位于荷兰的研究人员开发出 "量子产率超过200%"的光电二极管
发布时间：2023-02-21 08:00:00 阅读数： 85
埃因霍温和TNO团队对基于多个堆叠电池的太阳能电池板采用类似的方法。
埃因霍温科技大学（"TU/e"）的博士生研究员Riccardo Ollearo利用绿光和双层电池，想出了一种灵敏度创纪录的光电二极管。
带有多个叠层电池的太阳能电池板经常打破输出和转换效率记录。现在，来自荷兰TU/e大学和TNO的Holst中心的一个研究小组已经成功地开发出了光电二极管--基于一种类似的技术--其光电子产量超过了200%。
这怎么可能呢？据该研究小组称，答案在于 "神奇的量子效率和堆叠式太阳能电池的世界"。科学进展》杂志对这项成就进行了描述。
TU/e的教授和《科学进展》论文的共同作者René Janssen解释说："我知道，这听起来很不可思议。但是，我们在这里谈论的不是正常的能源效率。在光电二极管的世界里，最重要的是量子效率。它不是计算太阳能的总量，而是计算二极管转换为电子的光子的数量。"
"我总是把它比作我们仍有盾牌和里拉的日子。如果一个来自荷兰的游客在意大利度假期间，他们的100盾只收到100里拉，他们可能会觉得有点亏。但是，由于在量子方面，每一个荷兰盾算作一个里拉，他们仍然达到了100%的效率。这对光电二极管来说也是如此：二极管对弱光信号的检测能力越强，其效率就越高"。
要使光电二极管正确工作，它必须满足两个条件。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--暗电流越小，二极管就越敏感。其次，它应该能够从相关的红外光中区分出背景噪声的水平。不幸的是，这两个条件通常不会同时出现。
串联
2019年，杨森的博士生之一、该论文的主要作者Riccardo Ollearo着手解决这一难题。在他的研究中，他与在霍尔斯特中心工作的光电探测器团队联手，霍尔斯特中心是一个专门从事无线和印刷传感器技术的研究机构，Ollearo建造了一个所谓的串联二极管，一个结合了过氧化物和有机光伏电池的装置。
结合这两层--一种也越来越多地用于最先进的太阳能电池的技术--他能够优化两种条件，达到70%的效率。
Ollearo评论说："我决定看看我是否能在绿光的帮助下进一步提高效率。我从早期的研究中知道，用额外的光照亮太阳能电池可以改变其量子效率，在某些情况下还可以提高其效率。令我惊讶的是，在提高光电二极管的灵敏度方面，这比预期的效果还要好。我们能够将近红外光的效率提高到200%以上。"
"我们认为，额外的绿光导致了电子在过氧化物层中的积累。这就像一个电荷库，当红外光子在有机层中被吸收时就会释放出来，"Ollearo说。"换句话说，每一个通过并转化为电子的红外光子，都会从一个额外的电子中得到陪伴，从而使效率达到200%或更高。想想看，这就像你的盾牌得到两个里拉，而不是一个。"
测试二极管
Ollearo测试了这种光电二极管，它适合在实验室里用于柔性设备。"他说："我们想看看该设备是否能接收到微妙的信号，例如在有现实背景光的环境中人的心脏或呼吸速率。
Ollearo补充说："将设备拿在离手指130厘米的地方，研究人员能够检测到反射回二极管的红外光量的微小变化。
"这些变化原来是一个人静脉中血压变化的正确指示，这反过来又表明心率。当把设备对准人的胸部时，他们能够从胸部的光运动中测量出呼吸率"。
考虑到未来可能的发展，Janssen说："我们想看看我们是否能够进一步改进该设备，例如使其更加快速。我们还想探索我们是否可以对该设备进行临床测试，例如与FOREEE项目合作。"
FORSEE项目由TU/e研究员Sveta Zinger领导，与埃因霍温的Catharina医院合作，正在开发一种可以观察病人的心脏和呼吸频率的智能相机。
