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黑硅光电探测器创纪录:外部量子效率高达132%
2020-11-09 14:08:10   来源:cnBeta   作者:cnBeta   浏览:41 次

据外媒报道,阿尔托大学的研究人员开发了一种光电设备,其外部量子效率高达132%。这听起来不大可能实现的壮举则是通过利用纳米结构黑硅来实现的,这可能是太阳能电池和其他光电探测器的重大突破。如果一个假设的光伏器件拥有一个100%的外部量子效率,那就意味着每一个光子撞击它就会产生一个电子,电子则通过电路以电的形式被收集。而这种新设备不仅达到了100%的效率,而且超过了100%。132%意味着平均每个光子得到1.32个电子。其以黑色硅为活性材料,具有锥状和柱状的纳米结构,可以吸收紫外光。

显然你不可能凭空多出0.32个电子,毕竟物理学规定能量不能凭空产生,那么这些多余的电子是从哪里来的呢?这一切都归结于光伏材料的一般工作原理。当入射光的光子撞击活性物质--通常是硅时,它会从其中一个原子中撞击出一个电子。但在某些情况下,一个高能光子可以碰撞出两个电子且不违反任何物理定律。

毫无疑问,利用这种现象可以非常有助于改善太阳能电池的设计。在许多光电材料中,效率会以多种方式丧失,包括光子从器件反射出去,或电子在被电路收集之前跟原子中留下的“空穴”重新结合。但阿尔托团队表示,他们在很大程度上消除了这些障碍。黑色硅能比其他材料吸收更多的光子,锥形和柱状纳米结构减少了材料表面的电子复合。总体来说,这些进步使得器件的外部量子效率达到了130%。该团队的研究结果甚至还得到了德国国家计量研究所--PTB(德国联邦物理研究院)的独立验证。

研究人员称,这种创纪录的效率基本上可以改善任何光电探测器的性能,包括太阳能电池和其他光传感器,而且新的探测器已经被用于商业用途。

相关研究报告已发表在《Physical Review Letters》上。

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