Этот датчик света из «Гарри Поттера» достигает магнитной индукции

Используя зеленый свет и двухслойную ячейку, Риккардо Олеаро из Технологического университета Эйндховена разработал фотодиод, чувствительность которого многие могут только мечтать.

Эйндховенский технологический университет

изображение: Детали фотодиода, используемого в экспериментальной установке.посмотреть больше

Кредит: ТУ/э | Барт ван Овербик

Используя зеленый свет и двухслойную ячейку, доктор философии Риккардо Оллеаро разработал фотодиод, чувствительность которого многие могут только мечтать.

Солнечные панели с несколькими расположенными друг над другом ячейками в настоящее время бьют рекорды. Примечательно, что группе исследователей из Технологического университета Эйндховена и TNO в Центре Холста теперь удалось создать фотодиоды - на основе аналогичной технологии - с выходом фотоэлектронов более 200 процентов. Можно подумать, что эффективность более 100 процентов возможна только с помощью алхимии и других волшебств в духе Гарри Поттера. Но это может быть сделано. Ответ кроется в волшебном мире квантовой эффективности и солнечных батарей. Объясняет Рене Янссен, профессор Технологического университета Эйндховена и соавтор новой статьи в журнале Science Advances. «Я знаю, это звучит невероятно. Но мы здесь не говорим об обычной энергоэффективности. В мире фотодиодов важна квантовая эффективность. Вместо общего количества солнечной энергии он подсчитывает количество фотонов, которые диод преобразуется в электроны.Я всегда сравниваю это с теми днями, когда у нас еще были гульдены и лиры.Если бы турист из Нидерландов получил только 100 лир за свои 100 гульденов во время отпуска в Италии, он, возможно, почувствовал бы себя немного обделенным.Но потому что в В квантовом выражении каждый гульден считается за одну лиру, но они все равно достигли эффективности 100 процентов. Это справедливо и для фотодиодов: чем лучше, чем лучше диод способен обнаруживать слабые световые сигналы, тем выше его эффективность».

Темное течение Фотодиоды — это светочувствительные полупроводниковые устройства, которые генерируют ток при поглощении фотонов из источника света. Они используются в качестве датчиков в различных приложениях, включая медицинские цели, портативный мониторинг, световую связь, системы наблюдения и машинное зрение. Во всех этих областях ключевое значение имеет высокая чувствительность.

Чтобы фотодиод работал правильно, он должен соответствовать двум условиям. Во-первых, он должен минимизировать ток, который генерируется в отсутствие света, так называемый темновой ток. Чем меньше темновой ток, тем чувствительнее диод. Во-вторых, он должен уметь отличать уровень фонового света («шума») от соответствующего инфракрасного света. К сожалению, эти две вещи обычно не сочетаются, наоборот.

Тандем Четыре года назад Риккардо Олеаро, один из аспирантов Янссена и ведущий автор статьи, приступил к решению этой загадки. В своем исследовании он объединил усилия с командой фотодетекторов, работающей в Центре Холста, исследовательском институте, специализирующемся на беспроводных и печатных сенсорных технологиях. Олеаро создал так называемый тандемный диод — устройство, сочетающее в себе перовскит и органические фотоэлектрические элементы.

Объединив эти два слоя – метод, который также все чаще используется в современных солнечных элементах – он смог оптимизировать оба условия, достигнув эффективности 70 процентов.

«Впечатляет, но недостаточно», — говорит амбициозный молодой исследователь из Италии. «Я решил посмотреть, смогу ли я еще больше повысить эффективность с помощью зеленого света. Из более ранних исследований я знал, что освещение солнечных элементов дополнительным светом может изменить их квантовую эффективность, а в некоторых случаях повысить ее. К моему удивлению, это сработало даже лучше, чем ожидалось, в улучшении чувствительности фотодиода. Нам удалось повысить эффективность ближнего инфракрасного света до более чем 200 процентов!"

Тайна На данный момент исследователи до сих пор не знают точно, как это работает, хотя они разработали теорию, которая может объяснить этот эффект. «Мы думаем, что дополнительный зеленый свет приводит к накоплению электронов в перовските. Он действует как резервуар зарядов, которые высвобождаются, когда инфракрасные фотоны поглощаются органическим слоем», — говорит Олеаро. «Другими словами, каждый инфракрасный фотон, который проходит и преобразуется в электрон, получает компанию от бонусного электрона, что приводит к эффективности 200 процентов или более. Думайте об этом как о получении двух лир за ваш гульден вместо одной !"