这款哈利波特光传感器实现了200%的神奇高效率

博士研究员 Riccardo Ollearo 使用绿光和双层电池设计出一种光电二极管，其灵敏度是许多人梦寐以求的。

具有多个堆叠电池的太阳能电池板目前正在打破记录。值得注意的是，来自埃因霍温科技大学和霍尔斯特中心 TNO 的一组研究人员现在已经设法制造出光电二极管——基于类似的技术——光电子产率超过 200%。你会认为超过 100% 的效率只有使用炼金术和其他类似哈利波特的魔法才有可能。但这是可以完成的。答案在于量子效率和堆叠式太阳能电池的神奇世界。

René Janssen，埃因霍温科技大学教授和一篇新的 Science Advances 论文的合著者解释说。“我知道，这听起来不可思议。但是，我们在这里不是在谈论正常的能源效率。在光电二极管领域，重要的是量子效率。它计算的不是太阳能总量，而是二极管转换为电子的光子数。

我总是把它比作我们还有荷兰盾和里拉的日子。如果一位来自荷兰的游客在意大利度假时花费 100 荷兰盾只得到 100 里拉，他们可能会觉得有点亏本。但由于在量子方面，每一荷兰盾都算作一里拉，他们仍然实现了 100% 的效率。这也适用于光电二极管：二极管检测微弱光信号的能力越好，其效率就越高。”

暗电流

光电二极管是光敏半导体器件，当它们从光源吸收光子时会产生电流。它们在各种应用中用作传感器，包括医疗用途、可穿戴监控、光通信、监控系统和机器视觉。在所有这些领域中，高灵敏度是关键。

光电二极管要正常工作，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。暗电流越小，二极管越灵敏。其次，它应该能够从相关的红外光中区分出背景光(“噪音”)的水平。不幸的是，相反，这两件事通常不会同时发生。

四年前，Janssen 的博士生之一、该论文的主要作者Riccardo Ollearo着手解决这个难题。在他的研究中，他与霍尔斯特中心的光电探测器团队合作，霍尔斯特中心是一家专门研究无线和印刷传感器技术的研究所，Ollearo 制造了一种所谓的串联二极管，这是一种结合了钙钛矿和有机光伏电池的装置。

结合这两层——这种技术也越来越多地用于最先进的太阳能电池——他能够优化这两种条件，达到 70% 的效率。

“令人印象深刻，但还不够”，这位雄心勃勃的意大利年轻研究员说。“我决定看看能否借助绿光进一步提高效率。我从早期的研究中了解到，用额外的光照射太阳能电池可以改变它们的量子效率，并且在某些情况下可以提高它。令我惊讶的是，这在提高光电二极管灵敏度方面的效果甚至比预期的还要好。我们能够将近红外光的效率提高到 200% 以上!”

谜团

至此，研究人员仍然不知道它到底是如何工作的，尽管他们已经提出了一个可能解释这种影响的理论。

“我们认为额外的绿光会导致钙钛矿层中的电子积聚。当红外光子被有机层吸收时，它就像电荷库一样释放出来”，Ollearo 说。“换句话说，每一个红外光子通过并转化为电子，都会得到额外电子的陪伴，从而使效率达到 200% 或更高。把它想象成你的荷兰盾得到两里拉，而不是一里拉!”

对二极管进行测试

研究人员在实验室中测试了光电二极管，它的厚度是一张新闻纸的一百倍，适用于柔性设备。“我们想看看该设备是否可以捕捉到细微的信号，例如在具有逼真的背景光的环境中人类的心率或呼吸率。我们选择了一个室内场景，在阳光明媚的日子里，窗帘部分关闭。并且奏效了!”

将设备放在距离手指 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。这些变化被证明是一个人静脉血压变化的正确指示，而这反过来又指示了心率。当将该设备指向人的胸部时，他们能够测量胸部轻微运动的呼吸率(见图)”。

未来

随着论文在Science Advances上的发表，Ollearo 的工作几乎完成了。他将于4月21日答辩他的论文研究。那么，研究就到此为止了吗?

“不，当然不是。我们想看看我们是否可以进一步改进设备，例如让它更快”，Janssen 说。“我们还想探索是​​否可以对设备进行临床测试，例如与 FORSEE 项目合作。”

由 TU/e 研究员 Sveta Zinger 领导并与埃因霍温凯瑟琳娜医院合作的 FORSEE 项目正在开发一种智能相机，可以观察患者的心率和呼吸率。

让我们希望 TU/e 和 TNO 的研究人员继续证明你不需要成为哈利波特也能取得惊人的科学成就!

