这款哈利波特光传感器实现了200%的神奇高效率

使用绿光和双层电池，博士。研究人员RiccardoOllearo发明了一种光电二极管，它具有许多人梦寐以求的灵敏度。

具有多个堆叠电池的太阳能电池板目前正在打破记录。值得注意的是，来自埃因霍温科技大学和霍尔斯特中心TNO的一组研究人员现在已经成功地制造出光电二极管——基于类似的技术——光电子产率超过200%。你会认为超过100%的效率只有使用炼金术和其他类似哈利波特的魔法才有可能。但这是可以完成的。答案在于量子效率和堆叠式太阳能电池的神奇世界。

埃因霍温科技大学教授、新科学进展论文的合著者RenéJanssen解释说。“我知道，这听起来不可思议。但是，我们在这里不是在谈论正常的能源效率。在光电二极管的世界中，重要的是量子效率。它计算的不是太阳能总量，而是二极管发出的光子数量转化为电子。

“我总是将它与我​​们仍然有荷兰盾和里拉的日子进行比较。如果一位来自荷兰的游客在意大利度假期间，他们的100荷兰盾只收到100里拉，他们可能会觉得有点亏钱。但因为在量子方面，“每荷兰盾算作一里拉，他们仍然实现了100%的效率。这也适用于光电二极管：二极管检测微弱光信号的能力越好，其效率就越高。”

暗电流

光电二极管是光敏半导体器件，当它们从光源吸收光子时会产生电流。它们在各种应用中用作传感器，包括医疗用途、可穿戴监控、光通信、监控系统和机器视觉。在所有这些领域中，高灵敏度是关键。

光电二极管要正常工作，必须满足两个条件。首先，它应该尽量减少在没有光的情况下产生的电流，即所谓的暗电流。暗电流越小，二极管越灵敏。其次，它应该能够从相关的红外光中区分出背景光(“噪声”)的水平。不幸的是，这两件事通常不会同时发生。

在左图中，我们看到了新串联光电二极管可用于监测人的心率和呼吸率的装置。右图显示了在130厘米的距离处用光电二极管记录的检测到的心脏和呼吸信号。图片来源：TU/e，RiccardoOllearo

串联

四年前，Janssen的博士生之一RiccardoOllearo。学生和论文的主要作者着手解决这个难题。在他的研究中，他与霍尔斯特中心的光电探测器团队合作，霍尔斯特中心是一家专门研究无线和印刷传感器技术的研究所，Ollearo制造了一种所谓的串联二极管，这是一种结合了钙钛矿和有机光伏电池的装置。

结合这两层——这种技术也越来越多地用于最先进的太阳能电池——他能够优化这两种条件，达到70%的效率。

“令人印象深刻，但还不够，”这位雄心勃勃的意大利年轻研究员说。“我决定看看能否在绿光的帮助下进一步提高效率。我从早期的研究中知道，用额外的光照射太阳能电池可以改变它们的量子效率，并在某些情况下提高它。令我惊讶的是，这在提高光电二极管灵敏度方面的工作甚至比预期的还要好。我们能够将近红外光的效率提高到200%以上。”

到目前为止，研究人员仍然不知道这是如何运作的，尽管他们已经提出了一个可以解释这种影响的理论。

“我们认为额外的绿光导致钙钛矿层中电子的积累。这充当电荷库，当红外光子被有机层吸收时释放，”Ollearo说。“换句话说，每一个红外光子通过并转化为电子，都会得到额外电子的陪伴，从而导致200%或更高的效率。把它想象成你的荷兰盾得到两里拉，而不是一里拉。“

研究人员RiccardoOllearo将光电二极管设备放在距离他的手指130厘米处，能够检测到反射回二极管的红外光量的微小变化。这些变化被证明是一个人心率的正确指示。图片来源：TU/e，BartvanOverbeeke

测试二极管

研究人员在实验室中测试了这种厚度是一张新闻纸的一百倍并且适用于柔性设备的光电二极管。“我们想看看该设备是否可以在具有逼真的背景光的环境中接收细微的信号，例如人类的心脏或呼吸频率。我们选择了一个室内场景，在阳光明媚的日子里，窗帘部分关闭。它奏效了!”

将设备放在距离手指130厘米的地方，研究人员能够检测到反射回二极管的红外光量的微小变化。这些变化被证明是一个人静脉血压变化的正确指示，而这反过来又指示了心率。当将该设备指向人的胸部时，他们能够测量胸部轻微运动的呼吸率。

随着论文在ScienceAdvances上的发表，Ollearo的工作几乎完成了。他将于4月21日答辩他的论文研究。那么，研究就到此为止了吗?

“不，当然不是。我们想看看我们是否可以进一步改进设备，例如让它更快，”Janssen说。“我们还想探索我们是否可以对设备进行临床测试，例如与FORSEE项目合作。”

由TU/e研究员SvetaZinger领导并与埃因霍温凯瑟琳娜医院合作的FORSEE项目正在开发一种智能相机，可以观察患者的心率和呼吸率。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！