Po poročanju mreže fizikalnih organizacij so finski raziskovalci razvili črni silicijev fotodetektor z zunanjo kvantno učinkovitostjo 130 %, kar je prvič, da učinkovitost fotovoltaičnih naprav presega teoretično mejo 100 %, kar naj bi močno izboljšalo učinkovitost fotoelektričnih detekcijskih naprav, te naprave pa se pogosto uporabljajo v avtomobilih, mobilnih telefonih, pametnih urah in medicinski opremi.
Fotodetektor je senzor, ki lahko meri svetlobo ali drugo elektromagnetno energijo, pretvarja fotone v električni tok, absorbirani fotoni pa tvorijo pare elektronov in vrzeli. Fotodetektor vključuje fotodiodo in fototranzistor itd. Kvantna učinkovitost se uporablja za opredelitev odstotka fotonov, ki jih naprava, kot je fotodetektor, prejme v par elektronov in vrzeli, torej je kvantna učinkovitost enaka številu fotogeneriranih elektronov, deljenemu s številom vpadnih fotonov.
Ko vpadni foton ustvari elektron v zunanjem vezju, je zunanji kvantni izkoristek naprave 100 % (kar se je prej štelo za teoretično mejo). V najnovejši študiji je imel črni silicijev fotodetektor izkoristek do 130 odstotkov, kar pomeni, da en vpadni foton ustvari približno 1,3 elektrona.
Po mnenju raziskovalcev Univerze Aalto je skrivno orožje tega velikega preboja proces množenja nosilcev naboja, ki se dogaja znotraj edinstvene nanostrukture črnega silicijevega fotodetektorja, 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 izgub zaradi odboja, zato lahko zberemo vse pomnožene nosilce naboja,« je pojasnila vodja študije, profesorica Hera Severn.
To učinkovitost je potrdil Inštitut za fizikalno tehnologijo Nemškega nacionalnega metrološkega društva (PTB), najnatančnejša in najzanesljivejša merilna služba v Evropi.
Raziskovalci ugotavljajo, da ta rekordna učinkovitost pomeni, da lahko znanstveniki močno izboljšajo delovanje fotoelektričnih naprav za zaznavanje.
»Naši detektorji so vzbudili veliko zanimanja, zlasti na področju biotehnologije in spremljanja industrijskih procesov,« je dejal 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