Silicium noirphotodétecteurrecord : efficacité quantique externe jusqu'à 132 %
Selon les médias, des chercheurs de l'Université Aalto ont développé un dispositif optoélectronique doté d'un rendement quantique externe pouvant atteindre 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 autres technologies.photodétecteursSi un dispositif photovoltaïque hypothétique a une efficacité quantique externe de 100 pour cent, cela signifie que chaque photon qui le frappe produit un électron, qui est collecté sous forme d'électricité via un circuit.
Ce nouveau dispositif atteint non seulement une efficacité de 100 %, mais de plus de 100 %. 132 % correspond à une moyenne de 1,32 électron par photon. Il utilise du silicium noir comme matériau actif et possède une nanostructure conique et colonnaire capable d'absorber la lumière ultraviolette.
De toute évidence, 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 se résume au principe de fonctionnement général des matériaux photovoltaïques. Lorsqu'un photon de la lumière incidente frappe une substance active, généralement du silicium, il arrache un électron à l'un des atomes. Mais dans certains cas, un photon de haute énergie peut arracher deux électrons sans enfreindre aucune loi de la physique.
Il ne fait aucun doute que l'exploitation de ce phénomène peut s'avérer très utile pour améliorer la conception des cellules solaires. Dans de nombreux matériaux optoélectroniques, l'efficacité se dégrade de plusieurs manières, notamment lorsque des photons sont réfléchis par le dispositif ou que des 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 levé 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 au rendement quantique externe du dispositif d'atteindre 130 %. Les résultats de l'équipe ont même été vérifiés de manière indépendante par l'Institut fédéral allemand de métrologie (PTB).
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.
Date de publication : 31 juillet 2023