Secondo quanto riportato di recente dalla rete di organizzazioni di fisici, i ricercatori finlandesi hanno sviluppato un fotorivelatore al silicio nero con un'efficienza quantica esterna del 130%, che rappresenta la prima volta che l'efficienza dei dispositivi fotovoltaici supera il limite teorico del 100%. Si prevede che questo risultato migliorerà notevolmente l'efficienza dei dispositivi di rilevamento fotoelettrico, ampiamente utilizzati in automobili, telefoni cellulari, smartwatch e apparecchiature mediche.
Un fotorivelatore è un sensore in grado di misurare la luce o altre forme di energia elettromagnetica, convertire i fotoni in corrente elettrica e far sì che i fotoni assorbiti formino coppie elettrone-lacuna. I fotorivelatori includono fotodiodi e fototransistor, ecc. L'efficienza quantica viene utilizzata per definire la percentuale di fotoni ricevuti da un dispositivo, come un fotorivelatore, che si trasformano in coppie elettrone-lacuna; in altre parole, 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% (precedentemente considerata il limite teorico). Nell'ultimo studio, il fotorivelatore in 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 Aalto, l'arma segreta alla base di questa importante scoperta è il processo di moltiplicazione dei portatori di carica che avviene all'interno dell'esclusiva nanostruttura del fotorivelatore in silicio nero, innescato 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, responsabile dello studio.
Tale efficienza è stata verificata dall'Istituto di Tecnologia Fisica della Società Nazionale Tedesca di Metrologia (PTB), il servizio di misurazione più preciso e affidabile d'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 grande interesse, soprattutto nei settori delle biotecnologie e del monitoraggio dei processi industriali", ha affermato il Dr. Mikko Juntuna, CEO di ElfysInc, azienda di proprietà dell'Università Aalto. Sembra che abbiano avviato la produzione di tali rilevatori per uso commerciale.
Data di pubblicazione: 11 luglio 2023