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  • 重磅!光伏设备首次实现:效率突破100%的理论极限,为科学家点赞

    来自阿尔托大学的科学家开发出一种效率超过130%的黑硅光探测器,同时,这也是光伏器件设备第一次实现效率突破100%的理论极限,这是早先被认为是外部量子效率的理论最大值。阿尔托大学电子物理研究组的负责人Hele Savin教授说:当我们看到结果时,简直不敢相信自己的眼睛,然后我们马上就想通过独立的测量来验证结果。

    重磅!光伏设备首次实现:效率突破100%的理论极限,为科学家点赞

    这些独立测量是在德国国家计量研究所Physikalisch-Technische Bundesanstalt(PTB)进行的,该研究所以提供欧洲最准确和可靠的测量服务而闻名。国家计量研究所探测器辐射测量实验室负责人Lutz Werner博士评论说:在看到结果后,我立即意识到这是一项重大突破!同时,对于我们梦想提高灵敏度的计量学家来说,这也是非常受欢迎的一步。

    重磅!光伏设备首次实现:效率突破100%的理论极限,为科学家点赞

    这一突破背后的秘密是独特的纳米结构。当一个入射光子向外部电路产生一个电子时,器件的外部量子效率为100%(这个值此前被认为是理论极限),130%的效率意味着一个入射光子产生大约1.3个电子。研究发现,异常高的外部量子效率的根源,在于高能光子触发的硅纳米结构内部电荷(载流子倍增过程)。早些时候在实际器件中没有观察到这种现象,因为电和光损耗的存在减少了收集到的电子数量。

    重磅!光伏设备首次实现:效率突破100%的理论极限,为科学家点赞

    研究人员可以收集所有倍增的载流子,而不需要单独的外部偏置,因为纳米结构设备没有复合和反射损失。实际上,记录效率意味着利用光检测的任何设备的性能都可以显著提高,其研究成果发表在《物理评论快报》期刊上。光探测已经广泛应用于我们的日常生活中,例如,在汽车、手机、智能手表和医疗设备中。阿尔托大学附属Elfys Inc首席执行官Mikko Juntunen博士说:

    重磅!光伏设备首次实现:效率突破100%的理论极限,为科学家点赞

    该黑硅光电探测器目前获得了很大的吸引力,特别是在生物技术和工业过程监控方面,并且已经在制造用于商业用途的记录探测器。目前,紫外光传感器被广泛应用于从各种光谱应用,到生物技术创新到工业过程控制的众多领域。尽管如此,目前的紫外线传感器的性能却出人意料地差。新研究成果打破了理论上单光子-单电子势垒:

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    并实现一种在没有外部放大的情况下,在紫外光范围内效率超过130%的外量子效率(EQE)的设备。使用具有自感应结的纳米结构硅光电二极管,获得了创纪录的高性能。研究表明,这种高效率是基于对纳米结构中发生碰撞电离所产生多个载流子的有效利用。

    博科园|研究/来自:阿尔托大学

    参考期刊《物理评论快报》《Black-silicon ultraviolet photodiodes achieve external quantum efficiency above 130%》

    博科园|科学、科技、科研、科普

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