Według organizacji fizyków Network poinformowała niedawno, że fińscy badacze opracowali fotodetektor z czarnego krzemu o zewnętrznej wydajności kwantowej wynoszącej 130%, co stanowi pierwszy przypadek, w którym wydajność urządzeń fotowoltaicznych przekracza teoretyczną granicę 100%, co, jak się oczekuje, znacznie poprawić wydajność fotoelektrycznych urządzeń detekcyjnych, a 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 tworzą pary elektron-dziura. Fotodetektor składa się z fotodiody i fototranzystora itp. Wydajność kwantowa służy do określenia procentu fotonów odbieranych przez urządzenie takie jak fotodetektor do pary elektron-dziura, to znaczy wydajność kwantowa jest równa liczbie fotogenerowanych elektronów podzielonej przez liczba padających fotonów.
Kiedy padający foton wytwarza elektron w obwodzie zewnętrznym, zewnętrzna wydajność kwantowa urządzenia wynosi 100% (wcześniej uważano, że jest to teoretyczna granica). W najnowszym badaniu fotodetektor z czarnego krzemu miał skuteczność sięgającą 130 procent, co oznacza, że jeden padający foton wytwarza około 1,3 elektronu.
Według naukowców z Uniwersytetu Aalto tajną bronią stojącą za tym wielkim przełomem jest proces zwielokrotniania nośnika ładunku zachodzący w unikalnej nanostrukturze fotodetektora z czarnego krzemu, wyzwalany przez fotony o wysokiej energii. Wcześniej naukowcom nie udało się zaobserwować tego zjawiska w rzeczywistych urządzeniach, ponieważ obecność strat elektrycznych i optycznych zmniejszała liczbę gromadzonych elektronów. „Nasze urządzenia nanostrukturalne nie charakteryzują się rekombinacją ani utratą odbicia, dzięki czemu możemy zebrać wszystkie zwielokrotnione nośniki ładunku” – wyjaśniła kierownik badania, profesor Hera Severn.
Wydajność ta została zweryfikowana przez Instytut Technologii Fizycznej Niemieckiego Krajowego Towarzystwa Metrologicznego (PTB), najdokładniejszą i najbardziej wiarygodną służbę pomiarową w Europie.
Naukowcy zauważają, że ta rekordowa wydajność oznacza, że naukowcy mogą znacznie poprawić wydajność fotoelektrycznych urządzeń detekcyjnych.
„Nasze detektory wzbudziły duże zainteresowanie, zwłaszcza w obszarach biotechnologii i monitorowania procesów przemysłowych” – powiedział dr Mikko Juntuna, dyrektor generalny ElfysInc, firmy należącej do Uniwersytetu Aalto. Poinformowano, że rozpoczęli produkcję takich detektorów do użytku komercyjnego.
Czas publikacji: 11 lipca 2023 r