I ricercatori della Aalto University hanno sviluppato un fotorilevatore al silicio nero che ha raggiunto un'efficienza superiore al 130%. Così, per la prima volta, un dispositivo fotovoltaico ha superato il limite del 100%, che è stato precedentemente considerato come il massimo teorico per l'efficienza quantistica esterna.

"Quando abbiamo visto i risultati, stentavamo a credere ai nostri occhi. Abbiamo voluto subito verificare i risultati con misurazioni indipendenti, "dice il prof. Hele Savin, capo del gruppo di ricerca di fisica elettronica presso l'Università di Aalto.

Le misurazioni indipendenti sono state effettuate dall'Istituto nazionale di metrologia tedesco, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), che è noto per fornire i servizi di misurazione più accurati e affidabili in Europa.

Responsabile del Laboratorio PTB di Radiometria Rivelatrice, Il dottor Lutz Werner commenta, "Dopo aver visto i risultati, Mi sono subito reso conto che si trattava di una svolta significativa e, allo stesso tempo, un graditissimo passo in avanti per noi metrologi che sognano sensibilità più elevate."

Il segreto dietro la svolta:nanostrutture uniche

L'efficienza quantistica esterna di un dispositivo è del 100% quando un fotone in ingresso genera un elettrone nel circuito esterno. L'efficienza del 130% significa che un fotone in ingresso genera circa 1,3 elettroni.

I ricercatori hanno scoperto che l'origine dell'efficienza quantistica esterna eccezionalmente elevata risiede nel processo di moltiplicazione dei portatori di carica all'interno delle nanostrutture di silicio che viene attivato da fotoni ad alta energia. Il fenomeno non è stato osservato in precedenza nei dispositivi reali poiché la presenza di perdite elettriche e ottiche ha ridotto il numero di elettroni raccolti.

"Possiamo raccogliere tutti i portatori di carica moltiplicati senza bisogno di polarizzazione esterna separata poiché il nostro dispositivo nanostrutturato è privo di ricombinazione e perdite di riflessione, " spiega il prof. Savin.

In pratica, l'efficienza record significa che le prestazioni di qualsiasi dispositivo che utilizza il rilevamento della luce possono essere drasticamente migliorate. Il rilevamento della luce è già ampiamente utilizzato nella nostra vita quotidiana, Per esempio, nelle auto, cellulari, smartwatch e dispositivi medici.

"I nostri rilevatori stanno guadagnando molta attrazione in questo momento, soprattutto nelle biotecnologie e nel monitoraggio dei processi industriali, " dice il dottor Mikko Juntunen, CEO della società spin-off dell'Università di Aalto, Elfys Inc. Stanno già producendo i rilevatori di dischi per uso commerciale.

I risultati che portano all'efficienza record sono stati accettati per la pubblicazione in Lettere di revisione fisica in un articolo intitolato "I fotodiodi ultravioletti al silicio nero raggiungono un'efficienza quantica esterna superiore al 130%".