Silicium noirphotodétecteurrecord : efficacité quantique externe jusqu’à 132%
Selon les médias, des chercheurs de l'Université Aalto ont développé un dispositif optoélectronique avec une efficacité quantique externe allant jusqu'à 132 %. Cet exploit improbable a été réalisé grâce à l'utilisation de silicium noir nanostructuré, ce qui pourrait constituer une avancée majeure pour les cellules solaires et autresphotodétecteurs. Si un hypothétique dispositif photovoltaïque a une efficacité quantique externe de 100 %, cela signifie que chaque photon qui le frappe produit un électron, qui est collecté sous forme d’électricité via un circuit.
Et ce nouvel appareil atteint non seulement une efficacité de 100 %, mais même plus de 100 %. 132 % signifie une moyenne de 1,32 électrons par photon. Il utilise du silicium noir comme matériau actif et possède une nanostructure conique et colonnaire qui peut absorber la lumière ultraviolette.
Évidemment, vous ne pouvez pas créer 0,32 électrons supplémentaires à partir de rien, après tout, la physique dit que l'énergie ne peut pas être créée à partir de rien, alors d'où viennent ces électrons supplémentaires ?
Tout dépend du principe général de fonctionnement des matériaux photovoltaïques. Lorsqu’un photon de la lumière incidente frappe une substance active, généralement du silicium, il fait sortir un électron de l’un des atomes. Mais dans certains cas, un photon de haute énergie peut détruire deux électrons sans enfreindre les lois de la physique.
Il ne fait aucun doute que l’exploitation de ce phénomène peut être très utile pour améliorer la conception des cellules solaires. Dans de nombreux matériaux optoélectroniques, l'efficacité est perdue de plusieurs manières, notamment lorsque les photons sont réfléchis par le dispositif ou que les électrons se recombinent avec les « trous » laissés dans les atomes avant d'être collectés par le circuit.
Mais l'équipe d'Aalto affirme avoir largement éliminé ces obstacles. Le silicium noir absorbe plus de photons que les autres matériaux, et les nanostructures coniques et colonnaires réduisent la recombinaison électronique à la surface du matériau.
Au total, ces avancées ont permis à l’efficacité quantique externe du dispositif d’atteindre 130 %. Les résultats de l'équipe ont même été vérifiés de manière indépendante par l'Institut national allemand de métrologie, le PTB (Institut fédéral allemand de physique).
Selon les chercheurs, cette efficacité record pourrait améliorer les performances de pratiquement n’importe quel photodétecteur, y compris les cellules solaires et autres capteurs de lumière, et le nouveau détecteur est déjà utilisé commercialement.
Heure de publication : 31 juillet 2023