Universität Eindhoven Technologie hat eine Fotodiode mit so geringem Rauschen (<10) hergestellt-6mA/cm2 Dunkelstrom) und einem großen Dynamikbereich (<150 dB), sodass er einen Herzschlag in einer Entfernung von 1.3 m optisch erkennen kann.
Der Forscher Riccardo Ollearo von der TU Eindhoven lässt den Puls in seinem Finger ferngesteuert mit einer Dünnfilm-Fotodiode messen
Durch einen unerwarteten Photomultiplier-Effekt kann eine Photoelektronenausbeute von über 200 % bei 850 nm erreicht werden.
„Ich weiß, das klingt unglaublich“, sagte Projektforscher Professor René Janssen, „aber wir sprechen hier nicht von normaler Energieeffizienz. Was in der Welt der Fotodioden zählt, ist die Quanteneffizienz, also die Anzahl der Photonen, die die Diode in Elektronen umwandelt.“
Dies ist keine Silizium-Fotodiode, sondern eine Dünnfilm-Tandemstruktur mit einer fotoaktiven Perowskit-Schicht, die dem einfallenden Licht zugewandt ist, und einer Mischung aus organischen Donor- und Akzeptor-Halbleitern (einem Bulk-Heteroübergang) dahinter.
Die Struktur ist so konzipiert, dass sie optisch selbstfilternd ist, wobei die vordere Diode Wellenlängen von weniger als ~650 nm absorbiert und alles außer dem nahen Infrarot daran hindert, den hinteren Bulk-Heteroübergang mit schmaler Bandlücke zu erreichen.
Um zu verhindern, dass die vordere Perowskit-Zelle zum Fotostrom beiträgt, befindet sich zwischen den beiden lichtempfindlichen Schichten eine optisch inaktive, elektrisch aktive Schicht (aus „PFN-Br“), die selektiv im Perowskitfilm erzeugte Elektronen beim Durchgang blockiert Löcher aus dem schmalbandigen organischen Bulk-Heteroübergang – wodurch die Zelle nur für längere Wellenlängen empfindlich wird.
Insgesamt hat die Struktur eine externe Quanteneffizienz (EQE) mit einem Spitzenwert von 70 % bei 850 nm (volle Breite bei Halbmaximum < 100 nm).
Allerdings schießt EQE, soweit es das nahe Infrarot betrifft, auf 220 %, wenn die Zelle auch mit grünem Licht (60 mW/cm²) beleuchtet wird2 bei 540nm).
Obwohl der Mechanismus für diesen Gewinn nicht bewiesen ist, glaubt das Team, dass dies auf grüne Beleuchtung zurückzuführen ist, die dazu führt, dass sich Elektronen im Perowskitfilm ansammeln, die dann durch die PFN-Br-Barriere geleitet werden, wenn Löcher im nahen Infrarot erzeugt werden Die organische Bulk-Übergangsseite senkt vorübergehend die Energie der Barriere.
„Mit anderen Worten, jedes Infrarotphoton, das durchkommt und in ein Elektron umgewandelt wird, erhält Gesellschaft von einem Bonuselektron, was zu einer Effizienz von 200 Prozent oder mehr führt“, sagte Ollearo (Foto oben).
Die Technische Universität Eindhoven arbeitete am Holst Centre mit der niederländischen Forschungsorganisation TNO zusammen.
Ihre Ergebnisse werden in Science Advances als „Vitalitätsüberwachung aus der Ferne unter Verwendung von Dünnfilm-Tandem-ähnlichen Schmalband-Nahinfrarot-2-Fotodioden mit lichtverstärkter Empfindlichkeit“ veröffentlicht.
Dieses klar geschriebene Papier kann kostenlos gelesen werden und enthält ausführliche Beschreibungen des Geräts und der berührungslosen medizinischen Experimente.