Холандски екип разработва 200 процента ефективен фотодиод

Наскоро група изследователи от Технологичния университет в Айндховен („TU/e“) и Holst Center, дъщерно дружество на TNO в Холандия, разработиха фотодиод с рекордна чувствителност и скорост на изход на фотоелектрон от над 200 процента използвайки зелена светлина и дизайн на двуслойна батерия. Резултатите са публикувани в списанието Science Advances.
През последните години слънчевите панели с множество подредени клетки често поставят рекорди за изход и ефективност на преобразуване. Рикардо Олеаро, докторант в Технологичния университет в Айндховен в Холандия, посочва, че 200-процентният фотоелектронен изход, споменат по-горе, не се отнася за нормална енергийна ефективност. В света на фотодиодите от значение е квантовата ефективност. Вместо да брои общото количество слънчева енергия, той брои броя на фотоните, които диодът преобразува в електрони.
За да работи фотодиодът правилно, трябва да бъдат изпълнени две условия: първо, той трябва да минимизира количеството ток, генериран при липса на светлина, известен като тъмен ток - и колкото по-малък е тъмният ток, толкова по-чувствителен е диодът. Второ, трябва да може да различава нивото на фоновия шум от свързаната инфрачервена светлина. За съжаление тези две неща обикновено не се случват по едно и също време.
Holst Center е изследователски институт, специализиран в безжични и печатни сензорни технологии. В горното сътрудничество Рикардо Олеаро работи с фотодетекторния екип на Holst Center за конструиране на тандемен диод.
Това тандемно диодно устройство съчетава халкогенидни и органични фотоволтаични клетки, за да оптимизира работата на слънчевата клетка, която достига ефективност от 70 процента. По-късно те използваха зелена светлина като помощно средство и в крайна сметка увеличиха ефективността на близката инфрачервена светлина до повече от 200 процента.
Изследователите са анализирали, че това е главно защото допълнителната зелена светлина води до натрупване на електрони в халкогенидния слой. Това действа като резервоар за заряд, който се освобождава, когато инфрачервен фотон се абсорбира от органичния слой - с други думи, за всеки инфрачервен фотон, който преминава през и се превръща в електрон, той получава съпътстващ допълнителен електрон, което води до ефективност от 200 процента или повече.
Екипът тества горното тандемно фотодиодно устройство и показа, че е подходящо за гъвкави устройства в лабораторията, способни да улавят фини сигнали, като например човешко сърце или честота на дишане, в среда с реалистична фонова светлина. Изследователите поставиха устройството на 130 сантиметра от пръста си и всъщност успяха да открият малки промени в количеството инфрачервена светлина, отразена обратно към диода.
Изследователите искат да видят дали устройството може да бъде допълнително подобрено и да проучат дали устройството може да бъде клинично тествано, например като стане по-бързо. Известно е също, че проектът „FORSEE“, ръководен от изследователя от TU/e ​​Света Зингер, работи с болница „Катарина“ в Айндховен за разработване на интелигентна камера, която може да наблюдава сърдечната честота и дихателната честота на пациента.