Secondo quanto riportato di recente dall'organizzazione dei fisici, i ricercatori finlandesi hanno sviluppato un fotodiodo al silicio nero con un'efficienza quantistica esterna del 130%. Si tratta della prima volta che l'efficienza dei dispositivi fotovoltaici supera il limite teorico del 100%. Si prevede che ciò migliorerà notevolmente l'efficienza dei dispositivi di rilevamento fotoelettrico. Tali dispositivi sono ampiamente utilizzati nelle automobili, nei telefoni cellulari, negli orologi intelligenti e nelle apparecchiature mediche.
Un fotodiodo è un sensore in grado di misurare la luce o altra energia elettromagnetica, convertire i fotoni in corrente elettrica e, con i fotoni assorbiti, formare coppie elettrone-lacuna. Il fotodiodo include un fototransistor, ecc. L'efficienza quantica viene utilizzata per definire la percentuale di fotoni ricevuti da un dispositivo come un fotodiodo in una coppia elettrone-lacuna, ovvero l'efficienza quantica è pari al numero di elettroni fotogenerati diviso per il numero di fotoni incidenti.
Quando un fotone incidente produce un elettrone in un circuito esterno, l'efficienza quantica esterna del dispositivo è del 100% (in precedenza considerata il limite teorico). Nell'ultimo studio, il fotorilevatore al silicio nero ha raggiunto un'efficienza fino al 130%, il che significa che un fotone incidente produce circa 1,3 elettroni.
Secondo i ricercatori dell'Università di Aalto, l'arma segreta dietro questa importante scoperta è il processo di moltiplicazione dei portatori di carica che si verifica all'interno della nanostruttura unica del fotorilevatore al silicio nero, attivato da fotoni ad alta energia. In precedenza, gli scienziati non erano stati in grado di osservare il fenomeno in dispositivi reali perché la presenza di perdite elettriche e ottiche riduceva il numero di elettroni raccolti. "I nostri dispositivi nanostrutturati non presentano ricombinazione né perdite per riflessione, quindi possiamo raccogliere tutti i portatori di carica moltiplicati", ha spiegato la professoressa Hera Severn, a capo dello studio.
Questa efficienza è stata verificata dall'Istituto di tecnologia fisica della Società nazionale tedesca di metrologia (PTB), il servizio di misurazione più accurato e affidabile in Europa.
I ricercatori sottolineano che questa efficienza record consente agli scienziati di migliorare notevolmente le prestazioni dei dispositivi di rilevamento fotoelettrico.
"I nostri rilevatori hanno suscitato grande interesse, soprattutto nei settori della biotecnologia e del monitoraggio dei processi industriali", ha affermato il Dott. Mikko Juntuna, CEO di ElfysInc, un'azienda di proprietà dell'Università di Aalto. Si dice che abbiano iniziato a produrre tali rilevatori per uso commerciale.
Data di pubblicazione: 11/07/2023