Według organizacji zajmującej się fizykami, fińscy naukowcy opracowali czarny krzemowy fotodetektor o zewnętrznej wydajności kwantowej wynoszącej 130%. Po raz pierwszy wydajność urządzeń fotowoltaicznych przekroczyła teoretyczny limit 100%. Oczekuje się, że znacznie poprawi to wydajność urządzeń do detekcji fotoelektrycznej. Urządzenia te są szeroko stosowane w samochodach, telefonach komórkowych, inteligentnych zegarkach i sprzęcie medycznym.
Fotodetektor to czujnik, który może mierzyć światło lub inną energię elektromagnetyczną, przekształcać fotony w prąd elektryczny, a zaabsorbowane fotony tworzyć pary elektron-dziura. Fotodetektor obejmuje fotodiodę, fototranzystor itp. Wydajność kwantowa jest używana do określenia procentowego udziału fotonów odbieranych przez urządzenie, takie jak fotodetektor, w pary elektron-dziura, tj. wydajność kwantowa jest równa liczbie fotogenerowanych elektronów podzielonej przez liczbę padających fotonów.
Gdy padający foton generuje elektron w obwodzie zewnętrznym, zewnętrzna wydajność kwantowa urządzenia wynosi 100% (wcześniej uważano to za teoretyczną granicę). W najnowszych badaniach fotodetektor z czarnego krzemu osiągnął wydajność sięgającą 130%, co oznacza, że jeden padający foton generuje około 1,3 elektronu.
Według naukowców z Uniwersytetu Aalto, tajną bronią stojącą za tym przełomowym odkryciem jest proces mnożenia nośników ładunku, który zachodzi w unikalnej nanostrukturze czarnego fotodetektora krzemowego i jest aktywowany przez fotony o wysokiej energii. Wcześniej naukowcy nie byli w stanie zaobserwować tego zjawiska w rzeczywistych urządzeniach, ponieważ obecność strat elektrycznych i optycznych zmniejszała liczbę zebranych elektronów. „Nasze nanostrukturalne urządzenia nie wykazują rekombinacji ani strat odbiciowych, dzięki czemu możemy zebrać wszystkie zwielokrotnione nośniki ładunku” – wyjaśniła kierownik badań, profesor Hera Severn.
Efektywność ta została potwierdzona przez Instytut Fizyko-Technologii Niemieckiego Towarzystwa Metrologicznego (PTB), najdokładniejszej i najbardziej wiarygodnej służby pomiarowej w Europie.
Naukowcy zauważają, że ta rekordowa wydajność oznacza, iż naukowcy mogą znacznie poprawić wydajność urządzeń do detekcji fotoelektrycznej.
„Nasze detektory wzbudziły duże zainteresowanie, szczególnie w dziedzinie biotechnologii i monitorowania procesów przemysłowych” – powiedział dr Mikko Juntuna, dyrektor generalny ElfysInc, firmy należącej do Uniwersytetu Aalto. Podobno rozpoczęto produkcję takich detektorów do użytku komercyjnego.
Czas publikacji: 11 lipca 2023 r.