Podle nedávno zveřejněné zprávy sítě fyzikálních organizací finští vědci vyvinuli černý křemíkový fotodetektor s externí kvantovou účinností 130 %, což je poprvé, kdy účinnost fotovoltaických zařízení překročila teoretický limit 100 %. Očekává se, že to výrazně zlepší účinnost fotoelektrických detekčních zařízení. Tato zařízení se široce používají v automobilech, mobilních telefonech, chytrých hodinkách a lékařských zařízeních.
Fotodetektor je senzor, který dokáže měřit světlo nebo jinou elektromagnetickou energii, přeměňovat fotony na elektrický proud a absorbované fotony vytvářet elektron-dírové páry. Fotodetektor obsahuje fotodiodu a fototranzistor atd. Kvantová účinnost se používá k definování procenta fotonů přijatých zařízením, jako je fotodetektor, do elektron-dírového páru, tj. kvantová účinnost se rovná počtu fotogenerovaných elektronů dělenému počtem dopadajících fotonů.
Když dopadající foton vyprodukuje elektron do externího obvodu, externí kvantová účinnost zařízení je 100 % (dříve se předpokládalo, že je to teoretický limit). V nejnovější studii měl černý křemíkový fotodetektor účinnost až 130 procent, což znamená, že jeden dopadající foton vyprodukuje přibližně 1,3 elektronu.
Podle výzkumníků z Aalto University je tajnou zbraní tohoto zásadního průlomu proces násobení nosičů náboje, ke kterému dochází v unikátní nanostruktuře černého křemíkového fotodetektoru a který je spouštěn fotony vysoké energie. Dříve vědci nebyli schopni tento jev pozorovat v reálných zařízeních, protože přítomnost elektrických a optických ztrát snižovala počet shromážděných elektronů. „Naše nanostrukturní zařízení nemají žádnou rekombinaci ani ztráty odrazem, takže můžeme shromáždit všechny znásobené nosiče náboje,“ vysvětlila vedoucí studie profesorka Hera Severnová.
Tuto účinnost ověřil Institut fyzikální technologie Německé národní metrologické společnosti (PTB), nejpřesnější a nejspolehlivější měřicí služby v Evropě.
Výzkumníci poznamenávají, že tato rekordní účinnost znamená, že vědci mohou výrazně zlepšit výkon fotoelektrických detekčních zařízení.
„Naše detektory vzbudily velký zájem, zejména v oblasti biotechnologií a monitorování průmyslových procesů,“ uvedl Dr. Mikko Juntuna, generální ředitel společnosti ElfysInc, kterou vlastní Univerzita Aalto. Uvádí se, že začali vyrábět takové detektory pro komerční využití.
Čas zveřejnění: 11. července 2023