السيليكون الأسودphotodetectorالسجل: كفاءة الكم الخارجية تصل إلى 132%
ووفقا لتقارير إعلامية، فقد طور باحثون في جامعة آلتو جهازا إلكترونيا بصريا يتمتع بكفاءة كمومية خارجية تصل إلى 132%. تم تحقيق هذا الإنجاز غير المتوقع باستخدام السيليكون الأسود ذي البنية النانوية، والذي يمكن أن يمثل تقدمًا كبيرًا في مجال الخلايا الشمسية وغيرها.أجهزة الكشف الضوئي. إذا كان جهاز كهروضوئي افتراضي يتمتع بكفاءة كمية خارجية تبلغ 100%، فهذا يعني أن كل فوتون يضربه ينتج إلكترونًا، والذي يتم تجميعه ككهرباء من خلال دائرة.
وهذا الجهاز الجديد لا يحقق كفاءة بنسبة 100% فحسب، بل أكثر من 100%. 132% تعني متوسط 1.32 إلكترون لكل فوتون. ويستخدم السيليكون الأسود كمادة نشطة وله بنية نانوية مخروطية وعمودية يمكنها امتصاص الضوء فوق البنفسجي.
من الواضح أنه لا يمكنك إنشاء 0.32 إلكترونًا إضافيًا من الهواء الرقيق، بعد كل شيء، تقول الفيزياء أنه لا يمكن إنشاء الطاقة من الهواء الرقيق، فمن أين تأتي هذه الإلكترونات الإضافية؟
كل ذلك يعود إلى مبدأ العمل العام للمواد الكهروضوئية. عندما يضرب فوتون من الضوء الساقط مادة فعالة، عادة السيليكون، فإنه يخرج إلكترونًا من إحدى الذرات. لكن في بعض الحالات، يمكن للفوتون عالي الطاقة أن يطرد إلكترونين دون خرق أي قوانين فيزيائية.
ولا شك أن تسخير هذه الظاهرة يمكن أن يكون مفيدًا جدًا في تحسين تصميم الخلايا الشمسية. في العديد من المواد الإلكترونية الضوئية، يتم فقدان الكفاءة بعدة طرق، بما في ذلك عندما تنعكس الفوتونات عن الجهاز أو تتحد الإلكترونات مع "الثقوب" المتبقية في الذرات قبل أن يتم جمعها بواسطة الدائرة.
لكن فريق آلتو يقول إنهم أزالوا تلك العقبات إلى حد كبير. يمتص السيليكون الأسود فوتونات أكثر من المواد الأخرى، كما تقلل البنى النانوية المستدقة والعمودية من إعادة تركيب الإلكترون على سطح المادة.
بشكل عام، مكنت هذه التطورات من وصول الكفاءة الكمية الخارجية للجهاز إلى 130%. وقد تم التحقق من نتائج الفريق بشكل مستقل من قبل معهد المقاييس الوطني الألماني، PTB (المعهد الفيدرالي الألماني للفيزياء).
وفقًا للباحثين، يمكن لهذه الكفاءة القياسية أن تحسن أداء أي كاشف ضوئي بشكل أساسي، بما في ذلك الخلايا الشمسية وأجهزة استشعار الضوء الأخرى، ويتم بالفعل استخدام الكاشف الجديد تجاريًا.
وقت النشر: 31 يوليو 2023