Università di Eindhoven Tecnologia ha realizzato un fotodiodo con un rumore così basso (<10-6mA/cm2 dark current) e un'ampia gamma dinamica (<150 dB), in grado di rilevare otticamente un battito cardiaco a una distanza di 1.3 m.
Il ricercatore della TU Eindhoven Riccardo Ollearo ha il polso al dito misurato a distanza dal fotodiodo a film sottile
Attraverso un inaspettato effetto fotomoltiplicatore, può raggiungere una resa fotoelettronica superiore al 200% a 850 nm.
“Lo so, sembra incredibile”, ha detto il ricercatore del progetto, il professor René Janssen, “ma qui non stiamo parlando di normale efficienza energetica. Quello che conta nel mondo dei fotodiodi è l'efficienza quantica, il numero di fotoni che il diodo converte in elettroni”.
Questo non è un fotodiodo al silicio, ma una struttura tandem a film sottile con uno strato fotoattivo di perovskite rivolto verso la luce in arrivo e una miscela di semiconduttori donatori e accettori organici (un'eterogiunzione di massa) dietro di esso.
La struttura è progettata per essere otticamente autofiltrante, con il diodo anteriore che assorbe una lunghezza d'onda inferiore a ~650 nm, impedendo a tutto tranne che al vicino infrarosso di raggiungere l'eterogiunzione di massa a banda proibita posteriore.
Per evitare che la cella di perovskite anteriore contribuisca alla fotocorrente, tra i due strati fotosensibili c'è uno strato elettricamente attivo otticamente inattivo (costituito da "PFN-Br") che blocca selettivamente gli elettroni generati nel film di perovskite durante il passaggio buchi dall'eterogiunzione di massa organica a banda stretta, rendendo la cellula sensibile solo alle lunghezze d'onda maggiori.
Nel complesso, la struttura ha un'efficienza quantica esterna (EQE) con un picco del 70% a 850 nm (larghezza intera a metà max <100 nm).
Tuttavia, l'EQE, per quanto riguarda il vicino infrarosso, sale al 220% se anche la cella è illuminata con luce verde (60 mW/cm2 a 540 nm).
Sebbene il meccanismo di questo guadagno non sia stato dimostrato, il team ritiene che sia dovuto all'illuminazione verde che fa sì che gli elettroni si raccolgano nel film di perovskite, che vengono poi controllati attraverso la barriera PFN-Br quando i buchi generati nel vicino infrarosso sul il lato di giunzione della massa organica abbassa temporaneamente l'energia della barriera.
"In altre parole, ogni fotone infrarosso che passa e viene convertito in un elettrone, riceve compagnia da un elettrone bonus, portando a un'efficienza del 200% o più", ha detto Ollearo (foto sopra).
La Eindhoven University of Technology ha collaborato con l'organizzazione di ricerca olandese TNO presso l'Holst Centre.
Le loro scoperte sono pubblicate come "Sorveglianza della vitalità a distanza utilizzando fotodiodi 2 a banda stretta simili a tandem a film sottile nel vicino infrarosso con reattività alla luce" in Science Advances.
Questo documento scritto in modo chiaro può essere letto gratuitamente e include ampie descrizioni del dispositivo e degli esperimenti medici non intrusivi.