มหาวิทยาลัยไอนด์โฮเฟน เทคโนโลยี ได้สร้างโฟโตไดโอดที่มีสัญญาณรบกวนต่ำเช่นนี้ (<10-6มิลลิแอมป์/ซม2 กระแสมืด) และช่วงไดนามิกกว้าง (<150dB) ที่สามารถตรวจจับการเต้นของหัวใจด้วยแสงที่ระยะ 1.3 ม.
Riccardo Ollearo นักวิจัยแห่ง TU Eindhoven กำลังวัดชีพจรที่นิ้วของเขาจากระยะไกลด้วยโฟโตไดโอดฟิล์มบาง
ด้วยเอฟเฟ็กต์ตัวคูณภาพถ่ายที่คาดไม่ถึง ทำให้สามารถรับโฟโตอิเล็กตรอนได้สูงกว่า 200% ที่ 850 นาโนเมตร
“ฉันรู้ว่ามันฟังดูเหลือเชื่อ” ศาสตราจารย์ René Janssen นักวิจัยโครงการกล่าว “แต่เราไม่ได้พูดถึงประสิทธิภาพการใช้พลังงานตามปกติในที่นี้ สิ่งที่มีความสำคัญในโลกของโฟโตไดโอดคือประสิทธิภาพเชิงควอนตัม ซึ่งเป็นจำนวนโฟตอนที่ไดโอดแปลงเป็นอิเล็กตรอน”
นี่ไม่ใช่โฟโตไดโอดซิลิคอน แต่เป็นโครงสร้างแบบฟิล์มบางที่มีชั้นโฟโตแอคทีฟแบบ perovskite หันหน้าเข้าหาแสงที่เข้ามา และมีส่วนผสมของสารกึ่งตัวนำอินทรีย์และตัวรับ (เฮเทอโรจังก์ชันจำนวนมาก) อยู่เบื้องหลัง
โครงสร้างได้รับการออกแบบให้กรองตัวเองด้วยแสง โดยไดโอดด้านหน้าจะดูดซับความยาวคลื่นที่สั้นกว่า ~650 นาโนเมตร ปิดกั้นทุกอย่าง ยกเว้นช่วงใกล้อินฟราเรดไม่ให้ไปถึงจุดเชื่อมต่อเฮเทอโรจังก์ชั่นจำนวนมากในแถบแคบด้านหลัง
เพื่อป้องกันไม่ให้เซลล์เพอรอฟสไคต์ด้านหน้าส่งกระแสโฟโตเคอร์เรนซี ระหว่างชั้นที่ไวต่อแสงทั้งสองชั้นคือชั้นอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ใช้งานทางแสง (ทำจาก 'PFN-Br') ซึ่งจะบล็อกอิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นในฟิล์มเพอร์รอฟสไกต์ในขณะที่ผ่าน รูจากเฮเทอโรจังก์ชั่นกลุ่มอินทรีย์แถบแคบ - ทำให้เซลล์ไวต่อความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นเท่านั้น
โครงสร้างโดยรวมมีประสิทธิภาพควอนตัมภายนอก (EQE) สูงสุดที่ 70% ที่ 850 นาโนเมตร (เต็มความกว้างที่ครึ่งหนึ่งสูงสุด <100 นาโนเมตร)
อย่างไรก็ตาม เท่าที่เกี่ยวข้องกับ EQE ใกล้อินฟราเรด จะพุ่งเป็น 220% หากเซลล์ได้รับแสงสีเขียวด้วย (60mW/cm2 ที่ 540nm)
แม้ว่ากลไกในการได้รับนี้จะไม่ได้รับการพิสูจน์ แต่ทีมงานคิดว่าเกิดจากการส่องสว่างสีเขียวทำให้อิเล็กตรอนรวมตัวกันในฟิล์ม perovskite ซึ่งจะถูกกั้นผ่านสิ่งกีดขวาง PFN-Br เมื่อใกล้กับหลุมที่สร้างด้วยรังสีอินฟราเรดบน ด้านแยกกลุ่มสารอินทรีย์ลดพลังงานของสิ่งกีดขวางลงชั่วคราว
“กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ โฟตอนอินฟราเรดทุกตัวที่ผ่านเข้ามาและถูกแปลงเป็นอิเล็กตรอน จะได้รับความร่วมมือจากอิเล็กตรอนโบนัส ซึ่งนำไปสู่ประสิทธิภาพ 200 เปอร์เซ็นต์หรือมากกว่านั้น” Ollearo กล่าว (ภาพข้างบน).
Eindhoven University of Technology ทำงานร่วมกับองค์กรวิจัย TNO ของเนเธอร์แลนด์ที่ Holst Centre
การค้นพบของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์เป็น 'การเฝ้าระวังความมีชีวิตชีวาในระยะไกลโดยใช้โฟโตไดโอด 2 แถบแคบที่มีลักษณะคล้ายฟิล์มบางควบคู่กันใกล้อินฟราเรดพร้อมการตอบสนองที่เพิ่มขึ้นของแสง' ใน Science Advances
กระดาษที่เขียนอย่างชัดเจนนี้สามารถอ่านได้โดยไม่ต้องชำระเงิน รวมถึงคำอธิบายโดยละเอียดของอุปกรณ์และการทดลองทางการแพทย์ที่ไม่ล่วงล้ำ