绿光+双层电池！荷兰团队开发出200%高效率的光电二极管

2023-02-21 11:45

近日，来自荷兰埃因霍温理工大学（“TU／e”）和TNO旗下的霍尔斯特中心（Holst Center）的一组研究人员利用绿光和双层电池的设计，开出了一种具有创纪录灵敏度的光电二极管，其光电子产出率超过200％。该成果已发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。

近年来，具有多个堆叠电池的太阳能电池板频频刷新输出和转换效率方面的纪录。荷兰埃因霍温理工大学的博士研究员Riccardo Ollearo指出，上述的200％光电子产出率所指的不是正常的能源效率。在光电二极管的世界中，最重要的是量子效率。它不是计算太阳能的总量，而是计算二极管转化为电子的光子的数量。

要使光电二极管正常工作，必须满足两个条件：首先，它应该尽量减少在没有光的情况下产生的电流，即所谓的暗电流——而暗电流越小，二极管越敏感。其次，它应该能够从相关的红外光中分辨出背景噪声的水平。不幸的是，这两种情况通常不会同时发生。

霍尔斯特中心是一家专门从事无线和印刷传感器技术的研究机构。在上述合作中，Riccardo Ollearo与霍尔斯特中心的光电探测器团队合作，建造了一种串联二极管。

这种串联二极管设备将钙钛矿和有机光伏电池结合在一起之后，能够实现性能优化，是太阳能电池达到70％的效率。之后，他们又利用绿光作为辅助，最终将近红外光的效率提高到200％以上。

研究人员们分析称，这主要是额外的绿光会导致钙钛矿层中电子的积聚。这就像一个电荷库，当红外光子被有机层吸收时就会释放出来——换句话说，每一个通过并转化为一个电子的红外光子，都会得到一个附带的额外电子，从而使效率达到200％或更高。

该团队对上述串联光电二极管设备进行了测试，结果表明它适用于实验室中的柔性设备，能够在具有真实背景光的环境中捕捉到细微的信号，比如人类的心脏或呼吸频率。研究人员将设备放在距离手指130厘米的地方，居然依旧能够检测到反射回二极管的红外光量的微小变化。

研究人员们想看看是否可以进一步改进该设备，并探索是否可以对该设备进行临床测试，比如让其速度更快。另据悉，TU／e研究员Sveta Zinger领导的“FORSEE”项目正与埃因霍温Catharina医院合作，双方正在开发一种可以观察患者心脏和呼吸频率的智能相机。

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