흑색 실리콘 광검출기 최고 기록: 외부 양자 효율 최대 132%

검은색 실리콘광검출기기록: 외부 양자 효율 최대 132%

언론 보도에 따르면, 알토대학교 연구진이 외부 양자 효율이 최대 132%에 달하는 광전자 소자를 개발했습니다. 나노 구조의 흑색 실리콘을 사용하여 이러한 놀라운 성과를 달성했으며, 이는 태양 전지 및 기타 광전자 소자 분야에 중대한 돌파구가 될 수 있습니다.광검출기만약 가상의 태양광 발전 장치가 외부 양자 효율이 100%라면, 이는 장치에 부딪히는 모든 광자가 전자를 생성하고, 이 전자가 회로를 통해 전기로 수집된다는 것을 의미합니다.

이 새로운 장치는 100% 효율을 달성할 뿐만 아니라 100%를 초과하는 132%의 효율을 자랑합니다. 이는 광자 하나당 평균 1.32개의 전자가 생성됨을 의미합니다. 이 장치는 활성 물질로 흑색 실리콘을 사용하며, 자외선을 흡수할 수 있는 원뿔형 및 기둥형 나노 구조를 가지고 있습니다.

당연히 0.32개의 전자를 허공에서 만들어낼 수는 없습니다. 물리학에 따르면 에너지는 허공에서 생성될 수 없기 때문입니다. 그렇다면 이 추가 전자들은 어디에서 오는 걸까요?

이 모든 것은 광전 변환 소재의 일반적인 작동 원리로 귀결됩니다. 입사광의 광자가 활성 물질(일반적으로 실리콘)에 부딪히면 원자 중 하나에서 전자가 떨어져 나갑니다. 하지만 어떤 경우에는 고에너지 광자가 물리 법칙을 어기지 않고 두 개의 전자를 동시에 떨어뜨릴 수도 있습니다.

이 현상을 활용하는 것이 태양 전지 설계 개선에 매우 도움이 될 수 있다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 많은 광전자 재료에서 효율 손실은 여러 가지 방식으로 발생하는데, 예를 들어 광자가 소자에서 반사되거나 전자가 회로에 의해 수집되기 전에 원자에 남아 있는 "정공"과 재결합하는 경우 등이 있습니다.

하지만 알토 연구팀은 이러한 장애물을 대부분 제거했다고 주장합니다. 검은색 실리콘은 다른 물질보다 더 많은 광자를 흡수하며, 원뿔형 및 기둥형 나노 구조는 물질 표면에서의 전자 재결합을 줄여줍니다.

전반적으로 이러한 발전 덕분에 장치의 외부 양자 효율이 130%에 도달했습니다. 연구팀의 결과는 독일 연방 물리학 연구소(PTB)의 독립적인 검증을 거쳤습니다.

연구진에 따르면, 이러한 기록적인 효율은 태양 전지 및 기타 광 센서를 포함한 거의 모든 광 검출기의 성능을 향상시킬 수 있으며, 새로운 검출기는 이미 상업적으로 사용되고 있습니다.