Des chercheurs de l'Université Aalto ont mis au point un photodétecteur au silicium noir qui a atteint une efficacité supérieure à 130 %. Ainsi, pour la première fois, un appareil photovoltaïque a dépassé la limite de 100 %, qui a été précédemment considéré comme le maximum théorique pour l'efficacité quantique externe.

"Quand nous avons vu les résultats, nous pouvions à peine en croire nos yeux. Nous avons d'emblée voulu vérifier les résultats par des mesures indépendantes, " dit le Pr. Hélène Savin, chef du groupe de recherche Electron Physics à l'Université Aalto.

Les mesures indépendantes ont été effectuées par l'Institut national allemand de métrologie, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), qui est connu pour fournir les services de mesure les plus précis et les plus fiables en Europe.

Responsable du Laboratoire PTB de Radiométrie par Détecteur, Le Dr Lutz Werner commente, "Après avoir vu les résultats, J'ai immédiatement réalisé qu'il s'agissait d'une percée importante et en même temps, un pas en avant très apprécié pour nous, métrologues rêvant de sensibilités plus élevées."

Le secret de la percée :des nanostructures uniques

L'efficacité quantique externe d'un appareil est de 100% lorsqu'un photon entrant génère un électron vers le circuit externe. Une efficacité de 130 % signifie qu'un photon entrant génère environ 1,3 électron.

Les chercheurs ont découvert que l'origine de l'efficacité quantique externe exceptionnellement élevée réside dans le processus de multiplication des porteurs de charge à l'intérieur des nanostructures de silicium qui est déclenché par des photons de haute énergie. Le phénomène n'a pas été observé plus tôt dans les dispositifs réels puisque la présence de pertes électriques et optiques a réduit le nombre d'électrons collectés.

"Nous pouvons collecter tous les porteurs de charge multipliés sans avoir besoin d'une polarisation externe séparée car notre dispositif nanostructuré est exempt de pertes de recombinaison et de réflexion, " explique le Pr Savin.

En pratique, l'efficacité record signifie que les performances de tout appareil utilisant la détection de la lumière peuvent être considérablement améliorées. La détection de la lumière est déjà largement utilisée dans notre vie quotidienne, par exemple, dans les voitures, téléphones portables, montres connectées et dispositifs médicaux.

"Nos détecteurs gagnent en attrait en ce moment, notamment dans les biotechnologies et le suivi des procédés industriels, " dit le Dr Mikko Juntunen, PDG de la société spin-off de l'Université Aalto, Elfys Inc. Ils fabriquent déjà les détecteurs d'enregistrement pour un usage commercial.

Les résultats conduisant à l'efficacité record ont été acceptés pour publication dans Lettres d'examen physique dans un article intitulé "Les photodiodes ultraviolettes au silicium noir atteignent une efficacité quantique externe supérieure à 130 %."