Los investigadores de la Universidad de Aalto en Finlandia han desarrollado un fotodetector de silicio negro que ha alcanzado una eficiencia superior al 130%. Así, por primera vez, un dispositivo fotovoltaico ha superado el límite del 100%, que anteriormente se había considerado como el máximo teórico para la eficiencia cuántica externa.
“Cuando vimos los resultados, apenas podíamos creer lo que veíamos. Inmediatamente quisimos verificar los resultados mediante mediciones independientes”, dice la profesora Hele Savin, directora del grupo de investigación de Física Electrónica de la Universidad de Aalto.
Las mediciones independientes fueron realizadas por el Instituto Nacional de Metrología de Alemania, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), que es conocido por brindar los servicios de medición más precisos y confiables en Europa.
Lutz Werner, director del Laboratorio de Radiometría de Detectores de PTB, comentó: “Después de ver los resultados, me di cuenta instantáneamente de que se trataba de un avance importante y, al mismo tiempo, un paso adelante muy bienvenido para los metrólogos que soñamos con sensibilidades más altas''.
Nanoestructuras únicas
La eficiencia cuántica externa de un dispositivo es del 100% cuando un fotón entrante genera un electrón en el circuito externo. Una eficiencia del 130% significa que un fotón entrante genera aproximadamente 1,3 electrones.
Los investigadores descubrieron que el origen de la eficiencia cuántica externa excepcionalmente alta se encuentra en el proceso de multiplicación de portadores de carga dentro de nanoestructuras de silicio que se desencadena por fotones de alta energía. El fenómeno no se ha observado anteriormente en dispositivos reales, ya que la presencia de pérdidas eléctricas y ópticas ha reducido el número de electrones recogidos.
"Podemos recopilar todos los portadores de carga multiplicados sin necesidad de polarización externa separada, ya que nuestro dispositivo nanoestructurado está libre de pérdidas por recombinación y reflexión", explica el profesor Savin.
En la práctica, la eficiencia del registro significa que el rendimiento de cualquier dispositivo que utilice detección de luz se puede mejorar drásticamente. La detección de luz ya se usa ampliamente en nuestra vida cotidiana, por ejemplo, en automóviles, teléfonos móviles, relojes inteligentes y dispositivos médicos.
"Nuestros detectores están ganando mucha atracción en este momento, especialmente en biotecnología y monitoreo de procesos industriales", dice Mikko Juntunen , CEO de la empresa derivada de la Universidad de Aalto, Elfys Inc. Ya están fabricando detectores récord para uso comercial.
Los resultados que llevaron a la eficiencia récord han sido aceptados para su publicación en Physical Review Letters con el título "Los fotodiodos ultravioleta de silicio negro logran una eficiencia cuántica externa superior al 130%".
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