重大突破!光伏設備第一次實現:效率突破100%的理論極限!

2021-01-07 騰訊網

來自阿爾託大學的科學家開發出一種效率超過130%的黑矽光探測器，同時，這也是光伏器件設備第一次實現效率突破100%的理論極限，這是早先被認為是外部量子效率的理論最大值。阿爾託大學電子物理研究組的負責人Hele Savin教授說：當我們看到結果時，簡直不敢相信自己的眼睛，然後我們馬上就想通過獨立的測量來驗證結果。

這些獨立測量是在德國國家計量研究所Physikalisch-Technische Bundesanstalt(PTB)進行的，該研究所以提供歐洲最準確和可靠的測量服務而聞名。國家計量研究所探測器輻射測量實驗室負責人Lutz Werner博士評論說：在看到結果後，我立即意識到這是一項重大突破！同時，對於我們夢想提高靈敏度的計量學家來說，這也是非常受歡迎的一步。

這一突破背後的秘密是獨特的納米結構。當一個入射光子向外部電路產生一個電子時，器件的外部量子效率為100%（這個值此前被認為是理論極限），130%的效率意味著一個入射光子產生大約1.3個電子。研究發現，異常高的外部量子效率的根源，在於高能光子觸發的矽納米結構內部電荷（載流子倍增過程）。早些時候在實際器件中沒有觀察到這種現象，因為電和光損耗的存在減少了收集到的電子數量。

研究人員可以收集所有倍增的載流子，而不需要單獨的外部偏置，因為納米結構設備沒有複合和反射損失。實際上，記錄效率意味著利用光檢測的任何設備的性能都可以顯著提高，其研究成果發表在《物理評論快報》期刊上。光探測已經廣泛應用於我們的日常生活中，例如，在汽車、手機、智能手錶和醫療設備中。阿爾託大學附屬Elfys Inc執行長Mikko Juntunen博士說：

該黑矽光電探測器目前獲得了很大的吸引力，特別是在生物技術和工業過程監控方面，並且已經在製造用於商業用途的記錄探測器。目前，紫外光傳感器被廣泛應用於從各種光譜應用，到生物技術創新到工業過程控制的眾多領域。儘管如此，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：

並實現一種在沒有外部放大的情況下，在紫外光範圍內效率超過130%的外量子效率(EQE)的設備。使用具有自感應結的納米結構矽光電二極體，獲得了創紀錄的高性能。研究表明，這種高效率是基於對納米結構中發生碰撞電離所產生多個載流子的有效利用。

博科園｜研究/來自：阿爾託大學

參考期刊《物理評論快報》《Black-silicon ultraviolet photodiodes achieve external quantum efficiency above 130%》

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