Исследование, только что опубликованное в журнале Science Advances (Я связываю это с вами здесь) демонстрирует невероятный скачок вперед в области сенсорных технологий. Достаточно большой, чтобы вызвать недоумение. Фактически в документе представлен светочувствительный датчик, фотодиод, способный преобразовывать свет в электрический сигнал. с невероятной эффективностью 200%.
Да, вы правильно поняли: устройство, основанное на квантовой физике, будет производить больше энергии, чем получает. Не задирайте нос, я это уже сделал: а ведь этюд есть.
И это может однажды привести к системам мониторинга работоспособности, которым не нужно питание, или кто знает что еще: но давайте пошагово.
Как работает фотодиод
Говоря о фотодиодах, эффективность относится к количество световых частиц, которые могут быть преобразованы в электрические сигналы. Но есть более конкретный аспект, который рассматривают ученые: выход фотоэлектронов. Таким образом, количество электронов, генерируемых фотонами, попадающими на датчик света.
Этот тип выхода определяется так называемой квантовой эффективностью, то есть способностью материала производить частицы, несущие заряд, на фундаментальном уровне. «В мире фотодиодов важна квантовая эффективность», — подтверждает он. Рене Янссен, инженер-химик из Эйндховенского университета. «Вместо общего количества солнечной энергии посчитайте количество фотонов, которые диод преобразует в электроны». Именно эта квантовая эффективность определяет выход фотоэлектронов и, следовательно, эффективность фотодиода.
Рекордный датчик освещенности
Исследовательская группа начала исследование со сборки устройства, которое сочетает в себе два типа солнечных элементов: перовскитные элементы и органические элементы. Результатом стала первоначальная, удивительная квантовая эффективность 70%: и без того очень обнадеживающая отправная точка побудила исследователей пойти дальше, предоставив дополнительный зеленый свет, чтобы попытаться еще больше улучшить производительность устройства.
И, похоже, им это удалось: на самом деле устройство превзошло все ожидания. Квантовая эффективность фотодиода была увеличена до 200%, и пока еще не до конца понятно, почему произошло это увеличение, у исследователей есть несколько гипотез.
Когда фотоны ударяются о материал фотодиода, электроны возбуждаются и мигрируют, создавая накопление заряда, который может быть преобразован в электрический ток.
«Мы предполагаем, что введение зеленого света может высвобождать электроны на слое перовскита». игра в кости инженер-химик Риккардо Ольеаро, Эйндховенского технологического университета, одного из авторов исследования. «Эти электроны затем преобразуются в ток только тогда, когда фотоны попадают на другой слой».
Другими словами, каждый раз, когда инфракрасный фотон превращается в электрон, он получает «компанию» из «бонусного» электрона, и это объясняет невероятную 200% (и потенциально более высокую) эффективность.
«Невозможный» датчик освещенности: потому что это может быть очень важно
Есть еще много вопросов, на которые нужно ответить, и исследования продолжаются, но в среднесрочной перспективе они также могут привести к захватывающим разработкам для будущего чистой энергии.
В ближайшем будущем положительные эффекты этой технологии могут быть такими: в области диагностики. Такой эффективный датчик света может обнаруживать даже малейшие изменения света на больших расстояниях, что делает его особенно полезным для измерения частоты сердечных сокращений и артериального давления.
Команда исследователей использовала этот сверхтонкий фотодиод (в сто раз тоньше листа газеты) для измерения изменений инфракрасного света, отраженного от пальца, с расстояния более одного метра. Оттуда вы можете измерить довольно много вещей.
В будущем
Такая технология может позволить человеку узнать свой жизненный статус удаленно, без ношения устройств.
Такие параметры, как кровяное давление, частота сердечных сокращений и частота дыхания, можно наблюдать, ничего не касаясь. Даже со смарт-часами. Это можно сделать, просто находясь в пределах досягаемости устройства, основанного на датчике освещенности, подобном этому.
Уместно сказать, что «все освещено».
