光電探測器量子效率突破理論極限

科技日報北京8月17日電 （記者劉霞）據物理學家組織網近日報道，芬蘭研究人員開發出一種黑硅光電探測器，其外部量子效率達130％，這是光伏器件這一效率首次超過100％的理論極限，有望大大提高光電探測設備的效率，而這些設備廣泛應用於汽車、手機、智能手錶和醫療設備內。

光電探測器是可以感測光或其他電磁能量的感測器，可將光子轉換成電流，被吸收的光子形成電子-空穴對。光電探測器包括光電二極管和光電晶體管等。量子效率是用來定義光電探測器等設備將其受光表面接收到的光子轉換為電子-空穴對的百分比，即量子效率等於光生電子除以入射光子數。

當一個入射光子向外部電路產生一個電子時，設備的外部量子效率為100％（此前被認為是理論極限）。在最新研究中，黑硅光電探測器的效率高達130％，這意味着一個入射光子產生大約1.3個電子。

阿爾託大學研究人員表示，這一重大突破背後的秘密武器是黑硅光電探測器獨特的納米結構內出現的電荷載流子倍增過程，該過程由高能光子觸發。此前，由於電和光損耗的存在減少了所收集電子的數量，因此科學家未能在實際設備中觀察到該現象。研究負責人赫拉·賽文教授解釋説：“我們的納米結構器件沒有重組和反射損失，因此我們可以收集到所有倍增的電荷載流子。”

德國國家計量學會物理技術研究所（PTB）已對這一效率予以驗證，PTB是歐洲最準確、最可靠的測量服務機構。

研究人員指出，這一創紀錄的效率意味着科學家可以大大提高光電探測設備的性能。

阿爾託大學校屬公司Elfys Inc首席執行官米科·君圖納博士説：“我們的探測器引發了廣泛關注，尤其是在生物技術和工業過程監控領域。”據悉，他們已開始製造這種探測器用於商業領域。

總編輯圈點

基於光電效應，光電探測器能把光信號轉換為電信號。不過，這個研究成果顯得有些突破常識。入射一個光子，怎麼會產生1.3個電子呢？秘密藏在光伏材料的物理性質中。某些情況下，一個高能光子可以碰撞出兩個電子。於是，在最少的電光損耗下，研究中的黑硅光電探測器收集到了所有倍增的電荷載流子，讓設備效率突破了100%。那麼，只要能應用上納米結構黑硅，理論上來説，各種光電探測器的性能都能得到改善，這可是一個不小的市場。