Prema nedavno objavljenom izvješću mreže organizacija fizičara, finski istraživači razvili su crni silicijski fotodetektor s vanjskom kvantnom učinkovitošću od 130%, što je prvi put da učinkovitost fotonaponskih uređaja premašuje teorijsku granicu od 100%, što bi trebalo uvelike poboljšati učinkovitost 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 elektromagnetsku energiju, pretvarati fotone u električnu struju, a apsorbirani fotoni formiraju parove elektron-šupljina. Fotodetektor uključuje fotodiodu i fototranzistor itd. Kvantna učinkovitost koristi se za definiranje postotka fotona koje uređaj poput fotodetektora prima u par elektron-šupljina, odnosno kvantna učinkovitost jednaka je broju fotogeneriranih elektrona podijeljenom s brojem upadnih fotona.
Kada upadni foton proizvede elektron u vanjskom strujnom krugu, vanjska kvantna učinkovitost uređaja je 100% (što se prije smatralo teoretskom granicom). U najnovijoj studiji, crni silicijski fotodetektor imao je učinkovitost do 130 posto, što znači da jedan upadni foton proizvede oko 1,3 elektrona.
Prema istraživačima Sveučilišta Aalto, tajno oružje iza ovog velikog otkrića je proces umnožavanja nositelja naboja koji se odvija unutar jedinstvene nanostrukture crnog silicijskog fotodetektora, a koji pokreću fotoni visoke energije. Prije toga, znanstvenici nisu mogli promatrati taj fenomen u stvarnim uređajima jer je prisutnost električnih i optičkih gubitaka smanjivala broj prikupljenih elektrona. „Naši nanostrukturirani uređaji nemaju rekombinaciju i nemaju gubitak refleksije, tako da možemo prikupiti sve umnožene nositelje naboja“, objasnila je voditeljica studije, profesorica Hera Severn.
Ovu učinkovitost potvrdio je Institut za fizikalnu tehnologiju Njemačkog nacionalnog mjeriteljskog društva (PTB), najtočnija i najpouzdanija mjerna služba u Europi.
Istraživači napominju da ova rekordna učinkovitost znači da znanstvenici mogu uvelike poboljšati performanse fotoelektričnih uređaja za detekciju.
„Naši detektori izazvali su velik interes, posebno u područjima biotehnologije i praćenja industrijskih procesa“, rekao je dr. Mikko Juntuna, izvršni direktor tvrtke ElfysInc, u vlasništvu Sveučilišta Aalto. Izvješćuje se da su počeli proizvoditi takve detektore za komercijalnu upotrebu.
Vrijeme objave: 11. srpnja 2023.