Исследователи из Университета Аалто (Финляндия) разработали фотоэлектрическую пластину, которая имеет внешнюю квантовую эффективность 132%.
Это достигнуто благодаря использованию наноструктурированного черного кремния.
Если гипотетическое фотоэлектрическое устройство имеет внешнюю квантовую эффективность 100%, это означает, что каждый фотон света, который попадает в него, генерирует один электрон, который выходит через цепь и собирается в виде электроэнергии.
Новое фотоэлектрическое устройство не только достигло 100-процентной эффективности, но и превысило его.
«При 132% вы получаете в среднем 1,32 электрона на каждый фотон, — объясняют разработчики. — Пластина была изготовлена с использованием черного кремния в качестве активного материала, с наноструктурами в форме конусов и колонок, поглощающие ультрафиолетовый свет».
Предложенный метод дает шанс генерировать два электрона с одного фотона. Когда фотон входящего света попадает в активный материал — обычно кремний — он выбивает электрон с одного из его атомов. Но при определенных обстоятельствах один высокоэнергетический фотон может выбить два электрона, не нарушая никаких законов физики.
Использование этого явления может быть чрезвычайно полезным для улучшения конструкции солнечных элементов. Во многих фотоэлектрических материалах эффективность теряется несколькими способами, включая фотоны, отраженные от устройства, или электроны, рекомбинирующие с «дырой», которую они оставили в атоме, прежде чем они могут быть собраны в схеме.
Команда Аалто в значительной мере устранила вышеуказанные барьеры. Черный кремний поглощает гораздо больше фотонов, чем другие материалы, а конусные и столбчатые наноструктуры уменьшают рекомбинации электронов на поверхности материала.
Вместе эти достижения позволили создать устройство с 130-процентной внешней квантовой эффективностью. Команда даже провела независимую проверку этих результатов немецким Национальным институтом метрологии Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB).
Исследователи говорят, что эта рекордная эффективность может улучшить производительность практически любого фотоприемника, включая солнечные панели и другие датчики света, и новые детекторы, которые уже производятся для коммерческого использования.
