Enligt fysikerorganisationen Network rapporterades nyligen att finska forskare har utvecklat en fotodetektor av svart kisel med en extern kvantverkningsgrad på 130 %, vilket är första gången som effektiviteten hos solceller överstiger den teoretiska gränsen på 100 %, vilket förväntas förbättra effektiviteten hos fotoelektriska detektionsenheter avsevärt, och dessa enheter används ofta i bilar, mobiltelefoner, smartklockor och medicinsk utrustning.
En fotodetektor är en sensor som kan mäta ljus eller annan elektromagnetisk energi, omvandla fotoner till elektrisk ström, och de absorberade fotonerna bildar elektron-hål-par. Fotodetektorn inkluderar en fotodiod och en fototransistor, etc. Kvanteffektivitet används för att definiera andelen fotoner som tas emot av en anordning, såsom en fotodetektor, till ett elektron-hål-par, det vill säga att kvanteffektiviteten är lika med antalet fotogenererade elektroner dividerat med antalet infallande fotoner.
När en infallande foton producerar en elektron till en extern krets är enhetens externa kvantverkningsgrad 100 % (som tidigare ansågs vara den teoretiska gränsen). I den senaste studien hade den svarta kiselfotodetektorn en verkningsgrad på upp till 130 procent, vilket innebär att en infallande foton producerar cirka 1,3 elektroner.
Enligt forskare vid Aalto-universitetet är det hemliga vapnet bakom detta stora genombrott den laddningsbärarmultiplikationsprocessen som sker i den unika nanostrukturen hos den svarta kiselfotodetektorn, vilken utlöses av högenergifotoner. Tidigare hade forskare inte kunnat observera fenomenet i verkliga apparater eftersom förekomsten av elektriska och optiska förluster minskade antalet insamlade elektroner. ”Våra nanostrukturerade apparater har ingen rekombination och ingen reflektionsförlust, så vi kan samla in alla de multiplicerade laddningsbärarna”, förklarade studieledaren professor Hera Severn.
Denna effektivitet har verifierats av Institutet för fysikalisk teknik inom det tyska nationella mättekniksällskapet (PTB), den mest exakta och tillförlitliga mättjänsten i Europa.
Forskarna noterar att denna rekordeffektivitet innebär att forskare kan förbättra prestandan hos fotoelektriska detektionsenheter avsevärt.
”Våra detektorer har väckt stort intresse, särskilt inom områdena bioteknik och industriell processövervakning”, säger Dr. Mikko Juntuna, VD för ElfysInc, ett företag som ägs av Aalto-universitetet. Det rapporteras att de har börjat tillverka sådana detektorer för kommersiellt bruk.
Publiceringstid: 11 juli 2023