검은 실리콘광검출기기록: 외부 양자 효율 최대 132%
언론 보도에 따르면, 알토 대학교 연구진은 최대 132%의 외부 양자 효율을 가진 광전자 소자를 개발했습니다. 이 놀라운 성과는 나노구조의 블랙 실리콘을 사용하여 달성되었으며, 이는 태양 전지 및 기타 분야에 큰 혁신을 가져올 수 있습니다.광검출기가상의 태양광 소자의 외부 양자 효율이 100%라면, 이는 소자에 닿는 모든 광자가 전자를 생성하고, 이 전자가 회로를 통해 전기로 수집된다는 것을 의미합니다.
이 새로운 장치는 100% 효율을 달성할 뿐만 아니라 100%를 초과하는 효율을 달성합니다. 132%는 광자당 평균 1.32개의 전자를 의미합니다. 이 장치는 활성 물질로 블랙 실리콘을 사용하며, 자외선을 흡수할 수 있는 원뿔형 및 원주형 나노 구조를 가지고 있습니다.
당연히 공기 중에서 0.32개의 추가 전자를 만들어낼 수는 없습니다. 물리학에서는 공기 중에서 에너지를 만들어낼 수 없다고 하죠. 그러면 이러한 추가 전자는 어디서 나오는 걸까요?
이 모든 것은 태양광 재료의 일반적인 작동 원리에 달려 있습니다. 입사광의 광자가 활성 물질(보통 실리콘)에 닿으면 원자 하나에서 전자 하나를 떨어뜨립니다. 하지만 어떤 경우에는 고에너지 광자가 물리 법칙을 어기지 않고 전자 두 개를 떨어뜨릴 수 있습니다.
이러한 현상을 활용하는 것이 태양 전지 설계 개선에 매우 유용할 수 있다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 많은 광전자 재료에서 효율은 여러 가지 방식으로 저하되는데, 광자가 소자에서 반사되거나 전자가 회로에 수집되기 전에 원자에 남아 있는 "정공"과 재결합하는 경우 등이 있습니다.
하지만 알토 연구팀은 이러한 장애물을 대부분 제거했다고 말합니다. 블랙 실리콘은 다른 물질보다 더 많은 광자를 흡수하며, 원뿔형 및 원주형 나노 구조는 물질 표면에서 전자 재결합을 줄여줍니다.
전반적으로 이러한 발전 덕분에 장치의 외부 양자 효율은 130%에 도달했습니다. 연구팀의 결과는 독일 국립계측연구소(PTB, German Federal Institute of Physics)의 독립적인 검증을 받았습니다.
연구자들에 따르면, 이러한 기록적인 효율성은 태양 전지와 기타 광 센서를 포함한 모든 광 검출기의 성능을 기본적으로 향상시킬 수 있으며, 새로운 검출기는 이미 상업적으로 사용되고 있습니다.
게시 시간: 2023년 7월 31일