investigadores de la Universidad de Aalto en Finlandia, crearon un fotodetector de silicio negro que rompió el límite de eficiencia del 100%. El gran avance puede tener un impacto significativo en la industria de los fotodetectores, es decir celdas solares y sensores de luz.
Los investigadores de la Universidad de Aalto han desarrollado un dispositivo fotovoltaico que ha logrado una eficiencia cuántica externa (external quantum efficiency, EQE, por sus siglas en inglés) de más del 130%. Así, por primera vez, un solo dispositivo fotovoltaico ha superado el límite de eficiencia cuántica externa del 100% en UV. Este resultado abre nuevas vías para mejorar la eficiencia más allá del famoso límite de Shockley-Queisser.
“Cuando vimos los resultados, apenas podíamos creer lo que estabamos viendo. Inmediatamente quisimos verificar los resultados con mediciones independientes”, dice la Prof. Hele Savin, jefe del grupo de investigación de Física Electrónica de la Universidad Aalto.
Las mediciones independientes fueron llevadas a cabo por el Instituto Nacional de Metrología de Alemania, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), que es conocido por proporcionar los servicios de medición más precisos y fiables en Europa.
El Dr. Lutz Werner, director del Laboratorio de Radiometría de Detectores del PTB, comenta: “Después de ver los resultados, me di cuenta inmediatamente de que se trata de un avance significativo y, al mismo tiempo, de un paso adelante muy bienvenido para nosotros, los metrólogos que soñamos con sensibilidades más altas”.
El secreto detrás del avance: Nanoestructuras únicas
La eficiencia cuántica externa de un dispositivo es del 100% cuando un fotón entrante genera un electrón al circuito externo. El 130% de eficiencia significa que un fotón entrante genera aproximadamente 1,3 electrones.
Los investigadores descubrieron que el origen de la excepcionalmente alta eficiencia cuántica externa se encuentra en el proceso de multiplicación de los portadores de carga dentro de las nanoestructuras de silicio que se desencadena por los fotones de alta energía.
El fenómeno no se ha observado antes en los dispositivos reales, ya que la presencia de pérdidas eléctricas y ópticas ha disminuido el número de electrones recolectados.
“Podemos recoger todos los portadores de carga multiplicados sin necesidad de un sesgo externo separado, ya que nuestro dispositivo nanoestructurado está libre de pérdidas por recombinación y reflexión”, explica el Prof. Savin.
¿Qué significa este récord sin precedentes para la energía solar?
En la práctica, la eficiencia récord significa que el rendimiento de cualquier dispositivo que utiliza la detección de luz puede ser drásticamente mejorado. La detección de la luz ya se utiliza ampliamente en nuestra vida cotidiana, por ejemplo, en coches, teléfonos móviles, relojes inteligentes y dispositivos médicos.
Según reseña el web site ticbeat, esto abre fabulosas posibilidades para que se optimicen los paneles solares de próxima generación: el silicio negro permitirá superar estas barreras y absorber fotones de manera mucho más eficiente que otros materiales.
“Nuestros sensores están ganando mucho atractivo en este momento, especialmente en la biotecnología y la supervisión de procesos industriales”, dice el Dr. Mikko Juntunen, CEO de la empresa derivada de la Universidad de Aalto, Elfys Inc. Ya están fabricando los detectores de registro para uso comercial.
Los resultados que conducen a la eficiencia de registro han sido aceptados para su publicación en Physical Review Letters con el título “Black-silicon ultraviolet photodiodes achieve external quantum efficiency above 130%“.
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