Pesquisadores da Universidade Aalto desenvolveram um fotodetector de silício preto que atingiu eficiência acima de 130%. Assim, pela primeira vez, um dispositivo fotovoltaico ultrapassou o limite de 100%, que antes era considerado o máximo teórico para eficiência quântica externa.
“Quando vimos os resultados, mal podíamos acreditar em nossos olhos. Imediatamente queríamos verificar os resultados por medições independentes”, disse o Prof. Hele Savin, chefe do grupo de pesquisa de Física Eletrônica da Universidade de Aalto.
As medições independentes foram realizadas pelo Instituto Nacional de Metrologia Alemão, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), que é conhecido por fornecer os serviços de medição mais precisos e confiáveis da Europa.
O chefe do Laboratório de Radiometria do Detector do PTB, Dr. Lutz Werner, comenta: “Depois de ver os resultados, percebi imediatamente que este é um avanço significativo e, ao mesmo tempo, um avanço muito bem-vindo para nós, metrologistas que sonhamos com sensibilidades mais elevadas.”
O segredo por trás da descoberta: nanoestruturas exclusivas
A eficiência quântica externa de um dispositivo é de 100% quando um fóton de entrada gera um elétron para o circuito externo. Eficiência de 130% significa que um fóton que chega gera aproximadamente 1,3 elétrons.
Os pesquisadores descobriram que a origem da eficiência quântica externa excepcionalmente alta está no processo de multiplicação de portadores de carga dentro das nanoestruturas de silício que é acionado por fótons de alta energia. O fenômeno não foi observado anteriormente em dispositivos reais, uma vez que a presença de perdas elétricas e ópticas reduziu o número de elétrons coletados.
“Podemos coletar todos os portadores de carga multiplicados sem a necessidade de polarização externa separada, pois nosso dispositivo nanoestruturado está livre de recombinação e perdas de reflexão”, explica o Prof. Savin.
Na prática, a eficiência do registro significa que o desempenho de qualquer dispositivo que utiliza detecção de luz pode ser drasticamente melhorado. A detecção de luz já é amplamente utilizada em nossa vida cotidiana, por exemplo, em carros, telefones celulares, smartwatches e dispositivos médicos.
“Nossos detectores estão ganhando muita atração no momento, especialmente em biotecnologia e monitoramento de processos industriais”, disse o Dr. Mikko Juntunen, CEO da empresa subsidiária da Aalto University, Elfys Inc. Eles já estão fabricando os detectores de registro para uso comercial .
Os resultados que levaram à eficiência do registro foram aceitos para publicação na Physical Review Letters em um artigo intitulado “Fotodiodos ultravioleta de silício preto alcançam eficiência quântica externa acima de 130%.”
Publicado em 17/08/2020 04h37
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