Миниатюрные фотопреобразователи помогут бесконтактно передавать энергию

Исследователи из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург) разработали компактный фотоэлектрический преобразователь на основе арсенида галлия — соединения галлия с мышьяком. Конструкция представляла собой тонкий трапециевидный слой толщиной в 45 микрометров (что сопоставимо с диаметром волоса) из сплава алюминия, галлия и мышьяка, который служил волноводом — то есть пропускал через себя лазерное излучение, определенным образом преломляя его. При этом содержание алюминия в сплаве различалось в разных частях слоя, образуя плавный градиент от соединения с наибольшим количеством этого металла в начале и с наименьшим в конце. Благодаря этому в разных частях волновода свет преломлялся несколько по-разному, что позволило изменять траекторию лазерного луча с длиной волны 0,85 микрометров (инфракрасная часть спектра). Так, луч направлялся на фотоактивную часть преобразователя, которая, в свою очередь, была сделана из арсенида галлия. Когда частицы света попадали на арсенид галлия, имеющий области с электронной и дырочной проводимостью, они превращались в носители заряда. В результате энергия света преобразовывалась в электрический ток.

Ученые решили выяснить, насколько компактным можно сделать такой фотоэлектрический преобразователь, чтобы он при этом сохранил высокую эффективность. Для этого авторы сконструировали фотопреобразователи разной длины — от 80 до 750 микрометров (0,08–0,75 миллиметра). Оказалось, что эффективность преобразования света в электричество в фотопреобразователях длиной 0,2–0,75 миллиметра практически не отличается и составляет около 45%. Эффективность более коротких фотопреобразователей значительно падает и при длине 80 микрометров не превышает 30%.

Это объясняется тем, что часть лазерных лучей недостаточно сильно преломляется при прохождении через волновод, чтобы попасть в фотоактивную область. В результате они просто «пролетают» сквозь волновод, не попав на фоточувствительный элемент.