Фізика

Наноструктурований чорний кремній надав фотодетектору 132% ефективності

Наноструктурований чорний кремній дозволив дослідникам з фінського університету Аалто створити фотоелектричний прилад із квантовою ефективністю 132%. Автори роботи вважають, що вона може стати проривом у використанні сонячних батарей, а в перспективі — й інших напівпровідникових матеріалів. Про це вони повідомляють у журналі Physical Review Letters.

Що таке фотодетектори?

Фотодетектори перетворюють фотони світла різних довжин на електричний струм. Коли фотони потрапляють на поверхню фотоелектричного матеріалу, вони вибивають з його атомів електрони. За таким принципом працюють сонячні батареї. Наразі у численних галузях застосовують ультрафіолетові фотодетектори — зокрема, для спектроскопічних досліджень, біотехнічних розробок та промисловості. Втім, їхня продуктивність і досі лишається низькою. Цьому сприяє відбиття фотонів від пристрою та рекомбінація електронів з “діркою”, яку вони лишають у атомі.

Як працює новий фотодетектор?

Дослідникам університету Аалто вдалося створити новий, більш ефективний ультрафіолетовий фотодетектор. Для цього вони використали чорний кремній із наноструктурами у вигляді стовпчиків та конусів, які поглинають ультрафіолет. Такий матеріал відбиває набагато менше фотонів, а наноструктура зменшує рекомбінацію електронів на його поверхні. Таким чином, вчені домоглися квантової ефективності у 132%.

Але як це можливо?

Стовідсоткова квантова ефективність фотодетектора вказує на те, що кожен фотон, який на нього потрапляє, продукує один електрон. При ефективності у 132% кожен фотон має створювати 1,32 електрони. Очевидно, що неможливо отримати 0,32 електрони. Ця цифра означає, що для кожного фотона, який потрапить на фотодетектор, існує 32% шансів згенерувати два електрони замість одного.

Використання цього матеріалу сприятиме кращій роботі будь-якого фотоприймача, включаючи сонячні батареї та інші датчики світла. Дослідники також сподіваються, що їхній метод дозволить збільшити ефективність інших матеріалів.