Forscher der Aalto-Universität in Finnland haben ein Design für Photovoltaik-Geräte mit einem Quantenwirkungsgrad von 132% entwickelt.
Dieser beeindruckende und scheinbar unwahrscheinliche Exploit wurde durch nanostrukturiertes schwarzes Silizium ermöglicht, ein Halbleitermaterial, das in den 80er Jahren versehentlich entdeckt wurde und sehr viel hat. geringes Reflexionsvermögen und hohe Lichtabsorption . Diese Leistung könnte sich als großer Sprung in der Solarzellentechnologie erweisen.
Wenn ein Gerät einen Quantenwirkungsgrad von 100% hat, erzeugt hypothetisch jedes Photon, das auf das Gerät trifft, ein Elektron, das durch die Schaltung geleitet wird, um in Elektrizität erzeugt zu werden.
Dieses Gerät bietet jedoch einen satten Wirkungsgrad von 132%. In Wirklichkeit bedeutet dies, dass jedes Photon ein Elektron mit einer Wahrscheinlichkeit von ungefähr 1/3 erzeugt, dass ein zusätzliches Elektron aus seiner Umlaufbahn geschleudert wird und sich dem Stromkreis anschließt.
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Ich kann Sie alle Ihre Stimmen erheben hören "Bu ... aber was ist mit den Gesetzen der Physik? Wir können nicht einfach Elektrizität aus dem Nichts erzeugen!"
Um zu verstehen, wie dies möglich ist, müssen wir zunächst verstehen, wie Photovoltaikmaterialien funktionieren. Wenn ein Photon auf die Oberfläche eines Photovoltaikgeräts trifft, wird ein Elektron von seiner Umlaufbahn gestoßen. Unter bestimmten Umständen kann ein hochenergetisches Photon zwei Elektronen stoßenWir halten uns also immer noch an die Gesetze unseres Universums.
In vielen Solarzellen führen bestimmte Faktoren zu einem Wirkungsgradverlust. Manchmal Photonen reflektiert werden Die Oberfläche des Geräts füllt das Loch, das an einem anderen Atom verbleibt, bevor es mit der Schaltung verbunden wird, ohne mit seinen Elektronen zu interagieren oder Elektronen abzustoßen.
Also mit ihrer jüngsten Entwicklung das Aalto-Team Zustand dass sie sich weitgehend an diesen Barrieren vorbei bewegt haben. Schwarzes Silizium absorbiert Photonen weitaus effizienter als andere Materialien und seine Nanostruktur mit Kegeln und Säulen verhindert weitgehend die Rekombination von Elektronen auf der Oberfläche.
Das Team gibt an, dass diese rekordverdächtige Effizienz genutzt werden könnte, um jede Art von Fotodetektor zu verbessern, sei es Solarzellen oder Lichtsensoren für andere Zwecke.
Die Forschung wurde zur Veröffentlichung angenommen am Physical Review Letters am 28. Juli 2020.