Volgens het netwerk van de natuurkundigenorganisatie is onlangs gerapporteerd dat Finse onderzoekers een zwarte silicium fotodetector hebben ontwikkeld met een externe kwantumefficiëntie van 130%. Dit is de eerste keer dat de efficiëntie van fotovoltaïsche apparaten de theoretische limiet van 100% overschrijdt, wat naar verwachting de verbeteren de efficiëntie van foto-elektrische detectieapparatuur, en deze apparaten worden veel gebruikt in auto's, mobiele telefoons, smartwatches en medische apparatuur.
Een fotodetector is een sensor die licht of andere elektromagnetische energie kan meten, fotonen kan omzetten in elektrische stroom en de geabsorbeerde fotonen elektronen-gatparen kunnen vormen. De fotodetector omvat fotodiode en fototransistor, enz. Kwantumefficiëntie wordt gebruikt om het percentage fotonen te definiëren dat door een apparaat zoals een fotodetector wordt ontvangen in een elektron-gat-paar, dat wil zeggen dat de kwantumefficiëntie gelijk is aan het aantal door foto's gegenereerde elektronen gedeeld door het aantal invallende fotonen.
Wanneer een invallend foton een elektron naar een extern circuit produceert, is de externe kwantumefficiëntie van het apparaat 100% (waarvan eerder werd gedacht dat dit de theoretische limiet was). In het laatste onderzoek had de zwarte silicium-fotodetector een efficiëntie van maximaal 130 procent, wat betekent dat één invallend foton ongeveer 1,3 elektronen produceert.
Volgens onderzoekers van de Aalto Universiteit is het geheime wapen achter deze grote doorbraak het proces van ladingsdragervermenigvuldiging dat plaatsvindt binnen de unieke nanostructuur van de zwarte silicium-fotodetector, die wordt geactiveerd door hoogenergetische fotonen. Voorheen hadden wetenschappers het fenomeen niet in echte apparaten kunnen waarnemen, omdat de aanwezigheid van elektrische en optische verliezen het aantal verzamelde elektronen verminderde. “Onze nanogestructureerde apparaten hebben geen recombinatie en geen reflectieverlies, dus we kunnen alle vermenigvuldigde ladingsdragers verzamelen”, legt onderzoeksleider professor Hera Severn uit.
Deze efficiëntie is geverifieerd door het Instituut voor Fysische Technologie van de Duitse Nationale Metrologie Vereniging (PTB), de meest nauwkeurige en betrouwbare meetdienst in Europa.
De onderzoekers merken op dat deze recordefficiëntie betekent dat wetenschappers de prestaties van foto-elektrische detectieapparatuur aanzienlijk kunnen verbeteren.
“Onze detectoren hebben veel belangstelling gewekt, vooral op het gebied van biotechnologie en monitoring van industriële processen”, zegt Dr. Mikko Juntuna, CEO van ElfysInc, een bedrijf dat eigendom is van Aalto University. Naar verluidt zijn ze begonnen met het vervaardigen van dergelijke detectoren voor commercieel gebruik.
Posttijd: 11 juli 2023