Obecnie czujniki ultrafioletowe są wykorzystywane w wielu dziedzinach, od zastosowań w spektroskopii, poprzez innowacje biotechniczne, po sterowanie procesami przemysłowymi. Mimo to działanie obecnych czujników UV jest zaskakująco słabe.

Źródło: Wisa Förbom

Teraz naukowcy opracowali urządzenie fotowoltaiczne, które osiągnęło zewnętrzną wydajność kwantową (EQE) na poziomie ponad 130%. Ta rekordowo wysoka wydajność została uzyskana przy użyciu nanostrukturalnej czarnej fotodiody krzemowej z samoindukowanym złączem. Ten ważny przełom może z łatwością wywrzeć znaczący wpływ na przemysł fotodetektorów i czujników UV.

Granica 100% była dotychczas uznawana za teoretyczne maksimum zewnętrznej wydajności kwantowej, co oznacza, że ​​jeden przychodzący foton generuje jeden elektron do obwodu zewnętrznego i jest zbierany jako energia elektryczna. A sprawność 130% oznacza, że ​​z każdego fotonu w obwodzie zewnętrznym uzyskuje się około 1,3 elektronu.

Naukowcy odkryli, że tajemnica wysokiej zewnętrznej wydajności kwantowej polega na efektywnym wykorzystaniu procesu generowania wielu nośników, wyzwalanego przez wysokoenergetyczne fotony, który zachodzi wewnątrz czarnych nanostruktur krzemowych. Zjawiska tego nie obserwowano eksperymentalnie w przeszłości, ponieważ obecność strat elektrycznych i optycznych zmniejszyła liczbę zebranych elektronów.

Czarny krzem może znacznie lepiej absorbować fotony i uwalniać elektrony, ponieważ podczas tego procesu tworzą się miliardy małych wgłębień w nanoskali. Również nanostruktury stożkowe i kolumnowe ograniczają rekombinację elektronów na powierzchni materiału. Pomogło to urządzeniu fotowoltaicznemu osiągnąć zewnętrzną wydajność kwantową powyżej 130% w zakresie UV bez zewnętrznego wzmocnienia.

„ Możemy zebrać wszystkie powielone nośniki ładunku bez potrzeby oddzielnego zewnętrznego obciążenia, ponieważ nasze urządzenie nanostrukturalne jest wolne od strat związanych z rekombinacją i odbiciami ” – wyjaśnia prof. Hele Savin, szef grupy badawczej Electron Physics na Uniwersytecie Aalto.

Zespół zlecił również niezależną weryfikację tych ważnych wyników przez niemiecki Narodowy Instytut Metrologii, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), znany z zapewniania najbardziej dokładnych i niezawodnych usług pomiarowych w Europie.

W praktyce, zdaniem naukowców, ta rekordowa wydajność może pomóc poprawić działanie każdego urządzenia wykorzystującego wykrywanie światła. Wykrywanie światła jest już szeroko stosowane w naszym codziennym życiu, na przykład w samochodach, telefonach komórkowych , smartwatchach i urządzeniach medycznych.

„ Nasze fotodetektory cieszą się obecnie dużą popularnością, zwłaszcza w biotechnologii i monitorowaniu procesów przemysłowych ” – mówi dr Mikko Juntunen, dyrektor generalny spółki spin-off Uniwersytetu Aalto, Elfys Inc. Już teraz produkują wykrywacze do użytku komercyjnego.

 

 

Źródło: https://www.techexplorist.com/black-silicon-photodetector-achieves-record-efficiency-above-130-percent/34741/
5 1 vote
Article Rating