Nach Angaben des Netzwerks der Physikerorganisation haben finnische Forscher kürzlich einen Fotodetektor aus schwarzem Silizium mit einem externen Quantenwirkungsgrad von 130 % entwickelt. Dies ist das erste Mal, dass der Wirkungsgrad von Photovoltaikgeräten die theoretische Grenze von 100 % überschreitet, was voraussichtlich erheblich sein wird Verbessern Sie die Effizienz fotoelektrischer Erkennungsgeräte. Diese Geräte werden häufig in Autos, Mobiltelefonen, Smartwatches und medizinischen Geräten eingesetzt.
Ein Fotodetektor ist ein Sensor, der Licht oder andere elektromagnetische Energie messen, Photonen in elektrischen Strom umwandeln und die absorbierten Photonen Elektron-Loch-Paare bilden kann. Der Fotodetektor umfasst eine Fotodiode, einen Fototransistor usw. Die Quanteneffizienz wird verwendet, um den Prozentsatz der von einem Gerät wie einem Fotodetektor empfangenen Photonen in einem Elektron-Loch-Paar zu definieren, d. h. die Quanteneffizienz ist gleich der Anzahl der fotogenerierten Elektronen dividiert durch die Anzahl der einfallenden Photonen.
Wenn ein einfallendes Photon ein Elektron für einen externen Stromkreis erzeugt, beträgt die externe Quanteneffizienz des Geräts 100 % (bisher galt dies als theoretische Grenze). In der neuesten Studie hatte der Fotodetektor aus schwarzem Silizium einen Wirkungsgrad von bis zu 130 Prozent, was bedeutet, dass ein einfallendes Photon etwa 1,3 Elektronen erzeugt.
Laut Forschern der Aalto-Universität ist die Geheimwaffe hinter diesem großen Durchbruch der Ladungsträger-Vervielfachungsprozess, der innerhalb der einzigartigen Nanostruktur des schwarzen Silizium-Fotodetektors abläuft und durch hochenergetische Photonen ausgelöst wird. Bisher war es Wissenschaftlern nicht möglich, das Phänomen in realen Geräten zu beobachten, da elektrische und optische Verluste die Anzahl der gesammelten Elektronen verringerten. „Unsere nanostrukturierten Geräte haben keine Rekombination und keinen Reflexionsverlust, sodass wir alle vervielfachten Ladungsträger sammeln können“, erklärte Studienleiterin Professor Hera Severn.
Diese Effizienz wurde vom Institut für Physikalische Technik der Deutschen Gesellschaft für Metrologie (PTB), dem genauesten und zuverlässigsten Messdienst in Europa, nachgewiesen.
Die Forscher stellen fest, dass diese Rekordeffizienz bedeutet, dass Wissenschaftler die Leistung photoelektrischer Detektionsgeräte erheblich verbessern können.
„Unsere Detektoren haben großes Interesse geweckt, insbesondere in den Bereichen Biotechnologie und industrielle Prozessüberwachung“, sagte Dr. Mikko Juntuna, CEO von ElfysInc, einem Unternehmen der Aalto-Universität. Berichten zufolge haben sie begonnen, solche Detektoren für den kommerziellen Einsatz herzustellen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 11. Juli 2023