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環(huán)球熱頭條丨總編輯圈點|使用綠光和雙層電池,“哈利·波特”光傳感器實現200%高效率

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日期:2023-02-20 05:41:38    來源:科技日報    

科技日報記者?張夢然


【資料圖】

人們一般認為,超過100%的效率只有使用“哈利·波特”的魔法才會實現。而荷蘭埃因霍溫科技大學和霍爾斯特中心的一個研究團隊,使用綠光和雙層電池設計出一種光電二極管,其光電子產生率超過了200%。研究成果發(fā)表在最新一期《科學進展》上。

實驗設置中使用的光電二極管。圖片來源:巴特·范·奧弗貝克/埃因霍溫科技大學

研究人員解釋稱,這聽起來不可思議,但這里不是在談論正常的能源效率,在光電二極管領域,重要的是量子效率。它計算的不是太陽能總量,而是二極管轉換為電子的光子數。

光電二極管要正常工作,必須滿足兩個條件:首先應該盡量減少在沒有光的情況下產生的電流,即所謂的暗電流,暗電流越小,二極管越靈敏;其次,它應該有從紅外光中區(qū)分出背景光(噪音)的水平。不幸的是,這兩件事通常不會同時發(fā)生。

研究團隊為此創(chuàng)造了一種串聯二極管,這是一種結合了鈣鈦礦和有機光伏電池的裝置,這兩層技術的使用讓其達到70%的效率。然后,研究團隊借助綠光來進一步提高效率。

之前研究發(fā)現,用額外的光照射太陽能電池可改變其量子效率,最新研究表明,這在提高光電二極管靈敏度方面的效果甚至比預期的還要好,近紅外光的效率提高到200%以上。

研究人員解釋說,額外的綠光會導致鈣鈦礦層中的電子積聚。當紅外光子被有機層吸收時,它就像電荷庫一樣釋放出來。換句話說,每一個紅外光子通過并轉化為電子,都會得到額外電子的陪伴,從而使效率達到200%或更高。

團隊在實驗室測試了光電二極管。二極管被放在距離手指130厘米的地方,研究人員能夠檢測到反射回二極管的紅外光量的微小變化。這些變化能正確反映一個人靜脈血壓的變化,因此也指示了心率。當將二極管指向人的胸部時,還能夠測量胸部輕微運動時的呼吸頻率。

總編輯圈點:

效率超過100%,聽起來仿佛“很不科學”,但當我們在談論光電二極管的效率時,指的是量子效率,簡單理解,就是一個入射光子可以產生大約多少個電子。光電二極管是一種能將光轉化為電流或者電壓信號的探測器。此次,科研人員創(chuàng)造了一種串聯二極管,用綠光照射它使電子積聚,并在紅外光子被吸收時釋放出來,這樣進入的紅外光子就得到了額外的電子,從而實現效率200%的“魔法”。這種光電二極管能對微小光量的變化產生更加敏銳的反應。

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