Инженерите создадоа „невозможен“ светлосен сензор со ефикасност од 200 отсто
Научниците произведоа сензор кој ја претвора светлината во електричен сигнал со неверојатни 200 проценти ефикасност – навидум невозможна бројка што беше постигната преку необичноста на квантната физика.
Толкава е чувствителноста на уредот познат како фотодиода, тимот одговорен за неговата иновација вели дека тој потенцијално би можел да се користи во технологијата која ги следи виталните знаци на една личност (вклучувајќи го отчукувањата на срцето или фреквенцијата на дишење) без ништо да треба да се вметне, па дури и да се прикачи на телото.
Ефикасноста на фотодиодата обично се мери како бројот на достапни светлосни честички што може да ги претвори во електрични сигнали. Овде, научниците зборуваат за нешто тесно поврзано, но малку поконкретно: приносот на фотоелектронот или бројот на електрони генерирани од фотоните што удираат во сензорот, пренесува Сајенс алерт.
Приносот на фотоелектронот на фотодиодата се одредува според нејзината квантна ефикасност – суштинската способност на материјалот да произведува честички што носат набој на основно ниво, наместо количината на произведена електрична енергија.
„Ова звучи неверојатно, но овде не зборуваме за нормална енергетска ефикасност“, вели хемискиот инженер Рене Јансен, од Технолошкиот универзитет во Ајндховен во Холандија.
„Она што е важно во светот на фотодиодите е квантната ефикасност. Наместо вкупната количина на сончева енергија, таа го пресметува бројот на фотони што диодата ги претвора во електрони“.
Како појдовна точка, тимот работеше на уред кој комбинира два вида ќелии од соларни панели, перовскит и органски. Со поставување на ќелиите така што светлина што не ја искористува еден слој и ја собира друг, истражувачите постигнаа 70 проценти квантна ефикасност.
За да се зголеми оваа бројка, беше воведено дополнително зелено светло. Сензорот исто така беше оптимизиран за да ја подобри неговата способност да филтрира различни видови светлина и да не реагира воопшто на никаква светлина. Ова ја турна квантната ефикасност на фотодиодата над 200 проценти, иако во оваа фаза не е јасно точно зошто се случува тој поттик.
Клучот можеби е начинот на кој фотодиодите произведуваат струја. Фотоните ги возбудуваат електроните во материјалот на фотодиодата, предизвикувајќи ги да мигрираат и создаваат акумулација на полнеж. Истражувачите претпоставуваат дека зелената светлина може да ослободи електрони на еден слој, кои се претвораат во струја само кога фотоните ќе удрат во различен слој.
„Сметаме дека дополнителното зелено светло води до акумулација на електрони во перовскитниот слој“, вели хемискиот инженер Рикардо Олеаро од Технолошкиот универзитет во Ајндховен. „Ова делува како резервоар на полнења што се ослободува кога инфрацрвените фотони се апсорбираат во органскиот слој.
„Со други зборови, секој инфрацрвен фотон што продира и се претвора во електрон, добива друштво од бонус електрон, што доведува до ефикасност од 200 проценти или повеќе“.
Поефикасна фотодиода е исто така почувствителна фотодиода – онаа која е состојба да набљудува многу мали промени во светлината од поголеми растојанија. Ова нè враќа на мерење на отчукувањата на срцето и нивото на дишење.
Користејќи ја нивната супер-тенка фотодиода, која е сто пати потенка од лист весник, истражувачите измериле мали промени во инфрацрвената светлина рефлектирана од прст од растојание од 130 сантиметри (51,2 инчи). Се покажа дека ова одговара на крвниот притисок и отчукувањата на срцето, исто како што тоа го прави сензорот за паметен часовник, но работи преку маса.
Со слична поставеност, тимот ги мереше стапките на дишење од благи движења на градите. Има потенцијал овде за секаков вид на мониторинг и медицински цели, доколку технологијата може успешно да се развие од лабораториска фаза.
„Сакаме да видиме дали можеме дополнително да го подобриме уредот, на пример со тоа што ќе го направиме побрз“, вели Јансен. „Ние исто така сакаме да истражиме дали можеме клинички да го тестираме уредот.
Истражувањето е објавено во Science Advances.