrobené s použitím čierneho kremíka ako aktívneho materiálu v nanoštruktúrnom tvare kužeľov a stĺpov, ktoré absorbujú UV svetlo.
Samozrejme sa nedá mať 0,32 elektrónu, ale inak povedané, existuje 32-percentná šanca, že sa z jedného fotónu podaria vygenerovať až dva elektróny. Vyplýva to z toho, ako fungujú fotovoltaické materiály vo všeobecnosti. Keď zasiahne fotón prichádzajúceho svetla aktívny materiál (zvyčajne kremík), z jedného z jeho atómov vyrazí elektrón. No za určitých okolností môže jeden vysokoenergetický fotón vyraziť dva elektróny bez porušenia fyzických zákonov.
Zapojenie tohto javu by mohlo byť veľmi užitočné na vylepšenie konštrukcie solárnych panelov. V mnohých fotovoltaických materiáloch sa účinnosť stráca niekoľkými spôsobmi, vrátane fotónov, ktoré sa odrážajú od zariadenia alebo elektrónov, ktoré sa opäť spoja s „dierou“, ktorú ponechali v atóme skôr, ako sa môžu dať zachytiť obvodom.
Tím vedcov z univerzity v Aalto však tvrdí, že tieto prekážky sa do značnej miery odstránili. Čierny kremík absorbuje oveľa viac fotónov ako iné materiály, zatiaľ čo kužeľovité a stĺpcové nanoštruktúry znižujú opätovné spájanie elektrónov na povrchu materiálu. Tím dokonca dal výsledky extrémne vysokej externej kvantovej účinnosti nezávisle overiť Nemeckým národným metrologickým ústavom.
Vedci tvrdia, že rekordná účinnosť by mohla zlepšiť výkon v podstate akéhokoľvek fotodetektora, vrátane solárnych panelov a iných svetelných senzorov, a že nové detektory sa už začínajú vyrábať na komerčné použitie.
