سجل كاشف الضوء المصنوع من السيليكون الأسود: كفاءة كمية خارجية تصل إلى 132%

السيليكون الأسودكاشف ضوئيسجل: كفاءة كمية خارجية تصل إلى 132%

وفقًا لتقارير إعلامية، طوّر باحثون في جامعة آلتو جهازًا إلكترونيًا بصريًا بكفاءة كمية خارجية تصل إلى 132%. وقد تحقق هذا الإنجاز غير المتوقع باستخدام السيليكون الأسود النانوي، والذي قد يُمثّل إنجازًا كبيرًا في مجال الخلايا الشمسية وغيرها.أجهزة الكشف الضوئيإذا كان لجهاز كهروضوئي افتراضي كفاءة كمية خارجية تبلغ 100%، فهذا يعني أن كل فوتون يصطدم به ينتج إلكترونًا، والذي يتم جمعه على شكل كهرباء من خلال دائرة.

وهذا الجهاز الجديد لا يحقق كفاءةً بنسبة ١٠٠٪ فحسب، بل أكثر من ذلك. ١٣٢٪ تعني متوسط ​​١.٣٢ إلكترون لكل فوتون. يستخدم السيليكون الأسود كمادة فعالة، وله بنية نانوية مخروطية وعمودية قادرة على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية.

من الواضح أنه لا يمكنك إنشاء 0.32 إلكترون إضافي من الهواء الرقيق، ففي نهاية المطاف، تقول الفيزياء أن الطاقة لا يمكن إنشاؤها من الهواء الرقيق، فمن أين تأتي هذه الإلكترونات الإضافية؟

يعود الأمر برمته إلى مبدأ عمل المواد الكهروضوئية. عندما يصطدم فوتون الضوء الساقط بمادة فعالة، عادةً السيليكون، فإنه يُخرج إلكترونًا من إحدى الذرات. ولكن في بعض الحالات، يمكن لفوتون عالي الطاقة أن يُخرج إلكترونين دون خرق أي قوانين فيزيائية.

لا شك أن تسخير هذه الظاهرة يمكن أن يكون مفيدًا جدًا في تحسين تصميم الخلايا الشمسية. في العديد من المواد الكهروضوئية، تتراجع الكفاءة بطرق عديدة، بما في ذلك عندما تنعكس الفوتونات عن الجهاز أو عندما تتحد الإلكترونات مع "الفجوات" المتبقية في الذرات قبل أن تجمعها الدائرة.

لكن فريق ألتو يقول إنهم أزالوا هذه العقبات إلى حد كبير. يمتص السيليكون الأسود فوتونات أكثر من المواد الأخرى، كما أن البنى النانوية المدببة والعمودية تقلل من إعادة تركيب الإلكترونات على سطح المادة.

بشكل عام، مكّنت هذه التطورات من رفع كفاءة الكم الخارجية للجهاز إلى 130%. وقد تم التحقق من نتائج الفريق بشكل مستقل من قِبل المعهد الوطني الألماني للقياسات (PTB).

وبحسب الباحثين، فإن هذه الكفاءة القياسية قد تعمل على تحسين أداء أي كاشف ضوئي بشكل أساسي، بما في ذلك الخلايا الشمسية وأجهزة استشعار الضوء الأخرى، ويُستخدم الكاشف الجديد بالفعل تجارياً.