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 невероятным КПД 200%.
Да, вы правильно поняли: устройство, основанное на квантовой физике, будет производить больше энергии, чем получает. Не воротите нос, я уже это сделал: а ведь исследование 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, под эффективностью понимают количество световых частиц, которые могут быть преобразованы в электрические сигналы. Но есть более конкретный аспект, который ученые принимают во внимание: выход фотоэлектронов. Таким образом, количество электронов, генерируемых фотонами, попадающими на датчик освещенности.
Этот тип выхода определяется так называемой квантовой эффективностью, то есть способностью материала производить частицы, несущие заряд, на фундаментальном уровне. «В мире фотодиодов главное — это квантовая эффективность», — подтверждает он. Рене Янссенинженер-химик в Университете Эйндховена. «Вместо общего количества солнечной энергии учитывается 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 хотя пока не совсем понятно, почему произошло такое увеличение, у исследователей есть некоторые гипотезы.
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 высвободить электроны в слой перовскита», игра в кости инженер-химик Риккардо Ольеаро, из Технологического университета Эйндховена, среди авторов исследования. «Эти электроны затем преобразуются в ток только тогда, когда фотоны попадают в другой слой».
Другими словами, каждый раз, когда инфракрасный фотон преобразуется в электрон, он получает «компанию» «бонусного» электрона, и это объясняет невероятный КПД в 200% (а потенциально и выше).
«Невозможный» датчик освещенности: почему это может быть действительно важно
Еще есть много вопросов, на которые предстоит ответить, и исследования продолжаются, но они могут привести к захватывающим изменениям в будущем чистой энергетики в среднесрочной перспективе.
В ближайшем будущем положительные эффекты этой технологии могут заключаться в следующем: 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.
Исследовательская группа использовала этот сверхтонкий фотодиод (в сто раз тоньше листа газеты) для измерения изменений в инфракрасном свете, отраженном от пальца с расстояния более одного метра. Отсюда 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.
Действительно, можно сказать, что «все освещено».
