Aalto University-onderzoekers hebben een zwarte siliciumfotodetector ontwikkeld die een efficiëntie van meer dan 130% heeft bereikt. Dus, Voor de eerste keer, een fotovoltaïsch apparaat heeft de limiet van 100% overschreden, die eerder werd beschouwd als het theoretische maximum voor externe kwantumefficiëntie.

"Toen we de resultaten zagen, we konden onze ogen nauwelijks geloven. We wilden de resultaten meteen verifiëren door onafhankelijke metingen, " zegt prof. Hele Savin, hoofd van de onderzoeksgroep Electron Physics aan de Aalto University.

De onafhankelijke metingen zijn uitgevoerd door het Duitse National Metrology Institute, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), die bekend staat om de meest nauwkeurige en betrouwbare meetdiensten in Europa.

Hoofd van het PTB Laboratorium voor Detector Radiometrie, Dr. Lutz Werner commentaar, "Na het zien van de resultaten, Ik realiseerde me meteen dat dit een belangrijke doorbraak is - en tegelijkertijd, een welkome stap voorwaarts voor ons metrologen die dromen van hogere gevoeligheden."

Het geheim achter de doorbraak:Unieke nanostructuren

De externe kwantumefficiëntie van een apparaat is 100% wanneer één binnenkomend foton één elektron naar het externe circuit genereert. 130% efficiëntie betekent dat één inkomend foton ongeveer 1,3 elektronen genereert.

De onderzoekers ontdekten dat de oorsprong van de uitzonderlijk hoge externe kwantumefficiëntie ligt in het proces van ladingsdragervermenigvuldiging in silicium nanostructuren dat wordt geactiveerd door hoogenergetische fotonen. Het fenomeen is niet eerder waargenomen in werkelijke apparaten, omdat de aanwezigheid van elektrische en optische verliezen het aantal verzamelde elektronen heeft verminderd.

"We kunnen alle multiplicatorladingsdragers verzamelen zonder aparte externe biasing, aangezien ons nanogestructureerde apparaat vrij is van recombinatie- en reflectieverliezen, "Prof. Savin legt uit.

In praktijk, de recordefficiëntie betekent dat de prestaties van elk apparaat dat gebruikmaakt van lichtdetectie drastisch kunnen worden verbeterd. Lichtdetectie wordt al veel gebruikt in ons dagelijks leven, bijvoorbeeld, in auto's, mobieltjes, smartwatches en medische apparaten.

"Onze detectoren winnen momenteel veel aantrekkingskracht, vooral in biotechnologie en industriële procesbewaking, " zegt Dr. Mikko Juntunen, CEO van spin-off bedrijf Aalto University, Elfys Inc. Ze maken de recorddetectoren al voor commercieel gebruik.

De resultaten die leiden tot de recordefficiëntie zijn geaccepteerd voor publicatie in Fysieke beoordelingsbrieven in een artikel met de titel "Zwart-silicium ultraviolette fotodiodes bereiken een externe kwantumefficiëntie van meer dan 130%."