Según informó recientemente la red de organizaciones de físicos, los investigadores finlandeses han desarrollado un fotodetector de silicio negro con una eficiencia cuántica externa del 130%, lo que supone la primera vez que la eficiencia de los dispositivos fotovoltaicos supera el límite teórico del 100%, lo que se espera que mejore en gran medida la eficiencia de los dispositivos de detección fotoeléctrica, y estos dispositivos se utilizan ampliamente en automóviles, teléfonos móviles, relojes inteligentes y equipos médicos.
Un fotodetector es un sensor que mide la luz u otra energía electromagnética, convierte los fotones en corriente eléctrica y los fotones absorbidos forman pares electrón-hueco. El fotodetector incluye un fotodiodo, un fototransistor, etc. La eficiencia cuántica se utiliza para definir el porcentaje de fotones recibidos por un dispositivo, como un fotodetector, que forman un par electrón-hueco. Es decir, la eficiencia cuántica es igual al número de electrones fotogenerados dividido por el número de fotones incidentes.
Cuando un fotón incidente produce un electrón en un circuito externo, la eficiencia cuántica externa del dispositivo es del 100 % (anteriormente se consideraba el límite teórico). En el último estudio, el fotodetector de silicio negro alcanzó una eficiencia de hasta el 130 %, lo que significa que un fotón incidente produce aproximadamente 1,3 electrones.
Según investigadores de la Universidad Aalto, la clave de este gran avance reside en el proceso de multiplicación de portadores de carga que se produce dentro de la nanoestructura única del fotodetector de silicio negro, activado por fotones de alta energía. Anteriormente, los científicos no habían podido observar este fenómeno en dispositivos reales debido a que la presencia de pérdidas eléctricas y ópticas reducía la cantidad de electrones captados. «Nuestros dispositivos nanoestructurados no presentan recombinación ni pérdida por reflexión, por lo que podemos captar todos los portadores de carga multiplicados», explicó la profesora Hera Severn, líder del estudio.
Esta eficiencia ha sido verificada por el Instituto de Tecnología Física de la Sociedad Nacional Alemana de Metrología (PTB), el servicio de medición más preciso y fiable de Europa.
Los investigadores señalan que esta eficiencia récord significa que los científicos pueden mejorar enormemente el rendimiento de los dispositivos de detección fotoeléctrica.
«Nuestros detectores han suscitado mucho interés, especialmente en las áreas de biotecnología y monitorización de procesos industriales», afirmó el Dr. Mikko Juntuna, director ejecutivo de ElfysInc, empresa propiedad de la Universidad Aalto. Se ha informado de que han comenzado a fabricar estos detectores para uso comercial.
Hora de publicación: 11 de julio de 2023