El fotodetector de silicio negro alcanza una eficiencia récord del 132%

Actualizado: 18/03/2021

Investigadores de la Universidad de Aalto han desarrollado un dispositivo fotovoltaico que tiene una eficiencia cuántica externa de 132%. Esta hazaña imposible se logró usando silicio negro nanoestructurado, y podría representar un gran avance para las células solares y otros fotodetectores.

Si un hipotético dispositivo fotovoltaico tiene una eficiencia cuántica externa del 100%, eso significa que cada fotón de luz que lo golpea genera un electrón, que sale a través del circuito como electricidad.

Este nuevo dispositivo es el primero que no sólo alcanza una eficiencia del 100%, sino que la supera. Con un 132%, eso significa que se obtiene un promedio de 1,32 electrones por cada fotón. Fue hecho usando silicio negro como material activo, con nanoestructuras en forma de conos y columnas, absorbiendo la luz UV.

Obviamente no puedes tener 0,32 de un electrón, pero dicho de otra manera tienes un 32% de posibilidades de generar dos electrones a partir de un solo fotón. En la superficie podría parecer imposible, después de todo, la física dicta que la energía no puede ser creada de la nada. Entonces, ¿de dónde vienen estos electrones extra?

Todo se reduce a cómo funcionan los materiales fotovoltaicos en general. Cuando un fotón de luz entrante golpea el material activo, generalmente el silicio, saca un electrón de uno de sus átomos. Pero bajo ciertas circunstancias, un fotón de alta energía podría golpear dos electrones, sin violar ninguna ley física.

No hace falta decir que aprovechar ese fenómeno podría ser muy útil para mejorar el diseño de las células solares. En muchos materiales fotovoltaicos la eficiencia se pierde de varias maneras.

Pero el equipo de Aalto afirma que ha eliminado en gran medida las barreras. El silicio negro absorbe muchos más fotones que otros materiales, y las nanoestructuras de cono y la columna reducen la recombinación de los electrones en la superficie del material.

Juntos, estos avances hicieron un dispositivo con una eficiencia cuántica externa del 130%. El equipo incluso hizo que estos resultados fueran verificados independientemente por el Instituto Nacional de Metrología de Alemania, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB).

Los investigadores dicen que esta eficiencia récord podría mejorar el rendimiento de básicamente cualquier fotodetector, incluyendo las células solares y otros sensores de luz, y que los nuevos detectores ya se están fabricando para su uso comercial.

Más información: journals.aps.org

Vía www.aalto.fi