Ifølge fysikerorganisasjonens nettverk rapporterte nylig at finske forskere har utviklet en svart silisiumfotodetektor med en ekstern kvanteeffektivitet på 130 %, som er første gang effektiviteten til solcelledrevne enheter overstiger den teoretiske grensen på 100 %, noe som forventes å forbedre effektiviteten til fotoelektriske deteksjonsenheter betraktelig, og disse enhetene er mye brukt i biler, mobiltelefoner, smartklokker og medisinsk utstyr.
En fotodetektor er en sensor som kan måle lys eller annen elektromagnetisk energi, konvertere fotoner til elektrisk strøm, og de absorberte fotonene danner elektron-hull-par. Fotodetektoren inkluderer en fotodiode og en fototransistor, etc. Kvanteeffektivitet brukes til å definere prosentandelen fotoner mottatt av en enhet som en fotodetektor til et elektron-hull-par, det vil si at kvanteeffektiviteten er lik antall fotogenererte elektroner delt på antall innfallende fotoner.
Når et innfallende foton produserer et elektron til en ekstern krets, er enhetens eksterne kvanteeffektivitet 100 % (tidligere antatt å være den teoretiske grensen). I den siste studien hadde den svarte silisiumfotodetektoren en effektivitet på opptil 130 prosent, noe som betyr at ett innfallende foton produserer omtrent 1,3 elektroner.
Ifølge forskere ved Aalto-universitetet er det hemmelige våpenet bak dette store gjennombruddet multiplikasjonsprosessen mellom ladning og ladning som skjer i den unike nanostrukturen til den svarte silisiumfotodetektoren, som utløses av høyenergifotoner. Tidligere hadde ikke forskere vært i stand til å observere fenomenet i virkelige enheter fordi tilstedeværelsen av elektriske og optiske tap reduserte antallet innsamlede elektroner. «Våre nanostrukturerte enheter har ingen rekombinasjon og ingen refleksjonstap, slik at vi kan samle alle de multipliserte ladningsbærerne», forklarte studieleder professor Hera Severn.
Denne effektiviteten er bekreftet av Institutt for fysikalsk teknologi i det tyske nasjonale metrologiselskapet (PTB), den mest nøyaktige og pålitelige måletjenesten i Europa.
Forskerne bemerker at denne rekordeffektiviteten betyr at forskere kan forbedre ytelsen til fotoelektriske deteksjonsenheter betraktelig.
«Detektorene våre har skapt stor interesse, spesielt innen bioteknologi og industriell prosessovervåking», sa Dr. Mikko Juntuna, administrerende direktør i ElfysInc, et selskap eid av Aalto-universitetet. Det rapporteres at de har begynt å produsere slike detektorer for kommersiell bruk.
Publisert: 11. juli 2023