Université d'Eindhoven de Technologie a fabriqué une photodiode avec un bruit si faible (<10-6mA/cm2 courant d'obscurité) et une large gamme dynamique (<150dB), qu'il peut détecter optiquement un battement de coeur à une distance de 1.3 m.
Riccardo Ollearo, chercheur à la TU Eindhoven, fait mesurer le pouls de son doigt à distance par une photodiode à couche mince
Grâce à un effet photomultiplicateur inattendu, il peut atteindre un rendement photoélectronique supérieur à 200 % à 850 nm.
« Je sais, cela semble incroyable », a déclaré le chercheur du projet, le professeur René Janssen, « mais nous ne parlons pas ici d'efficacité énergétique normale. Ce qui compte dans le monde des photodiodes, c'est l'efficacité quantique, le nombre de photons que la diode convertit en électrons.
Il ne s'agit pas d'une photodiode au silicium, mais d'une structure en tandem à couches minces avec une couche photoactive de pérovskite face à la lumière entrante et un mélange de semi-conducteurs donneurs et accepteurs organiques (une hétérojonction en vrac) derrière elle.
La structure est conçue pour s'auto-filtrer optiquement, la diode avant absorbant la longueur d'onde inférieure à ~ 650 nm, empêchant tout sauf le proche infrarouge d'atteindre l'hétérojonction en vrac à bande interdite arrière.
Pour empêcher la cellule de pérovskite avant de contribuer au photo-courant, entre les deux couches photosensibles se trouve une couche électriquement active optiquement inactive (fabriquée à partir de 'PFN-Br') qui bloque sélectivement les électrons générés dans le film de pérovskite tout en passant trous de l'hétérojonction organique en vrac à bande étroite - rendant la cellule uniquement sensible aux longueurs d'onde plus longues.
Dans l'ensemble, la structure a une efficacité quantique externe (EQE) culminant à 70 % à 850 nm (pleine largeur à mi-hauteur < 100 nm).
Cependant, l'EQE, en ce qui concerne le proche infrarouge, monte à 220 % si la cellule est également éclairée par une lumière verte (60 mW/cm2 à 540nm).
Bien que le mécanisme de ce gain ne soit pas prouvé, l'équipe pense qu'il est dû à une illumination verte provoquant l'accumulation d'électrons dans le film de pérovskite, qui sont ensuite transmis à travers la barrière PFN-Br lorsque des trous générés dans le proche infrarouge sur le côté jonction en vrac organique abaisse temporairement l'énergie de la barrière.
"En d'autres termes, chaque photon infrarouge qui passe à travers et est converti en un électron, obtient la compagnie d'un électron bonus, conduisant à une efficacité de 200% ou plus", a déclaré Ollearo (photo ci-dessus).
L'Université de technologie d'Eindhoven a travaillé avec l'organisation de recherche néerlandaise TNO au Holst Centre.
Leurs découvertes sont publiées sous le titre « Surveillance de la vitalité à distance à l'aide de photodiodes 2 infrarouges à bande étroite de type tandem à couche mince avec une sensibilité améliorée à la lumière » dans Science Advances.
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