Według organizacji zajmującej się fizyką, fińscy naukowcy opracowali czarny fotodetektor krzemowy o zewnętrznej wydajności kwantowej wynoszącej 130%. Jest to pierwszy przypadek, gdy wydajność urządzeń fotowoltaicznych przekracza teoretyczny limit 100%. Oczekuje się, że znacznie poprawi to wydajność urządzeń wykrywających fotoelektrycznie. 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, zamieniać fotony na prąd elektryczny, a pochłonięte fotony tworzą pary elektron-dziura. Fotodetektor obejmuje fotodiodę i fototranzystor itp. Wydajność kwantowa jest używana do definiowania procentu fotonów odbieranych przez urządzenie, takie jak fotodetektor, w parę elektron-dziura, to znaczy wydajność kwantowa jest równa liczbie fotogenerowanych elektronów podzielonej przez liczbę padających fotonów.
Gdy padający foton wytwarza elektron w obwodzie zewnętrznym, zewnętrzna wydajność kwantowa urządzenia wynosi 100% (wcześniej uważano to za teoretyczną granicę). W najnowszych badaniach czarny fotodetektor krzemowy miał wydajność do 130 procent, co oznacza, że jeden padający foton wytwarza około 1,3 elektronów.
Według badaczy z Aalto University, tajną bronią stojącą za tym przełomowym odkryciem jest proces mnożenia nośników ładunku, który zachodzi w unikalnej nanostrukturze czarnego krzemowego fotodetektora, który jest wyzwalany 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 nanostrukturyzowane urządzenia nie mają rekombinacji ani strat odbicia, więc możemy zebrać wszystkie zwielokrotnione nośniki ładunku” – wyjaśniła kierownik badań, profesor Hera Severn.
Efektywność ta została potwierdzona przez Instytut Fizyczno-Techniczny Niemieckiego Towarzystwa Metrologicznego (PTB), najdokładniejszej i najbardziej niezawodnej 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, zwłaszcza w obszarach biotechnologii i monitorowania procesów przemysłowych” — powiedział dr Mikko Juntuna, dyrektor generalny ElfysInc, firmy należącej do Aalto University. Podobno zaczęli produkować takie detektory do użytku komercyjnego.
Czas publikacji: 11-07-2023