De acordo com a rede de organizações de físicos, pesquisadores finlandeses desenvolveram um fotodetector de silício preto com uma eficiência quântica externa de 130%, o que representa a primeira vez que a eficiência de dispositivos fotovoltaicos excede o limite teórico de 100%, o que deve melhorar muito a eficiência de dispositivos de detecção fotoelétrica, que são amplamente utilizados em carros, celulares, relógios inteligentes e equipamentos médicos.
Um fotodetector é um sensor capaz de medir luz ou outra energia eletromagnética, converter fótons em corrente elétrica e os fótons absorvidos formam pares elétron-lacuna. O fotodetector inclui fotodiodo e fototransistor, entre outros. A eficiência quântica é usada para definir a porcentagem de fótons recebidos por um dispositivo, como um fotodetector, em um par elétron-lacuna. Ou seja, a eficiência quântica é igual à divisão do número de elétrons fotogerados pelo número de fótons incidentes.
Quando um fóton incidente produz um elétron para um circuito externo, a eficiência quântica externa do dispositivo é de 100% (anteriormente considerado o limite teórico). No estudo mais recente, o fotodetector de silício preto apresentou uma eficiência de até 130%, o que significa que um fóton incidente produz cerca de 1,3 elétron.
Segundo pesquisadores da Universidade Aalto, a arma secreta por trás desse grande avanço é o processo de multiplicação de portadores de carga que ocorre dentro da nanoestrutura única do fotodetector de silício preto, acionado por fótons de alta energia. Anteriormente, os cientistas não conseguiam observar o fenômeno em dispositivos reais porque a presença de perdas elétricas e ópticas reduzia o número de elétrons coletados. "Nossos dispositivos nanoestruturados não apresentam recombinação nem perda por reflexão, o que nos permite coletar todos os portadores de carga multiplicados", explicou a professora Hera Severn, líder do estudo.
Essa eficiência foi verificada pelo Instituto de Tecnologia Física da Sociedade Nacional Alemã de Metrologia (PTB), o serviço de medição mais preciso e confiável da Europa.
Os pesquisadores observam que essa eficiência recorde significa que os cientistas podem melhorar muito o desempenho dos dispositivos de detecção fotoelétrica.
"Nossos detectores têm despertado muito interesse, especialmente nas áreas de biotecnologia e monitoramento de processos industriais", disse o Dr. Mikko Juntuna, CEO da ElfysInc, empresa pertencente à Universidade Aalto. Há relatos de que eles começaram a fabricar esses detectores para uso comercial.
Data de publicação: 11 de julho de 2023