这款哈利波特光传感器实现了200%的神奇高效率

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这款哈利波特光传感器实现了200%的神奇高效率

来源：互联网时间：2023-02-18 17:55:31

利用绿光和双层电池，博士研究员Riccardo Ollearo提出了一种光电二极管，其灵敏度是许多人梦寐以求的。

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，来自埃因霍温理工大学和霍尔斯特中心TNO的一组研究人员现在已经设法制造了光电二极管 - 基于类似的技术 - 光电子产率超过200%。你会认为只有使用炼金术和其他类似哈利波特的魔法才能达到 100% 以上的效率。但这是可以做到的。答案就在量子效率和堆叠太阳能电池的神奇世界中。

(资料图片仅供参考)

埃因霍温理工大学教授、《科学进展》新论文的合著者勒内·杨森(René Janssen)解释说。“我知道，这听起来很不可思议。但是，我们在这里谈论的不是正常的能源效率。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的总量，而是二极管转化为电子的光子数量。

“我总是把它比作我们仍然有荷兰盾和里拉的日子。如果来自荷兰的游客在度假期间只收到100荷兰盾的100里拉，他们可能会觉得有点不足。但由于在量子方面，每个荷兰盾都算作一个里拉，所以它们仍然实现了 100% 的效率。这也适用于光电二极管：二极管能够更好地检测微弱的光信号，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。

要使光电二极管正常工作，它必须满足两个条件。首先，它应该最小化在没有光的情况下产生的电流，即所谓的暗电流。暗电流越少，二极管越灵敏。其次，它应该能够区分背景光(“噪声”)与相关红外光的水平。不幸的是，这两件事通常不会同时进行。

串联的

四年前，杨森大学的博士生之一、该论文的主要作者里卡尔多·奥莱罗(Riccardo Ollearo)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机构，Ollearo建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设备。

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，”这位来自的雄心勃勃的年轻研究人员说。“我决定看看是否可以在绿灯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，并在某些情况下增强它。令我惊讶的是，这在提高光电二极管灵敏度方面比预期的还要好。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工作的，尽管他们已经提出了一个理论来解释这种效应。

“我们认为额外的绿光会导致钙钛矿层中电子的积聚。这充当了当红外光子被有机层吸收时释放的电荷库，“Ollearo说。“换句话说，每个通过并转化为电子的红外光子，都会从额外的电子中获得公司，从而导致200%或更高的效率。把它想象成为你的荷兰盾得到两个里拉，而不是一个。

对二极管进行测试

研究人员在实验室中测试了光电二极管，其厚度是新闻纸的一百倍，适用于柔性设备。“我们想看看该设备是否可以在具有逼真背景光的环境中接收细微的信号，例如人的心脏或呼吸频率。我们选择了室内场景，在阳光明媚的日子里，窗帘部分关闭。它奏效了!

将设备握在距离手指130厘米处，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。事实证明，这些变化是一个人静脉血压变化的正确指示，而血压又表明心率。当将设备对准人的胸部时，他们能够测量胸部轻微运动的呼吸频率。

随着这篇论文发表在《科学进展》上，Ollearo的工作几乎完成了。他将于21月<>日为他的论文研究答辩。那么，研究是否止步于此?

“不，当然不是。我们想看看我们是否可以进一步改进设备，例如通过使其更快，“杨森说。“我们还想探索是否可以对设备进行临床测试，例如与欧力赛项目合作。

由TU / e研究员Sveta Zinger领导并与埃因霍温Catharina医院合作的FORESEE项目正在开发一种智能相机，可以观察患者的心脏和呼吸频率。

这款哈利波特光传感器实现了200%的神奇高效率

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