Po podatkih mreže organizacij fizikov je nedavno poročalo, da so finski raziskovalci razvili fotodetektor iz črnega silicija z zunanjo kvantno učinkovitostjo 130 %, kar je prvič, da učinkovitost fotovoltaičnih naprav preseže teoretično mejo 100 %, kar naj bi močno izboljšati učinkovitost fotoelektričnih detektorskih naprav, ki se pogosto uporabljajo v avtomobilih, mobilnih telefonih, pametnih urah in medicinski opremi.
Fotodetektor je senzor, ki lahko meri svetlobo ali drugo elektromagnetno energijo, pretvori fotone v električni tok, absorbirani fotoni pa tvorijo pare elektron-luknja. Fotodetektor vključuje fotodiodo in fototranzistor itd. Kvantna učinkovitost se uporablja za določitev odstotka fotonov, ki jih prejme naprava, kot je fotodetektor, v par elektron-luknja, kar pomeni, da je kvantna učinkovitost enaka številu fotogeneriranih elektronov, deljeno s število vpadnih fotonov.
Ko vpadni foton proizvede elektron v zunanje vezje, je zunanja kvantna učinkovitost naprave 100 % (prej je veljalo za teoretično mejo). V najnovejši študiji je imel črni silicijev fotodetektor učinkovitost do 130 odstotkov, kar pomeni, da en vpadni foton proizvede približno 1,3 elektrona.
Po mnenju raziskovalcev Univerze Aalto je skrivno orožje za tem velikim prebojem proces množenja nosilcev naboja, ki se pojavi znotraj edinstvene nanostrukture fotodetektorja črnega silicija, ki ga sprožijo visokoenergijski fotoni. Prej znanstveniki tega pojava niso mogli opazovati v resničnih napravah, ker je prisotnost električnih in optičnih izgub zmanjšala število zbranih elektronov. "Naše nanostrukturne naprave nimajo rekombinacije in izgube odseva, zato lahko zberemo vse pomnožene nosilce naboja," je pojasnila vodja študije, profesorica Hera Severn.
To učinkovitost je potrdil Inštitut za fizikalno tehnologijo Nemškega nacionalnega meroslovnega združenja (PTB), najbolj natančna in zanesljiva merilna služba v Evropi.
Raziskovalci ugotavljajo, da ta rekordna učinkovitost pomeni, da lahko znanstveniki močno izboljšajo delovanje fotoelektričnih detektorskih naprav.
»Naši detektorji so vzbudili veliko zanimanja, zlasti na področju biotehnologije in spremljanja industrijskih procesov,« je povedal dr. Mikko Juntuna, izvršni direktor podjetja ElfysInc, ki je v lasti univerze Aalto. Poročajo, da so začeli proizvajati takšne detektorje za komercialno uporabo.
Čas objave: 11. julij 2023