黑硅光电探测器突破了100%的效率极限

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资讯发布 发表于 2020-11-21 19:25:02 | 显示全部楼层 |阅读模式

黑硅,英文:blacksilicon,是一种半导体材料,是一种硅的表面改性材料,具有非常低的反射率,并且相应地汲取了可见光(和红外光)。这种修饰是在1980年代发现的。形成类似布局的其他方法包罗电化学蚀刻、污点蚀刻、金属辅助化学蚀刻、激光处理和FFCCambridge工艺(一种电化学还原工艺)等。黑硅已经成为太阳能光伏产业的重要支柱之一,它可以进步标准晶体硅太阳能电池的光电转换效率,从而大大降低成本。

黑硅光电探测器突破了100%的效率极限

光电探测器,英文:photodetector,又称光感测器、光电感测器等,是可以感测光或是其他电磁能量的感测器,具有一个p–n结,可将光子转换成电流。被汲取的光子形成电子-空穴对。光电二极管和光电晶体管是光感测器的一些示例。太阳能电池将汲取的一些光能转换为电能。

黑硅光电探测器突破了100%的效率极限

科学家们现在开发出一种黑硅光电探测器(blacksiliconphotodetector),其效率达到了130%以上。这种光伏器件初次凌驾了100%的极限,这种100%的极限先前被以为是量子效率的理论最大值。

量子效率(英語:Quantumefficiency,缩写为QE)是用来定义光敏器件,例如底片、感光耦合元件、光感测器等,将其受光表面吸收到的光子转换为电子-空穴对的百分比例,即

量子效率=光生电子/入射光子数

黑硅光电探测器突破了100%的效率极限

研究小组负责人HeleSavin教授说:“当看到这一研究效果时,我们简直不敢信赖本身的眼睛。我们立刻想通过独立的第三方测量来验证效果。”

独立的第三方测量是由德国物理技能研究所(PTB)进行的,众所周知,该机构可提供欧洲最正确、最可靠的测量服务。

德国物理技能研究所探测器辐射度实行室负责人LutzWerner博士品评说:“看到测试效果后,我立即意识到这是一项重大的突破,同时,对于梦想更高敏捷度的计量科学家们来说,这是值得欢迎的一步”。

突破背后的秘密:独特的纳米布局

当一个入射光子向外部电路产生一个电子时,装备的外部量子效率为100%。130%的效率意味着一个入射光子产生约莫1.3个电子。

研究人员发现,异常高的外部量子效率的根源在于硅纳米布局内部的电荷载流子倍增过程,该过程由高能光子触发。由于电和光损耗的存在减少了所收集电子的数目,因此在实际装备中较早没有观察到这种现象。

黑硅光电探测器突破了100%的效率极限

Savin教授表明说:“我们可以收集所有倍增的电荷载流子,而无需单独的外部偏置,因为我们的纳米布局器件没有重组和反射损失。”

如许的效率意味着可以大大进步利用光检测的任何装备的性能。光检测已广泛应用于我们的日常生存中,例如在汽车、手机、智能手表和医疗装备中。

阿尔托大学分公司ElfysInc.的首席实行官MikkoJuntunen博士说:“我们的探测器现在正在吸引很多人,特别是在生物技能和工业过程监控方面。”我们已经在制造用于贸易用途的唱片探测器。

该最新研究发现论文,题为“黑硅紫外光电二极管达到130%以上的外部量子效率”,即将发表在《物理品评快报》上。


来源:https://www.toutiao.com/a6861427514234176007/
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