Hollandi meeskond töötab välja 200% tõhusa fotodioodi

Hiljuti töötas rühm Eindhoveni Tehnikaülikooli ("TU/e") ja Hollandi TNO tütarettevõtte Holsti keskuse teadlasi välja rekordilise tundlikkusega fotodioodi, mille fotoelektronide väljundkiirus on üle 200 protsendi. kasutades rohelist tuld ja kahekihilist aku disaini. Tulemused avaldati ajakirjas Science Advances.
Viimastel aastatel on mitme virnastatud elemendiga päikesepaneelid saavutanud sageli rekordeid väljundi ja muundamise tõhususe osas. Hollandi Eindhoveni Tehnikaülikooli doktorant Riccardo Ollearo juhib tähelepanu, et ülalmainitud 200-protsendiline fotoelektronide väljund ei viita normaalsele energiatõhususele. Fotodioodide maailmas on kvanttõhusus see, mis loeb. Päikeseenergia koguhulga loendamise asemel loeb see footonite arvu, mille diood elektronideks muudab.
Et fotodiood korralikult töötaks, peavad olema täidetud kaks tingimust: esiteks peaks see minimeerima valguse puudumisel tekkiva vooluhulga, mida nimetatakse tumevooluks – ja mida väiksem on tumevool, seda tundlikum on diood. Teiseks peaks see suutma eristada taustamüra taset seotud infrapunavalgusest. Kahjuks ei juhtu need kaks asja tavaliselt korraga.
Holsti keskus on traadita ja trükitud andurite tehnoloogiatele spetsialiseerunud uurimisinstituut. Ülaltoodud koostöös töötas Riccardo Ollearo koos Holsti keskuse fotodetektori meeskonnaga tandemdioodi konstrueerimiseks.
See tandemdioodseade ühendab kalkogeniidi ja orgaanilised fotogalvaanilised elemendid, et optimeerida päikesepatarei jõudlust, mille efektiivsus on 70 protsenti. Hiljem kasutasid nad abivahendina rohelist tuld ja lõpuks suurendasid lähi-infrapuna valguse efektiivsust üle 200 protsendi.
Teadlased analüüsisid, et see on peamiselt tingitud sellest, et ekstra roheline tuli põhjustab elektronide kogunemist kalkogeniidikihis. See toimib laengureservuaarina, mis vabaneb infrapuna footoni neeldumisel orgaanilises kihis – teisisõnu, iga infrapuna footon, mis läbib ja muundub elektroniks, saab sellega kaasneva lisaelektroni, mille tulemuseks on tõhusus. 200 protsenti või rohkem.
Meeskond katsetas ülaltoodud tandemfotodioodseadet ja näitas, et see sobib labori paindlike seadmetega, mis on võimelised jäädvustama peeneid signaale, nagu inimese süda või hingamissagedus realistliku taustvalgusega keskkondades. Teadlased asetasid seadme oma sõrmest 130 sentimeetri kaugusele ja suutsid tegelikult tuvastada väikseid muutusi dioodile tagasi peegeldunud infrapunavalguses.
Teadlased tahavad näha, kas seadet saab veelgi täiustada, ja uurida, kas seadet saab kliiniliselt testida, näiteks muuta see kiiremaks. Samuti on teada, et TLÜ/e teaduri Sveta Zingeri juhitud projekt "FORSEE" töötab koos Eindhoveni Catharina haiglaga välja nutika kaamera, mis suudab jälgida patsiendi südame- ja hingamissagedust.