Многослойните слънчеви панели чупят рекордите по производителност и специалисти от Нидерландия решиха да използват същата технология, за да разработят фотодиод с изключителна чувствителност. Ефективността му надхвърля 200%, което изглежда невъзможно според законите на физиката. Но квантовата физика се ръководи от свои собствени закони.
„Знам, че звучи невероятно“, казва професор Рене Янсен, един от ръководителите на изследователския проект. – Но тук не става дума за конвенционална енергийна ефективност. В света на фотодиодите е важна квантовата ефективност. Вместо общото количество слънчева енергия се отчита броят на фотоните, които диодът превръща в електрони.
Фотодиодите са чувствителни към светлината полупроводници, които генерират електрически ток чрез поглъщане на фотони от източник на светлина. Те се използват като сензори в редица устройства в областта на медицината, комуникациите, сигурността и роботиката. И навсякъде критерият за тяхното качество е чувствителността, пише SciencAlert.
За да може фотодиодът да работи коректно, той трябва да отговаря на две условия. Първо, да минимизира тока, който генерира при липса на светлина. Колкото по-малък е този така наречен „тъмен ток“, толкова по-чувствителен е диодът. Второ, той трябва да може да различава фоновата светлина или шума от съответния източник на светлина. За съжаление тези два параметъра обикновено са в противоречие един с друг.
За да решат този проблем, учените са създали двуслоен фотодиод от органични и перовскитови фотоелементи. Това е довело до увеличаване на производителността със 70 %. Не е лошо, но все още не е достатъчно. Следващата стъпка била да се използва допълнителна подсветка от зелена светлина.
Този подход, както е известно от предишни изследвания, може да модифицира и дори да повиши чувствителността на фотодиода. За изненада на учените той проработи дори по-добре от очакваното – производителността за близкия инфрачервен спектър се увеличи с над 200%.
Учените все още не могат да дадат точен отговор на въпроса как се е случило това. Но те имат хипотеза. Те считат, че допълнителната зелена светлина е довела до натрупване на електрони в перовскитовия слой. Той е действал като резервоар за зарядите, които се излъчват, когато инфрачервените фотони се натрупват в органичния слой. С други думи, всеки инфрачервен фотон, който преминава през този слой и се превръща в електрон, получава бонус от още един електрон, което води до тази нечувана ефективност.
По-ефективният фотодиод е и по-чувствителен фотодиод – той е в състояние да регистрира много малки промени в светлината от по-големи разстояния. Това ни препраща към измерването на сърцебиенето и дишането.
С помощта на своя нов супертънък фотодиод, който е сто пъти по-тънък от лист вестник, изследователите измерват малките промени в инфрачервената светлина, отразена от пръстите от разстояние 130 см. По този начин се отчита кръвното налягане и сърдечния ритъм, подобно на сензора на смарт часовник, но работещ от другата страна на масата.