这款哈利波特光传感器实现了200%的神奇高效率

博士研究员 Riccardo Ollearo 使用绿光和双层电池设计出一种光电二极管，其灵敏度是许多人梦寐以求的。

具有多个堆叠电池的太阳能电池板目前正在打破记录。值得注意的是，来自埃因霍温科技大学和霍尔斯特中心 TNO 的一组研究人员现在已经设法制造出光电二极管——基于类似的技术——光电子产率超过 200%。你会认为超过 100% 的效率只有使用炼金术和其他类似哈利波特的魔法才有可能。但这是可以完成的。答案在于量子效率和堆叠式太阳能电池的神奇世界。

René Janssen，埃因霍温科技大学教授和一篇新的 Science Advances 论文的合著者解释说。“我知道，这听起来不可思议。但是，我们在这里不是在谈论正常的能源效率。在光电二极管领域，重要的是量子效率。它计算的不是太阳能总量，而是二极管转换为电子的光子数。

我总是把它比作我们还有荷兰盾和里拉的日子。如果一位来自荷兰的游客在意大利度假时花费 100 荷兰盾只得到 100 里拉，他们可能会觉得有点亏本。但由于在量子方面，每一荷兰盾都算作一里拉，他们仍然实现了 100% 的效率。这也适用于光电二极管：二极管检测微弱光信号的能力越好，其效率就越高。”

暗电流

光电二极管是光敏半导体器件，当它们从光源吸收光子时会产生电流。它们在各种应用中用作传感器，包括医疗用途、可穿戴监控、光通信、监控系统和机器视觉。在所有这些领域中，高灵敏度是关键。

光电二极管要正常工作，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。暗电流越小，二极管越灵敏。其次，它应该能够从相关的红外光中区分出背景光(“噪音”)的水平。不幸的是，相反，这两件事通常不会同时发生。

Tandem

四年前，Janssen 的博士生之一、该论文的主要作者Riccardo Ollearo着手解决这个难题。在他的研究中，他与霍尔斯特中心的光电探测器团队合作，霍尔斯特中心是一家专门研究无线和印刷传感器技术的研究所，Ollearo 制造了一种所谓的串联二极管，这是一种结合了钙钛矿和有机光伏电池的装置。

结合这两层——这种技术也越来越多地用于最先进的太阳能电池——他能够优化这两种条件，达到 70% 的效率。

“令人印象深刻，但还不够”，这位雄心勃勃的意大利年轻研究员说。“我决定看看能否借助绿光进一步提高效率。我从早期的研究中了解到，用额外的光照射太阳能电池可以改变它们的量子效率，并且在某些情况下可以提高它。令我惊讶的是，这在提高光电二极管灵敏度方面的效果甚至比预期的还要好。我们能够将近红外光的效率提高到 200% 以上!”

谜团

至此，研究人员仍然不知道它到底是如何工作的，尽管他们已经提出了一个可能解释这种影响的理论。

“我们认为额外的绿光会导致钙钛矿层中的电子积聚。当红外光子被有机层吸收时，它就像电荷库一样释放出来”，Ollearo 说。“换句话说，每一个红外光子通过并转化为电子，都会得到额外电子的陪伴，从而使效率达到 200% 或更高。把它想象成你的荷兰盾得到两里拉，而不是一里拉!”

对二极管进行测试

研究人员在实验室中测试了光电二极管，它的厚度是一张新闻纸的一百倍，适用于柔性设备。“我们想看看该设备是否可以捕捉到细微的信号，例如在具有逼真的背景光的环境中人类的心率或呼吸率。我们选择了一个室内场景，在阳光明媚的日子里，窗帘部分关闭。并且奏效了!”

将设备放在距离手指 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。这些变化被证明是一个人静脉血压变化的正确指示，而这反过来又指示了心率。当将该设备指向人的胸部时，他们能够测量胸部轻微运动的呼吸率(见图)”。

未来

随着论文在Science Advances上的发表，Ollearo 的工作几乎完成了。他将于4月21日答辩他的论文研究。那么，研究就到此为止了吗?

“不，当然不是。我们想看看我们是否可以进一步改进设备，例如让它更快”，Janssen 说。“我们还想探索是​​否可以对设备进行临床测试，例如与 FORSEE 项目合作。”

由 TU/e 研究员 Sveta Zinger 领导并与埃因霍温凯瑟琳娜医院合作的 FORSEE 项目正在开发一种智能相机，可以观察患者的心率和呼吸率。

让我们希望 TU/e 和 TNO 的研究人员继续证明你不需要成为哈利波特也能取得惊人的科学成就!