Σύμφωνα με το δίκτυο οργανισμών φυσικών, πρόσφατα αναφέρθηκε ότι Φινλανδοί ερευνητές ανέπτυξαν έναν φωτοανιχνευτή μαύρου πυριτίου με εξωτερική κβαντική απόδοση 130%, η οποία είναι η πρώτη φορά που η απόδοση φωτοβολταϊκών συσκευών υπερβαίνει το θεωρητικό όριο του 100%, κάτι που αναμένεται να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση των φωτοηλεκτρικών συσκευών ανίχνευσης, και αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται ευρέως σε αυτοκίνητα, κινητά τηλέφωνα, έξυπνα ρολόγια και ιατρικό εξοπλισμό.
Ένας φωτοανιχνευτής είναι ένας αισθητήρας που μπορεί να μετρήσει το φως ή άλλη ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, να μετατρέψει φωτόνια σε ηλεκτρικό ρεύμα και τα απορροφούμενα φωτόνια να σχηματίσουν ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών. Ο φωτοανιχνευτής περιλαμβάνει φωτοδίοδο και φωτοτρανζίστορ, κ.λπ. Η κβαντική απόδοση χρησιμοποιείται για να ορίσει το ποσοστό των φωτονίων που λαμβάνονται από μια συσκευή όπως ένας φωτοανιχνευτής σε ένα ζεύγος ηλεκτρονίων-οπών, δηλαδή, η κβαντική απόδοση είναι ίση με τον αριθμό των φωτογεννημένων ηλεκτρονίων διαιρούμενο με τον αριθμό των προσπίπτοντων φωτονίων.
Όταν ένα προσπίπτον φωτόνιο παράγει ένα ηλεκτρόνιο σε ένα εξωτερικό κύκλωμα, η εξωτερική κβαντική απόδοση της συσκευής είναι 100% (που προηγουμένως θεωρούνταν το θεωρητικό όριο). Στην τελευταία μελέτη, ο φωτοανιχνευτής μαύρου πυριτίου είχε απόδοση έως και 130%, πράγμα που σημαίνει ότι ένα προσπίπτον φωτόνιο παράγει περίπου 1,3 ηλεκτρόνια.
Σύμφωνα με ερευνητές του Πανεπιστημίου Aalto, το μυστικό όπλο πίσω από αυτή τη σημαντική ανακάλυψη είναι η διαδικασία πολλαπλασιασμού φορτίου-φορέα που λαμβάνει χώρα μέσα στη μοναδική νανοδομή του φωτοανιχνευτή μαύρου πυριτίου, η οποία ενεργοποιείται από φωτόνια υψηλής ενέργειας. Προηγουμένως, οι επιστήμονες δεν είχαν καταφέρει να παρατηρήσουν το φαινόμενο σε πραγματικές συσκευές επειδή η παρουσία ηλεκτρικών και οπτικών απωλειών μείωνε τον αριθμό των συλλεγόμενων ηλεκτρονίων. «Οι νανοδομημένες συσκευές μας δεν έχουν ανασυνδυασμό και απώλεια ανάκλασης, επομένως μπορούμε να συλλέξουμε όλους τους πολλαπλασιασμένους φορείς φορτίου», εξήγησε η επικεφαλής της μελέτης, καθηγήτρια Hera Severn.
Αυτή η αποτελεσματικότητα έχει επαληθευτεί από το Ινστιτούτο Φυσικής Τεχνολογίας της Γερμανικής Εθνικής Εταιρείας Μετρολογίας (PTB), την πιο ακριβή και αξιόπιστη υπηρεσία μέτρησης στην Ευρώπη.
Οι ερευνητές σημειώνουν ότι αυτή η ρεκόρ απόδοσης σημαίνει ότι οι επιστήμονες μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την απόδοση των φωτοηλεκτρικών συσκευών ανίχνευσης.
«Οι ανιχνευτές μας έχουν προκαλέσει μεγάλο ενδιαφέρον, ειδικά στους τομείς της βιοτεχνολογίας και της παρακολούθησης βιομηχανικών διεργασιών», δήλωσε ο Δρ. Mikko Juntuna, Διευθύνων Σύμβουλος της ElfysInc, μιας εταιρείας που ανήκει στο Πανεπιστήμιο Aalto. Αναφέρεται ότι έχουν αρχίσει να κατασκευάζουν τέτοιους ανιχνευτές για εμπορική χρήση.
Ώρα δημοσίευσης: 11 Ιουλίου 2023