Raziskovalci z univerze Aalto so razvili fotodetektor iz črnega silicija, ki je dosegel učinkovitost nad 130%. Tako je fotovoltaična naprava prvič presegla 100-odstotno mejo, kar je že prej veljalo za teoretični maksimum zunanje kvantne učinkovitosti.

“Ko smo videli rezultate, smo težko verjeli svojim očem. Takoj smo želeli rezultate preveriti z neodvisnimi meritvami,” pravi prof. Hele Savin, vodja raziskovalne skupine za elektronsko fiziko na univerzi Aalto.

Neodvisne meritve je opravil nemški nacionalni meroslovni inštitut Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), ki naj bi zagotovil najbolj natančne in zanesljive merilne storitve v Evropi.

Vodja laboratorija za detektorsko radiometrijo PTB dr. Lutz Werner komentira: “Potem ko sem videl rezultate, sem takoj ugotovil, da gre za pomemben preboj – in hkrati zelo dobrodošel korak naprej za nas meroslovce, ki sanjajo o večji občutljivosti. . ”

Skrivnost preboja: edinstvene nanostrukture

Zunanja kvantna učinkovitost a napravo je 100%, ko en dohodni foton ustvari en elektron v zunanjem vezju. 130-odstotna učinkovitost pomeni, da en prihajajoči foton ustvari približno 1,3 elektrona.

Raziskovalci so ugotovili, da je izredno visok zunanji kvantni izkoristek proces množenja nosilcev naboja znotraj silicijevih nanostruktur, ki jih sprožijo visokoenergetski fotoni. Tega pojava pri dejanskih napravah nismo opazili prej, saj je prisotnost električnih in optičnih izgub zmanjšala število zbranih elektronov.

“Zberemo lahko vse večkratne nosilce naboja brez potrebe po ločenem zunanjem spreminjanju, saj je naša nanostrukturna naprava brez rekombinacij in izgub zaradi refleksije,” pojasnjuje prof. Savin.

V praksi učinkovitost zapisa pomeni, da se lahko zmogljivost katere koli naprave, ki uporablja zaznavanje svetlobe, drastično izboljša. Zaznavanje svetlobe se že pogosto uporablja v našem vsakdanjem življenju, na primer v avtomobilih, mobilnih telefonih, pametnih urah in medicinskih pripomočkih.

“Naši detektorji trenutno pridobivajo veliko privlačnosti, zlasti na področju biotehnologije in industrijski postopek Mikko Juntunen, izvršni direktor odvetniške družbe univerze Aalto, Elfys Inc. Že zdaj izdelujejo zapisovalnike za komercialno uporabo.

Rezultati, ki vodijo do rekordne učinkovitosti, so bili sprejeti za objavo v Pisma o fizičnem pregledu v članku z naslovom “Črno-silicijevi ultravijolični fotodiodi dosegajo zunanjo kvantno učinkovitost nad 130%.”