Prema nedavno objavljenom izvještaju mreže organizacija fizičara, finski istraživači su razvili crni silicijumski fotodetektor sa eksternom kvantnom efikasnošću od 130%, što je prvi put da efikasnost fotonaponskih uređaja prelazi teorijsku granicu od 100%. Očekuje se da će to značajno poboljšati efikasnost fotoelektričnih uređaja za detekciju, a ovi uređaji se široko koriste u automobilima, mobilnim telefonima, pametnim satovima i medicinskoj opremi.
Fotodetektor je senzor koji može mjeriti svjetlost ili drugu elektromagnetnu energiju, pretvarati fotone u električnu struju, a apsorbirani fotoni formiraju parove elektron-šupljina. Fotodetektor uključuje fotodiodu i fototranzistor itd. Kvantna efikasnost se koristi za definiranje postotka fotona koje uređaj poput fotodetektora primi u par elektron-šupljina, odnosno kvantna efikasnost je jednaka broju fotogeneriranih elektrona podijeljenom s brojem upadnih fotona.
Kada upadni foton proizvede elektron u vanjskom strujnom kolu, vanjska kvantna efikasnost uređaja je 100% (što se ranije smatralo teoretskom granicom). U najnovijoj studiji, crni silicijumski fotodetektor imao je efikasnost do 130 posto, što znači da jedan upadni foton proizvede oko 1,3 elektrona.
Prema istraživačima Univerziteta Aalto, tajno oružje iza ovog velikog otkrića je proces umnožavanja nosioca naboja koji se odvija unutar jedinstvene nanostrukture crnog silicijumskog fotodetektora, a koji pokreću fotoni visoke energije. Ranije, naučnici nisu mogli posmatrati ovaj fenomen u stvarnim uređajima jer je prisustvo električnih i optičkih gubitaka smanjivalo broj prikupljenih elektrona. „Naši nanostrukturirani uređaji nemaju rekombinaciju i nemaju gubitak refleksije, tako da možemo sakupiti sve umnožene nosioce naboja“, objasnila je voditeljica studije, profesorica Hera Severn.
Ovu efikasnost je potvrdio Institut za fizičku tehnologiju Njemačkog nacionalnog metrološkog društva (PTB), najtačnije i najpouzdanije mjerne službe u Evropi.
Istraživači napominju da ova rekordna efikasnost znači da naučnici mogu značajno poboljšati performanse fotoelektričnih uređaja za detekciju.
„Naši detektori su izazvali veliko interesovanje, posebno u oblastima biotehnologije i praćenja industrijskih procesa“, rekao je dr. Mikko Juntuna, izvršni direktor kompanije ElfysInc, u vlasništvu Univerziteta Aalto. Izvještava se da su počeli proizvoditi takve detektore za komercijalnu upotrebu.
Vrijeme objave: 11. jul 2023.