Universidad de Eindhoven de Tecnología ha fabricado un fotodiodo con un ruido tan bajo (<10-6mA/cm2 corriente oscura) y amplio rango dinámico (<150dB), que puede detectar ópticamente un latido del corazón a una distancia de 1.3 m.
El investigador de TU Eindhoven Riccardo Ollearo tiene el pulso en su dedo medido de forma remota por un fotodiodo de película delgada
A través de un inesperado efecto fotomultiplicador, puede lograr un rendimiento de fotoelectrones superior al 200 % a 850 nm.
“Lo sé, suena increíble”, dijo el profesor René Janssen, investigador del proyecto, “pero no estamos hablando de eficiencia energética normal aquí. Lo que cuenta en el mundo de los fotodiodos es la eficiencia cuántica, el número de fotones que el diodo convierte en electrones”.
Este no es un fotodiodo de silicio, sino una estructura en tándem de película delgada con una capa fotoactiva de perovskita frente a la luz entrante y una combinación de semiconductores orgánicos donantes y aceptores (una heterounión masiva) detrás.
La estructura está diseñada para autofiltrarse ópticamente, con el diodo frontal absorbiendo una longitud de onda inferior a ~650nm, bloqueando todo menos el infrarrojo cercano para que no alcance la heterounión masiva trasera de banda prohibida estrecha.
Para evitar que la celda frontal de perovskita contribuya a la fotocorriente, entre las dos capas fotosensibles hay una capa eléctricamente activa ópticamente inactiva (hecha de 'PFN-Br') que bloquea selectivamente los electrones generados en la película de perovskita mientras pasa agujeros de la heterounión masiva orgánica de banda estrecha, lo que hace que la célula solo sea sensible a las longitudes de onda más largas.
En general, la estructura tiene una eficiencia cuántica externa (EQE) que alcanza un máximo del 70 % a 850 nm (ancho total a la mitad del máximo <100 nm).
Sin embargo, EQE, en lo que se refiere al infrarrojo cercano, se dispara al 220 % si la celda también se ilumina con luz verde (60 mW/cm2 a 540nm).
Si bien el mecanismo para esta ganancia no está probado, el equipo cree que se debe a la iluminación verde que hace que los electrones se acumulen en la película de perovskita, que luego pasan a través de la barrera PFN-Br cuando se generan agujeros en el infrarrojo cercano. El lado de unión a granel orgánico reduce temporalmente la energía de la barrera.
“En otras palabras, cada fotón infrarrojo que pasa y se convierte en un electrón, recibe la compañía de un electrón adicional, lo que lleva a una eficiencia del 200 por ciento o más”, dijo Ollearo (foto de arriba).
La Universidad Tecnológica de Eindhoven trabajó con la organización de investigación holandesa TNO en el Centro Holst.
Sus hallazgos se publican como "Vigilancia de la vitalidad a distancia mediante el uso de 2 fotodiodos de infrarrojo cercano de banda estrecha tipo tándem de película delgada con capacidad de respuesta mejorada por la luz" en Science Advances.
Este documento claramente escrito se puede leer sin pagar e incluye descripciones detalladas del dispositivo y los experimentos médicos no intrusivos.