Sort silicium fotodetektor bryder 100 % effektivitetsgrænsen

Forskere fra Aalto University har udviklet en sort silicium fotodetektor, der har nået en effektivitet på over 130 %. Dermed, for første gang, en fotovoltaisk enhed har overskredet grænsen på 100 %, som tidligere er blevet betragtet som det teoretiske maksimum for ekstern kvanteeffektivitet.

"Da vi så resultaterne, vi kunne næsten ikke tro vores øjne. Umiddelbart ønskede vi at verificere resultaterne ved uafhængige målinger, " siger prof. Hele Savin, leder af forskningsgruppen Elektronfysik ved Aalto University.

De uafhængige målinger blev udført af det tyske nationale metrologiinstitut, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), som vides at levere de mest nøjagtige og pålidelige målingstjenester i Europa.

Leder af PTB-laboratoriet for detektorradiometri, Dr. Lutz Werner kommenterer, "Efter at have set resultaterne, Jeg indså med det samme, at dette er et betydeligt gennembrud - og på samme tid et meget velkomment skridt fremad for os metrologer, der drømmer om højere følsomheder. "

Hemmeligheden bag gennembruddet:Unikke nanostrukturer

En enheds eksterne kvanteeffektivitet er 100%, når en indkommende foton genererer en elektron til det eksterne kredsløb. 130 % effektivitet betyder, at en indkommende foton genererer cirka 1,3 elektroner.

Forskerne fandt ud af, at oprindelsen til den usædvanligt høje eksterne kvanteeffektivitet ligger i ladningsbærer-multiplikationsprocessen inde i siliciumnanostrukturer, der udløses af højenergifotoner. Fænomenet er ikke blevet observeret tidligere i faktiske enheder, da tilstedeværelsen af ​​elektriske og optiske tab har reduceret antallet af opsamlede elektroner.

"Vi kan indsamle alle multiplicerede ladningsbærere uden behov for separat ekstern biasing, da vores nanostrukturerede enhed er fri for rekombinations- og reflektionstab, Prof. Savin forklarer.

I praksis, rekordeffektiviteten betyder, at ydeevnen af ​​enhver enhed, der bruger lysdetektion, kan forbedres drastisk. Lysdetektion bruges allerede i vid udstrækning i vores hverdag, for eksempel, i biler, mobiltelefoner, smarture og medicinsk udstyr.

"Vores detektorer vinder meget tiltrækning i øjeblikket, især inden for bioteknologi og industriel procesovervågning, " siger Dr. Mikko Juntunen, administrerende direktør for Aalto University spin-off selskab, Elfys Inc. De er allerede i gang med at fremstille rekorddetektorerne til kommercielt brug.

Resultaterne, der fører til rekordeffektiviteten, er blevet accepteret til offentliggørelse i Fysiske anmeldelsesbreve i en artikel med titlen "Sort-silicium ultraviolette fotodioder opnår ekstern kvanteeffektivitet over 130%."