重大突破！光伏設(shè)備第一次實(shí)現(xiàn)：效率突破100%的理論極限！

來自阿爾托大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)出一種效率超過130%的黑硅光探測器，同時，這也是光伏器件設(shè)備第一次實(shí)現(xiàn)效率突破100%的理論極限，這是早先被認(rèn)為是外部量子效率的理論最大值。阿爾托大學(xué)電子物理研究組的負(fù)責(zé)人Hele Savin教授說：當(dāng)我們看到結(jié)果時，簡直不敢相信自己的眼睛，然后我們馬上就想通過獨(dú)立的測量來驗(yàn)證結(jié)果。

這些獨(dú)立測量是在德國國家計(jì)量研究所Physikalisch-Technische Bundesanstalt(PTB)進(jìn)行的，該研究所以提供歐洲最準(zhǔn)確和可靠的測量服務(wù)而聞名。國家計(jì)量研究所探測器輻射測量實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Lutz Werner博士評論說：在看到結(jié)果后，我立即意識到這是一項(xiàng)重大突破！同時，對于我們夢想提高靈敏度的計(jì)量學(xué)家來說，這也是非常受歡迎的一步。

這一突破背后的秘密是獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)。當(dāng)一個入射光子向外部電路產(chǎn)生一個電子時，器件的外部量子效率為100%（這個值此前被認(rèn)為是理論極限），130%的效率意味著一個入射光子產(chǎn)生大約1.3個電子。研究發(fā)現(xiàn)，異常高的外部量子效率的根源，在于高能光子觸發(fā)的硅納米結(jié)構(gòu)內(nèi)部電荷（載流子倍增過程）。早些時候在實(shí)際器件中沒有觀察到這種現(xiàn)象，因?yàn)殡姾凸鈸p耗的存在減少了收集到的電子數(shù)量。

研究人員可以收集所有倍增的載流子，而不需要單獨(dú)的外部偏置，因?yàn)榧{米結(jié)構(gòu)設(shè)備沒有復(fù)合和反射損失。實(shí)際上，記錄效率意味著利用光檢測的任何設(shè)備的性能都可以顯著提高，其研究成果發(fā)表在《物理評論快報》期刊上。光探測已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我們的日常生活中，例如，在汽車、手機(jī)、智能手表和醫(yī)療設(shè)備中。阿爾托大學(xué)附屬Elfys Inc首席執(zhí)行官M(fèi)ikko Juntunen博士說：

該黑硅光電探測器目前獲得了很大的吸引力，特別是在生物技術(shù)和工業(yè)過程監(jiān)控方面，并且已經(jīng)在制造用于商業(yè)用途的記錄探測器。目前，紫外光傳感器被廣泛應(yīng)用于從各種光譜應(yīng)用，到生物技術(shù)創(chuàng)新到工業(yè)過程控制的眾多領(lǐng)域。盡管如此，目前的紫外線傳感器的性能卻出人意料地差。新研究成果打破了理論上單光子-單電子勢壘：

并實(shí)現(xiàn)一種在沒有外部放大的情況下，在紫外光范圍內(nèi)效率超過130%的外量子效率(EQE)的設(shè)備。使用具有自感應(yīng)結(jié)的納米結(jié)構(gòu)硅光電二極管，獲得了創(chuàng)紀(jì)錄的高性能。研究表明，這種高效率是基于對納米結(jié)構(gòu)中發(fā)生碰撞電離所產(chǎn)生多個載流子的有效利用。

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博科園｜研究/來自：阿爾托大學(xué)

參考期刊《物理評論快報》《Black-silicon ultraviolet photodiodes achieve external quantum efficiency above

130%》

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