Conform unei rețele de organizații de fizicieni, cercetătorii finlandezi au dezvoltat un fotodetector din siliciu negru cu o eficiență cuantică externă de 130%, aceasta fiind prima dată când eficiența dispozitivelor fotovoltaice depășește limita teoretică de 100%, ceea ce se așteaptă să îmbunătățească considerabil eficiența dispozitivelor de detectare fotoelectrică, aceste dispozitive fiind utilizate pe scară largă în mașini, telefoane mobile, ceasuri inteligente și echipamente medicale.
Un fotodetector este un senzor care poate măsura lumina sau altă energie electromagnetică, poate converti fotonii în curent electric, iar fotonii absorbiți formează perechi electron-gaură. Fotodetectorul include o fotodiodă și un fototranzistor etc. Eficiența cuantică este utilizată pentru a defini procentul de fotoni primiți de un dispozitiv, cum ar fi un fotodetector, într-o pereche electron-gaură, adică eficiența cuantică este egală cu numărul de electroni fotogenerați împărțit la numărul de fotoni incidenți.
Când un foton incident produce un electron către un circuit extern, eficiența cuantică externă a dispozitivului este de 100% (considerată anterior a fi limita teoretică). În cel mai recent studiu, fotodetectorul din siliciu negru a avut o eficiență de până la 130%, ceea ce înseamnă că un foton incident produce aproximativ 1,3 electroni.
Potrivit cercetătorilor de la Universitatea Aalto, arma secretă din spatele acestei descoperiri majore este procesul de multiplicare a purtătorilor de sarcină care are loc în nanostructura unică a fotodetectorului de siliciu negru, declanșat de fotoni de înaltă energie. Anterior, oamenii de știință nu au putut observa fenomenul în dispozitive reale, deoarece prezența pierderilor electrice și optice a redus numărul de electroni colectați. „Dispozitivele noastre nanostructurate nu au recombinare și nici pierderi prin reflexie, așa că putem colecta toți purtătorii de sarcină multiplicați”, a explicat profesorul Hera Severn, coordonatorul studiului.
Această eficiență a fost verificată de Institutul de Tehnologie Fizică al Societății Naționale de Metrologie din Germania (PTB), cel mai precis și fiabil serviciu de măsurare din Europa.
Cercetătorii observă că această eficiență record înseamnă că oamenii de știință pot îmbunătăți considerabil performanța dispozitivelor de detectare fotoelectrică.
„Detectoarele noastre au stârnit mult interes, în special în domeniile biotehnologiei și monitorizării proceselor industriale”, a declarat Dr. Mikko Juntuna, CEO al ElfysInc, o companie deținută de Universitatea Aalto. Se pare că au început să fabrice astfel de detectoare pentru uz comercial.
Data publicării: 11 iulie 2023