L'efficacité quantique du photodétecteur dépasse la limite théorique

Selon le réseau d'organisations de physiciens, il a récemment été rapporté que des chercheurs finlandais avaient développé un photodétecteur au silicium noir avec un rendement quantique externe de 130 %, ce qui est la première fois que le rendement des dispositifs photovoltaïques dépasse la limite théorique de 100 %, ce qui devrait grandement améliorent l'efficacité des dispositifs de détection photoélectriques, et ces dispositifs sont largement utilisés dans les voitures, les téléphones mobiles, les montres intelligentes et les équipements médicaux.

Un photodétecteur est un capteur qui peut mesurer la lumière ou une autre énergie électromagnétique, convertir les photons en courant électrique et les photons absorbés forment des paires électron-trou. Le photodétecteur comprend une photodiode et un phototransistor, etc. L'efficacité quantique est utilisée pour définir le pourcentage de photons reçus par un dispositif tel qu'un photodétecteur dans une paire électron-trou, c'est-à-dire que l'efficacité quantique est égale au nombre d'électrons photogénérés divisé par le nombre de photons incidents.

Lorsqu'un photon incident produit un électron vers un circuit externe, l'efficacité quantique externe du dispositif est de 100 % (auparavant considérée comme la limite théorique). Dans la dernière étude, le photodétecteur au silicium noir avait une efficacité allant jusqu'à 130 %, ce qui signifie qu'un photon incident produit environ 1,3 électrons.

Selon les chercheurs de l’Université Aalto, l’arme secrète derrière cette avancée majeure est le processus de multiplication des porteurs de charge qui se produit au sein de la nanostructure unique du photodétecteur en silicium noir, qui est déclenché par des photons de haute énergie. Auparavant, les scientifiques n'avaient pas pu observer le phénomène dans des appareils réels car la présence de pertes électriques et optiques réduisait le nombre d'électrons collectés. "Nos dispositifs nanostructurés n'ont ni recombinaison ni perte de réflexion, nous pouvons donc collecter tous les porteurs de charge multipliés", a expliqué le professeur Hera Severn, responsable de l'étude.

Cette efficacité a été vérifiée par l'Institut de technologie physique de la Société nationale allemande de métrologie (PTB), le service de mesure le plus précis et le plus fiable d'Europe.

Les chercheurs notent que cette efficacité record signifie que les scientifiques peuvent améliorer considérablement les performances des dispositifs de détection photoélectrique.

"Nos détecteurs ont suscité beaucoup d'intérêt, notamment dans les domaines de la biotechnologie et de la surveillance des processus industriels", a déclaré le Dr Mikko Juntuna, PDG d'ElfysInc, une société appartenant à l'Université Aalto. Il semblerait qu'ils aient commencé à fabriquer de tels détecteurs à des fins commerciales.