Holandes komanda izstrādā 200% efektīvu fotodiožu

Nesen pētnieku grupa no Eindhovenas Tehnoloģiju universitātes ("TU/e") un Holstas centra, TNO meitasuzņēmuma Nīderlandē, ir izstrādājuši fotodiodi ar rekordlielu jutību un fotoelektronu izvades ātrumu, kas pārsniedz 200 procentus. izmantojot zaļo gaismu un divslāņu akumulatora dizainu. Rezultāti ir publicēti žurnālā Science Advances.
Pēdējos gados saules paneļi ar vairākām saliktām baterijām bieži ir uzstādījuši rekordus produkcijas un konversijas efektivitātei. Eindhovenas Tehnoloģiju universitātes Nīderlandē doktorants Rikardo Ollearo norāda, ka iepriekš minētā 200 procentu fotoelektronu jauda neattiecas uz normālu energoefektivitāti. Fotodiožu pasaulē svarīga ir kvantu efektivitāte. Tā vietā, lai skaitītu kopējo saules enerģijas daudzumu, tiek skaitīts fotonu skaits, ko diode pārvērš elektronos.
Lai fotodiode darbotos pareizi, ir jāievēro divi nosacījumi: pirmkārt, tai ir jāsamazina strāvas daudzums, kas rodas gaismas trūkuma gadījumā, ko sauc par tumšo strāvu – un jo mazāka ir tumšā strāva, jo jutīgāka ir diode. Otrkārt, tai jāspēj atšķirt fona trokšņa līmeni no saistītās infrasarkanās gaismas. Diemžēl šīs divas lietas parasti nenotiek vienlaikus.
Holstas centrs ir pētniecības institūts, kas specializējas bezvadu un drukāto sensoru tehnoloģijās. Iepriekš minētajā sadarbībā Riccardo Ollearo strādāja ar Holsta centra fotodetektoru komandu, lai izveidotu tandēma diodi.
Šī tandēma diodes ierīce apvieno halkogenīdu un organiskās fotoelementus, lai optimizētu saules baterijas veiktspēju, kas sasniedz 70 procentu efektivitāti. Vēlāk viņi kā palīglīdzekli izmantoja zaļo gaismu un galu galā palielināja gandrīz infrasarkanās gaismas efektivitāti līdz vairāk nekā 200 procentiem.
Pētnieki analizēja, ka tas galvenokārt ir tāpēc, ka papildu zaļā gaisma izraisa elektronu uzkrāšanos halkogenīda slānī. Tas darbojas kā lādiņa rezervuārs, kas tiek atbrīvots, kad infrasarkanais fotons tiek absorbēts organiskajā slānī – citiem vārdiem sakot, katram infrasarkanajam fotonam, kas iet cauri un tiek pārveidots par elektronu, tas saņem papildu elektronu, tādējādi nodrošinot efektivitāti. par 200 procentiem vai vairāk.
Komanda pārbaudīja iepriekš minēto tandēma fotodiodes ierīci un parādīja, ka tā ir piemērota elastīgām ierīcēm laboratorijā, kas spēj uztvert smalkus signālus, piemēram, cilvēka sirdsdarbību vai elpošanas ātrumu, vidē ar reālu fona apgaismojumu. Pētnieki novietoja ierīci 130 centimetru attālumā no pirksta un faktiski varēja noteikt nelielas izmaiņas infrasarkanās gaismas daudzumā, kas atstarots atpakaļ uz diode.
Pētnieki vēlas noskaidrot, vai ierīci var vēl vairāk uzlabot, un izpētīt, vai ierīci var klīniski pārbaudīt, piemēram, padarot to ātrāku. Tāpat zināms, ka TU/e ​​pētnieces Svetas Zingeres vadītais projekts "FORSEE" sadarbojas ar Eindhovenas Katrīnas slimnīcu, lai izstrādātu viedo kameru, kas spēj novērot pacienta sirds un elpošanas ritmu.