这一研究将光传感器效率提升超 200%，哈利 · 波特的“魔法”成为现实

发布时间：2023-02-21 22:37:24 【来源：ZAKER新闻】

2月21日讯：远程测量心率和呼吸频率等生命体征参数是以无创方式监测个人健康的重要体现，这可以通过大视野、易集成的非侵入式传感器实现，例如大面积薄膜光电二极管，然而，远距离将微弱的光信号与背景干扰区分开来需要出色的近红外灵敏度和光学噪声容限。

人们一般认为，超过 100% 的效率只有使用 " 哈利 · 波特 " 的魔法才会实现。而近日，荷兰埃因霍温科技大学和霍尔斯特中心的一个研究团队使用绿光和双层电池设计出一种光电二极管，其光电子产生率超过了 200%。

研究人员解释称，这听起来不可思议，但在光电二极管领域，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。

光电二极管要正常工作，必须满足两个条件：首先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，它应该有从红外光中区分出背景光（噪音）的水平。不幸的是，这两件事通常不会同时发生。

研究团队为此创造了一种串联二极管，这是一种结合了钙钛矿和有机光伏电池的装置，这两层技术的使用让其达到 70% 的效率。然后，研究团队借助绿光来进一步提高效率。

之前研究发现，用额外的光照射太阳能电池可改变其量子效率，最新研究表明，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，近红外光的效率提高到 200% 以上。

研究人员解释说，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。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。

团队在实验室测试了光电二极管。二极管被放在距离手指 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。这些变化能正确反映一个人静脉血压的变化，因此也指示了心率。当将二极管指向人的胸部时，还能够测量胸部轻微运动时的呼吸频率。

前瞻经济学人 APP 资讯组

参考论文：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf9861

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