據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，芬蘭研究人員開發(fā)出一種黑硅光電探測(cè)器，其外部量子效率達(dá)130%，這是光伏器件這一效率首次超過100%的理論極限，有望大大提高光電探測(cè)設(shè)備的效率，而這些設(shè)備廣泛應(yīng)用于汽車、手機(jī)、智能手表和醫(yī)療設(shè)備內(nèi)。
光電探測(cè)器是可以感測(cè)光或其他電磁能量的感測(cè)器，可將光子轉(zhuǎn)換成電流，被吸收的光子形成電子-空穴對(duì)。光電探測(cè)器包括光電二極管和光電晶體管等。量子效率是用來定義光電探測(cè)器等設(shè)備將其受光表面接收到的光子轉(zhuǎn)換為電子-空穴對(duì)的百分比，即量子效率等于光生電子除以入射光子數(shù)。
當(dāng)一個(gè)入射光子向外部電路產(chǎn)生一個(gè)電子時(shí)，設(shè)備的外部量子效率為100%(此前被認(rèn)為是理論極限)。在最新研究中，黑硅光電探測(cè)器的效率高達(dá)130%，這意味著一個(gè)入射光子產(chǎn)生大約1.3個(gè)電子。
阿爾托大學(xué)研究人員表示，這一重大突破背后的秘密武器是黑硅光電探測(cè)器獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)的電荷載流子倍增過程，該過程由高能光子觸發(fā)。此前，由于電和光損耗的存在減少了所收集電子的數(shù)量，因此科學(xué)家未能在實(shí)際設(shè)備中觀察到該現(xiàn)象。研究負(fù)責(zé)人赫拉·賽文教授解釋說：“我們的納米結(jié)構(gòu)器件沒有重組和反射損失，因此我們可以收集到所有倍增的電荷載流子。”
德國(guó)國(guó)家計(jì)量學(xué)會(huì)物理技術(shù)研究所(PTB)已對(duì)這一效率予以驗(yàn)證，PTB是歐洲最準(zhǔn)確、最可靠的測(cè)量服務(wù)機(jī)構(gòu)。
研究人員指出，這一創(chuàng)紀(jì)錄的效率意味著科學(xué)家可以大大提高光電探測(cè)設(shè)備的性能。
阿爾托大學(xué)校屬公司Elfys Inc首席執(zhí)行官米科·君圖納博士說：“我們的探測(cè)器引發(fā)了廣泛關(guān)注，尤其是在生物技術(shù)和工業(yè)過程監(jiān)控領(lǐng)域。”據(jù)悉，他們已開始制造這種探測(cè)器用于商業(yè)領(lǐng)域。
總編輯圈點(diǎn)
基于光電效應(yīng)，光電探測(cè)器能把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。不過，這個(gè)研究成果顯得有些突破常識(shí)。入射一個(gè)光子，怎么會(huì)產(chǎn)生1.3個(gè)電子呢?秘密藏在光伏材料的物理性質(zhì)中。某些情況下，一個(gè)高能光子可以碰撞出兩個(gè)電子。于是，在最少的電光損耗下，研究中的黑硅光電探測(cè)器收集到了所有倍增的電荷載流子，讓設(shè)備效率突破了100%。那么，只要能應(yīng)用上納米結(jié)構(gòu)黑硅，理論上來說，各種光電探測(cè)器的性能都能得到改善，這可是一個(gè)不小的市場(chǎng)。