黑硅光电探测器突破100%的效率极限

紫外光在纳米结构中引发电子倍增现象。图片来源: Wisa Förbom

阿尔托大学(Aalto University)的研究人员开发出一种黑硅光电探测器，其效率超过了130%。因此，这是光伏器件首次超过100%的极限。之前一直认为100%是光电探测器外量子效率的理论最大值。

Aalto大学电子物理研究小组的负责人Hele Savin教授说：“当看到结果时，我们几乎不敢相信自己的眼睛。我们立即就想通过独立的测量来验证结果。”德国国家计量研究所(Physikalisch-Technische Bundesanstalt， PTB)进行了独立测量，该机构以提供欧洲最准确，可靠的测量服务闻名。

PTB探测器辐射测量的实验室负责人Lutz Werner博士评论说:“在看到结果后，我立即意识到这是一个重大突破，同时，对于我们这些梦想着更高灵敏度的计量学家来说，这是非常受欢迎的一步。”

突破效率极限的秘密:独特的纳米结构

当一个入射光子向外部电路产生一个电子时，器件的外量子效率为100%，而130%的效率意味着一个入射光子产生大约1.3个电子。研究人员发现，异常高的外量子效率的根源在于硅纳米结构内部的电荷载流子倍增过程，该过程由高能光子触发。由于电和光损耗的存在减少了收集到的电子数量，因此以前从未在实际器件中观察到这种现象。

Savin教授解释说:“我们可以收集所有倍增的载流子，而不需要外加偏置，因为我们的纳米结构器件没有复合和反射损失。”实际上，这个打破记录的效率意味着任何使用光探测的设备性能都可以大大提高。光探测技术已经广泛应用于我们的日常生活中，例如汽车、手机、智能手表和医疗设备。

阿尔托大学附属公司Elfys Inc.的首席执行官Mikko Juntunen博士说:“我们的探测器目前吸引了很多注意力，尤其是在生物技术和工业过程监控领域。”他们公司已经开始生产这种探测器，用于商业用途。