Kỷ lục về bộ tách sóng quang silicon đen: hiệu suất lượng tử ngoài lên đến 132%

Silicon đenbộ tách sóng quangKỷ lục: hiệu suất lượng tử bên ngoài lên tới 132%

Theo các báo cáo truyền thông, các nhà nghiên cứu tại Đại học Aalto đã phát triển một thiết bị quang điện tử với hiệu suất lượng tử ngoài lên tới 132%. Thành tựu đáng kinh ngạc này đạt được nhờ sử dụng silicon đen cấu trúc nano, có thể là một bước đột phá lớn cho pin mặt trời và các ứng dụng khác.bộ tách sóng quangNếu một thiết bị quang điện giả định có hiệu suất lượng tử ngoài là 100%, điều đó có nghĩa là mỗi photon chiếu vào nó sẽ tạo ra một electron, và electron này được thu thập dưới dạng điện năng thông qua một mạch điện.

Thiết bị mới này không chỉ đạt hiệu suất 100%, mà còn hơn 100%. 132% có nghĩa là trung bình 1,32 electron trên mỗi photon. Nó sử dụng silicon đen làm vật liệu hoạt tính và có cấu trúc nano hình nón và hình cột có khả năng hấp thụ tia cực tím.

Rõ ràng là bạn không thể tạo ra 0,32 electron thừa từ không khí, bởi vì vật lý học nói rằng năng lượng không thể được tạo ra từ không khí, vậy những electron thừa này đến từ đâu?

Tất cả đều xoay quanh nguyên lý hoạt động chung của vật liệu quang điện. Khi một photon ánh sáng chiếu vào chất hoạt động, thường là silicon, nó sẽ đánh bật một electron ra khỏi một trong các nguyên tử. Nhưng trong một số trường hợp, một photon năng lượng cao có thể đánh bật hai electron mà không vi phạm bất kỳ định luật vật lý nào.

Không thể phủ nhận rằng việc khai thác hiện tượng này có thể rất hữu ích trong việc cải thiện thiết kế pin mặt trời. Trong nhiều vật liệu quang điện tử, hiệu suất bị mất đi theo nhiều cách, bao gồm khi các photon bị phản xạ khỏi thiết bị hoặc các electron tái kết hợp với các "lỗ trống" còn lại trong các nguyên tử trước khi được mạch thu thập.

Nhưng nhóm nghiên cứu của Aalto cho biết họ đã loại bỏ phần lớn những trở ngại đó. Silicon đen hấp thụ nhiều photon hơn các vật liệu khác, và cấu trúc nano hình nón và hình cột làm giảm sự tái kết hợp electron trên bề mặt vật liệu.

Nhìn chung, những tiến bộ này đã giúp hiệu suất lượng tử bên ngoài của thiết bị đạt tới 130%. Kết quả nghiên cứu của nhóm thậm chí đã được Viện Đo lường Quốc gia Đức (PTB) - Viện Vật lý Liên bang Đức - kiểm chứng độc lập.

Theo các nhà nghiên cứu, hiệu suất kỷ lục này có thể cải thiện hiệu năng của hầu hết mọi thiết bị cảm biến quang, bao gồm cả pin mặt trời và các cảm biến ánh sáng khác, và thiết bị cảm biến mới này hiện đang được sử dụng rộng rãi trong thương mại.