راندمان کوانتومی آشکارساز نوری حد تئوری را می شکند

طبق گزارش شبکه سازمان فیزیکدانان اخیراً گزارش شده است که محققان فنلاندی یک آشکارساز نوری سیلیکونی سیاه با بازده کوانتومی خارجی 130٪ ساخته اند که برای اولین بار است که راندمان دستگاه های فتوولتائیک از حد تئوری 100٪ فراتر می رود که انتظار می رود تا حد زیادی افزایش یابد. کارایی دستگاه های تشخیص فوتوالکتریک را بهبود می بخشد و این دستگاه ها به طور گسترده در اتومبیل ها، تلفن های همراه، ساعت های هوشمند و تجهیزات پزشکی استفاده می شوند.

ردیاب نوری سنسوری است که می تواند نور یا دیگر انرژی الکترومغناطیسی را اندازه گیری کند، فوتون ها را به جریان الکتریکی تبدیل کند و فوتون های جذب شده جفت الکترون-حفره را تشکیل دهند. ردیاب نوری شامل فتودیود و ترانزیستور نوری و غیره است. بازده کوانتومی برای تعریف درصد فوتون های دریافتی توسط دستگاهی مانند فتودتکتور به یک جفت الکترون-حفره استفاده می شود، یعنی بازده کوانتومی برابر است با تعداد الکترون های تولید شده نوری تقسیم بر تعداد فوتون های برخوردی

هنگامی که یک فوتون فرودی، یک الکترون به مدار خارجی تولید می کند، بازده کوانتومی خارجی دستگاه 100% است (قبلا حد تئوری تصور می شد). در آخرین مطالعه، آشکارساز نوری سیلیکونی سیاه بازدهی تا 130 درصد داشت، به این معنی که یک فوتون فرودی حدود 1.3 الکترون تولید می کند.

به گفته محققان دانشگاه آلتو، سلاح مخفی پشت این موفقیت بزرگ، فرآیند ضرب حامل بار است که در نانوساختار منحصربه‌فرد ردیاب نوری سیلیکونی سیاه رخ می‌دهد که توسط فوتون‌های پر انرژی فعال می‌شود. پیش از این، دانشمندان قادر به مشاهده این پدیده در دستگاه های واقعی نبودند، زیرا وجود تلفات الکتریکی و نوری تعداد الکترون های جمع آوری شده را کاهش می داد. پروفسور هرا سورن، سرپرست این مطالعه، توضیح داد: «دستگاه‌های نانوساختار ما هیچ گونه نوترکیبی و افت بازتابی ندارند، بنابراین می‌توانیم همه حامل‌های بار چند برابری را جمع‌آوری کنیم.

این کارایی توسط مؤسسه فناوری فیزیکی انجمن ملی اندازه‌شناسی آلمان (PTB)، دقیق‌ترین و مطمئن‌ترین سرویس اندازه‌گیری در اروپا تأیید شده است.

محققان خاطرنشان می کنند که این بازده رکورد به این معنی است که دانشمندان می توانند عملکرد دستگاه های تشخیص فوتوالکتریک را تا حد زیادی بهبود بخشند.

دکتر میکو جونتونا، مدیر عامل ElfysInc، شرکتی که متعلق به دانشگاه آلتو است، گفت: «آشکارسازهای ما علاقه زیادی به ویژه در زمینه‌های بیوتکنولوژی و نظارت بر فرآیندهای صنعتی ایجاد کرده‌اند. گزارش شده است که آنها شروع به ساخت چنین آشکارسازهایی برای استفاده تجاری کرده اند.