Secondo la rete di organizzazioni di fisici recentemente riferito che i ricercatori finlandesi hanno sviluppato un fotorilevatore di silicio nero con un'efficienza quantica esterna del 130%, che è la prima volta che l'efficienza dei dispositivi fotovoltaici supera il limite teorico del 100%, che si prevede aumenterà notevolmente migliorare l'efficienza dei dispositivi di rilevamento fotoelettrico e questi dispositivi sono ampiamente utilizzati nelle automobili, nei telefoni cellulari, negli orologi intelligenti e nelle apparecchiature mediche.
Un fotorivelatore è un sensore in grado di misurare la luce o altra energia elettromagnetica, convertire i fotoni in una corrente elettrica e i fotoni assorbiti formano coppie elettrone-lacuna. Il fotorilevatore include fotodiodo e fototransistor, ecc. L'efficienza quantistica viene utilizzata per definire la percentuale di fotoni ricevuti da un dispositivo come un fotorivelatore in una coppia elettrone-lacuna, ovvero l'efficienza quantistica è uguale 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 quantistica esterna del dispositivo è del 100% (precedentemente ritenuto il limite teorico). Nell’ultimo studio, il fotorilevatore al silicio nero aveva 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 questo importante passo avanti è il processo di moltiplicazione dei portatori di carica che avviene all’interno della nanostruttura unica del fotorilevatore di silicio nero, che viene attivato da fotoni ad alta energia. In precedenza, gli scienziati non erano stati in grado di osservare il fenomeno nei dispositivi reali perché la presenza di perdite elettriche e ottiche riduceva il numero di elettroni raccolti. "I nostri dispositivi nanostrutturati non hanno ricombinazione né perdita di riflessione, quindi possiamo raccogliere tutti i portatori di carica moltiplicati", ha spiegato la professoressa Hera Severn, leader 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 significa che gli scienziati possono migliorare notevolmente le prestazioni dei dispositivi di rilevamento fotoelettrico.
"I nostri rilevatori hanno suscitato molto interesse, soprattutto nei settori della biotecnologia e del monitoraggio dei processi industriali", ha affermato il dottor Mikko Juntuna, CEO di ElfysInc, una società di proprietà dell'Università di Aalto. È stato riferito che hanno iniziato a produrre tali rilevatori per uso commerciale.
Orario di pubblicazione: 11 luglio 2023