Universidade de Eindhoven Equipar fez um fotodiodo com ruído tão baixo (<10-6mA/cm2 corrente escura) e ampla faixa dinâmica (<150dB), que pode detectar opticamente um batimento cardíaco a uma distância de 1.3m.
O pesquisador da TU Eindhoven, Riccardo Ollearo, tendo o pulso em seu dedo medido remotamente por fotodiodo de película fina
Por meio de um inesperado efeito fotomultiplicador, ele pode atingir um rendimento de fotoelétrons acima de 200% a 850 nm.
“Eu sei, isso parece incrível”, disse o pesquisador do projeto, professor René Janssen, “mas não estamos falando sobre eficiência energética normal aqui. O que conta no mundo dos fotodiodos é a eficiência quântica, o número de fótons que o diodo converte em elétrons.”
Este não é um fotodiodo de silício, mas uma estrutura em tandem de filme fino com uma camada fotoativa de perovskita voltada para a luz que chega e uma mistura de semicondutores orgânicos doadores e aceitadores (uma heterojunção em massa) por trás dela.
A estrutura é projetada para ser opticamente autofiltrante, com o diodo frontal absorvendo comprimento de onda menor que ~ 650nm, bloqueando tudo, exceto o infravermelho próximo, de alcançar a heterojunção em massa de bandgap estreita traseira.
Para evitar que a célula frontal de perovskita contribua para a fotocorrente, entre as duas camadas fotossensíveis há uma camada eletricamente ativa opticamente inativa (feita de 'PFN-Br') que bloqueia seletivamente os elétrons gerados no filme de perovskita enquanto passa buracos da heterojunção em massa orgânica de banda estreita - tornando a célula sensível apenas aos comprimentos de onda mais longos.
No geral, a estrutura tem uma eficiência quântica externa (EQE) com pico de 70% a 850 nm (largura total na metade do máximo <100 nm).
No entanto, EQE, no que diz respeito ao infravermelho próximo, dispara para 220% se a célula também for iluminada com luz verde (60mW/cm2 a 540 nm).
Embora o mecanismo para esse ganho não seja comprovado, a equipe acredita que é devido à iluminação verde que faz com que os elétrons se reúnam no filme de perovskita, que são então bloqueados através da barreira PFN-Br quando buracos gerados por infravermelho próximo no o lado da junção orgânica a granel reduz temporariamente a energia da barreira.
“Em outras palavras, todo fóton infravermelho que passa e é convertido em um elétron recebe a companhia de um elétron bônus, levando a uma eficiência de 200% ou mais”, disse Ollearo (foto acima).
A Eindhoven University of Technology trabalhou com a organização de pesquisa holandesa TNO no Holst Centre.
Suas descobertas foram publicadas como 'Vitalityvigilance at distance using thin-film tandem-like near-infrared 2 photodiodes with light-enhanced responsivity' na Science Advances.
Este documento claramente escrito pode ser lido sem pagamento e inclui extensas descrições do dispositivo e dos experimentos médicos não intrusivos.