Según informó recientemente la red de organizaciones de físicos, 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%. Se espera que esto mejore considerablemente la eficiencia de los dispositivos de detección fotoeléctrica, que 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, a partir de estos, forma pares electrón-hueco. Entre los componentes del fotodetector se incluyen el fotodiodo y el fototransistor, entre otros. La eficiencia cuántica define el porcentaje de fotones que un dispositivo como el fotodetector transforma en pares 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 % (lo que antes se consideraba el límite teórico). En el estudio más reciente, 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 de Aalto, el secreto de este importante 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 las pérdidas eléctricas y ópticas reducían la cantidad de electrones recolectados. «Nuestros dispositivos nanoestructurados no presentan recombinación ni pérdidas por reflexión, por lo que podemos recolectar 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 generado mucho interés, especialmente en los campos de la biotecnología y la monitorización de procesos industriales», declaró el Dr. Mikko Juntuna, director ejecutivo de ElfysInc, empresa perteneciente a la Universidad de Aalto. Se informa que ya han comenzado a fabricar dichos detectores para uso comercial.
Fecha de publicación: 11 de julio de 2023