Silicone noirphotodétecteurrecord : rendement quantique externe jusqu'à 132 %
Selon les médias, des chercheurs de l'université Aalto ont mis au point un dispositif optoélectronique dont le rendement quantique externe atteint 132 %. Cet exploit, peu probable, a été réalisé grâce à l'utilisation de silicium noir nanostructuré, ce qui pourrait constituer une avancée majeure pour les cellules solaires et d'autres technologies.photodétecteursSi un dispositif photovoltaïque hypothétique possède un rendement quantique externe de 100 %, cela signifie que chaque photon qui le frappe produit un électron, lequel est collecté sous forme d'électricité par un circuit.
Ce nouveau dispositif atteint non seulement 100 % d'efficacité, mais plus de 100 %. Un rendement de 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.
Évidemment, on ne peut 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 repose sur le 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. Dans certains cas, un photon de haute énergie peut arracher deux électrons sans enfreindre les lois 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 est réduite de diverses manières, notamment lorsque les photons sont réfléchis par le dispositif ou lorsque les électrons se recombinent avec les « trous » laissés dans les atomes avant d'être collectés par le circuit.
L'équipe d'Aalto affirme avoir largement surmonté ces obstacles. Le silicium noir absorbe davantage de photons que d'autres matériaux, et les nanostructures coniques et colonnaires réduisent la recombinaison des électrons à la surface du matériau.
Globalement, ces avancées ont permis d'atteindre un rendement quantique externe de 130 % pour le dispositif. Les résultats de l'équipe ont même été vérifiés indépendamment par l'Institut national de métrologie allemand, le PTB (Institut fédéral allemand de physique).
D'après les chercheurs, cette efficacité record pourrait améliorer les performances de pratiquement tous les photodétecteurs, y compris les cellules solaires et autres capteurs de lumière, et ce nouveau détecteur est déjà utilisé commercialement.
Date de publication : 31 juillet 2023