A fizikusok szervezeti hálózata szerint a közelmúltban finn kutatók kifejlesztettek egy 130%-os külső kvantumhatásfokú fekete szilícium fotodetektort, amely az első alkalom, hogy a fotovoltaikus eszközök hatásfoka meghaladja a 100%-os elméleti határt, ami várhatóan jelentősen javítja a fotoelektromos érzékelő eszközök hatékonyságát, és ezeket az eszközöket széles körben használják autókban, mobiltelefonokban, okosórákban és orvosi berendezésekben.
A fotodetektor egy olyan érzékelő, amely képes fényt vagy más elektromágneses energiát mérni, fotonokat elektromos árammá alakítani, és az elnyelt fotonok elektron-lyuk párokat alkotnak. A fotodetektor fotodiódát és fototranzisztort stb. tartalmaz. A kvantumhatásfok a fotodetektorhoz hasonló eszköz által egy elektron-lyuk párba fogadott fotonok százalékos arányát határozza meg, azaz a kvantumhatásfok megegyezik a fotogenerált elektronok számával osztva a beeső fotonok számával.
Amikor egy beeső foton elektront bocsát ki egy külső áramkör számára, az eszköz külső kvantumhatásfoka 100% (korábban ezt tartották az elméleti határnak). A legújabb tanulmányban a fekete szilícium fotodetektor hatásfoka elérte a 130 százalékot, ami azt jelenti, hogy egy beeső foton körülbelül 1,3 elektront termel.
Az Aalto Egyetem kutatói szerint a jelentős áttörés mögött rejlő titkos fegyver a töltéshordozó-sokszorozódási folyamat, amely a fekete szilícium fotodetektor egyedi nanoszerkezetén belül zajlik, és amelyet nagy energiájú fotonok váltanak ki. Korábban a tudósok nem tudták megfigyelni a jelenséget valódi eszközökben, mivel az elektromos és optikai veszteségek jelenléte csökkentette az összegyűjtött elektronok számát. „Nanoszerkezetű eszközeinkben nincs rekombináció és nincs reflexiós veszteség, így az összes megsokszorozott töltéshordozót össze tudjuk gyűjteni” – magyarázta Hera Severn professzor, a tanulmány vezetője.
Ezt a hatékonyságot a Német Nemzeti Metrológiai Társaság (PTB) Fizikai Technológiai Intézete, Európa legpontosabb és legmegbízhatóbb mérési szolgáltatása igazolta.
A kutatók megjegyzik, hogy ez a rekordhatékonyság azt jelenti, hogy a tudósok jelentősen javíthatják a fotoelektromos érzékelő eszközök teljesítményét.
„Detektoraink nagy érdeklődést váltottak ki, különösen a biotechnológia és az ipari folyamatok monitorozása területén” – mondta Dr. Mikko Juntuna, az Aalto Egyetem tulajdonában lévő ElfysInc vezérigazgatója. A jelentések szerint megkezdték az ilyen detektorok kereskedelmi célú gyártását.
Közzététel ideje: 2023. július 11.