黑硅紫外線響應效率超過百分130

芬蘭阿爾托大學微與納米電子學副教授Hele Savin表示：“有史以來第一次，直接的實驗證據表明，單個光電二極管的外部量子效率可以達到100%以上，而沒有任何外部抗反射。” 這項結果是在幾年后才出現的。阿爾托大學的Savin及其同事在用黑色硅制成的光電二極管中證明了在250-950 nm波長范圍內幾乎統一的效率，該器件中的硅表面經過納米結構化和涂層處理以抑制損耗。

Savin的小組注意到在UV區域會產生一些奇怪的影響，因此擴展了對設備的研究，將重點放在電磁光譜的該區域。紫外線感測具有多種應用，包括光譜和成像，火焰檢測，水凈化和生物技術。預計每年對紫外線光電二極管的市場需求將增長到30%，但這些設備的效率最多只能被限制在80%。令Savin驚訝的是，對其設備對紫外線的響應進行更仔細的分析后發現，外部量子效率可能超過130%。Physikalisch Technische Bundesanstalt(PTB)的獨立測量驗證了結果。

超越“理論極限”

從理論上講，如果每個撞擊光電二極管的光子都將電子或空穴(電荷載流子)擊倒，則效率將達到100%。然而，首先有幾個過程開始清除這些激發的電子或使光子停止激發它們，這導致了常被引用的Schockley-Queisser對此類實際器件的理論極限。

相反，其他效果可能有助于提高效率。現在已被廣泛接受的是，受激的載流子可以通過碰撞激發更多的載流子起作用。優化這種“載波乘法”的條件，同時盡可能地降低損耗，對于獲得更高效率的器件來說似乎是一個不錯的選擇。

損耗的主要原因有兩個：首先是光子在到達設備內部之前從表面反射出來的光，從而激發將承載電流的電子或空穴。第二個是電子和空穴對的復合，然后才能對電流做出有意義的貢獻。Savin和她的合作者在這里意識到黑硅可能確實有所作為。

黑硅的表面由圓錐和圓柱組成的納米結構，使圓錐表面在所有可能入射光的角度都具有高度吸收性。通常，使用納米結構表面降低反射會導致更大的復合，因此獲得的凈收益很少，但是這些器件均涂有Al 2 O 3來抑制這種復合。結果是器件不僅在波長250-950 nm處具有接近單位的效率，而且在200 nm處的效率超過130%。