Segons la xarxa d'organitzacions de físics, investigadors finlandesos han desenvolupat un fotodetector de silici negre amb una eficiència quàntica externa del 130%, que és la primera vegada que l'eficiència dels dispositius fotovoltaics supera el límit teòric del 100%, cosa que s'espera que millori considerablement l'eficiència dels dispositius de detecció fotoelèctrica, i aquests dispositius s'utilitzen àmpliament en cotxes, telèfons mòbils, rellotges intel·ligents i equips mèdics.
Un fotodetector és un sensor que pot mesurar la llum o altra energia electromagnètica, convertir fotons en corrent elèctric i els fotons absorbits formen parells electró-forat. El fotodetector inclou un fotodíode i un fototransistor, etc. L'eficiència quàntica s'utilitza per definir el percentatge de fotons rebuts per un dispositiu com ara un fotodetector en un parell electró-forat, és a dir, l'eficiència quàntica és igual al nombre d'electrons fotogenerats dividit pel nombre de fotons incidents.
Quan un fotó incident produeix un electró a un circuit extern, l'eficiència quàntica externa del dispositiu és del 100% (que abans es considerava el límit teòric). En l'últim estudi, el fotodetector de silici negre tenia una eficiència de fins al 130%, cosa que significa que un fotó incident produeix uns 1,3 electrons.
Segons investigadors de la Universitat d'Aalto, l'arma secreta darrere d'aquest gran avenç és el procés de multiplicació dels portadors de càrrega que es produeix dins de la nanoestructura única del fotodetector de silici negre, que s'activa mitjançant fotons d'alta energia. Anteriorment, els científics no havien pogut observar el fenomen en dispositius reals perquè la presència de pèrdues elèctriques i òptiques reduïa el nombre d'electrons recollits. "Els nostres dispositius nanoestructurats no tenen pèrdua de recombinació ni de reflexió, de manera que podem recollir tots els portadors de càrrega multiplicats", va explicar la professora Hera Severn, directora de l'estudi.
Aquesta eficiència ha estat verificada per l'Institut de Tecnologia Física de la Societat Nacional Alemanya de Metrologia (PTB), el servei de mesurament més precís i fiable d'Europa.
Els investigadors assenyalen que aquesta eficiència rècord significa que els científics poden millorar considerablement el rendiment dels dispositius de detecció fotoelèctrica.
«Els nostres detectors han generat molt d'interès, especialment en les àrees de biotecnologia i monitorització de processos industrials», va dir el Dr. Mikko Juntuna, CEO d'ElfysInc, una empresa propietat de la Universitat d'Aalto. Es diu que han començat a fabricar aquests detectors per a ús comercial.
Data de publicació: 11 de juliol de 2023