A holland csapat 200 százalékban hatékony fotodiódát fejleszt

A közelmúltban az Eindhoveni Műszaki Egyetem ("TU/e") és a Holst Center, a TNO holland leányvállalata kutatócsoportja rekord érzékenységű és több mint 200 százalékos fotoelektron-kibocsátási arányú fotodiódát fejlesztett ki. zöld fényt és kétrétegű akkumulátort használva. Az eredményeket a Science Advances folyóiratban tették közzé.
Az elmúlt években a több egymásra helyezett cellával rendelkező napelemek gyakran rekordokat döntöttek a teljesítmény és az átalakítás hatékonyságában. Riccardo Ollearo, a holland Eindhoveni Műszaki Egyetem doktori kutatója rámutat, hogy a fent említett 200 százalékos fotoelektron-kibocsátás nem utal a normál energiahatékonyságra. A fotodiódák világában a kvantumhatékonyság számít. A napenergia teljes mennyiségének számolása helyett a dióda által elektronokká alakított fotonok számát számolja.
A fotodióda megfelelő működéséhez két feltételnek kell teljesülnie: először is minimálisra kell csökkentenie a fény hiányában keletkező áram mennyiségét, amelyet sötétáramnak neveznek – és minél kisebb a sötétáram, annál érzékenyebb a dióda. Másodszor, képesnek kell lennie megkülönböztetni a háttérzaj szintjét a kapcsolódó infravörös fénytől. Sajnos ez a két dolog általában nem történik egyszerre.
A Holst Center vezeték nélküli és nyomtatott szenzortechnológiákra szakosodott kutatóintézet. A fenti együttműködésben Riccardo Ollearo a Holst Center fotodetektor csapatával együtt tandem diódát készített.
Ez a tandem dióda berendezés kalkogenid és szerves fotovoltaikus cellák kombinációjával optimalizálja a napelem teljesítményét, ami eléri a 70 százalékos hatásfokot. Később zöld fényt használtak segédeszközként, és végül több mint 200 százalékra növelték a közeli infravörös fény hatásfokát.
A kutatók elemezték, hogy ennek főként az az oka, hogy az extra zöld fény elektronok felhalmozódásához vezet a kalkogenid rétegben. Ez töltéstárolóként működik, amely akkor szabadul fel, amikor egy infravörös foton elnyelődik a szerves rétegben – más szóval minden infravörös foton, amely áthalad és elektronná alakul, egy kísérő extra elektront kap, ami hatásfokot eredményez. 200 százalék vagy több.
A csapat tesztelte a fenti tandem fotodióda eszközt, és megmutatta, hogy alkalmas olyan rugalmas eszközökhöz a laboratóriumban, amelyek képesek olyan finom jelek rögzítésére, mint az emberi szív vagy a légzésszám, valósághű háttérvilágítású környezetben. A kutatók az eszközt 130 centiméterre helyezték el az ujjuktól, és valójában kismértékű változásokat is képesek voltak észlelni a diódára visszavert infravörös fény mennyiségében.
A kutatók azt szeretnék látni, hogy az eszköz továbbfejleszthető-e, és megvizsgálják, hogy az eszköz klinikailag tesztelhető-e, például gyorsabbá tételével. Az is ismert, hogy a Sveta Zinger, a TU/e ​​kutatója által vezetett "FORSEE" projekt az eindhoveni Catharina Kórházzal együttműködve olyan intelligens kamerát fejleszt ki, amely képes megfigyelni a páciens szív- és légzésszámát.