科学家们制造出一种传感器，能够以惊人的 200% 效率将光转换为电信号？ 一个看似不可能的数字，却是通过量子物理学的怪异而实现的。
这就是被称为光电二极管的设备的灵敏度，负责其创新的团队表示，它有可能用于监测人的生命体征（包括心跳或呼吸频率）的技术，而无需插入任何东西，甚至不需要将任何东西连接到设备上。身体。
光电二极管的效率通常用它可以转换成电信号的可用光粒子的数量来衡量。 在这里，科学家们正在讨论一些密切相关但更具体的东西：光电子产率，或光子撞击传感器产生的电子数量。
光电二极管的光电子产率由其量子效率 ? 材料在基本水平上产生带电粒子的基本能力，而不是产生的电量。
“这听起来令人难以置信，但是，我们这里讨论的不是正常的能源效率，”说来自荷兰埃因霍温理工大学的化学工程师 Rene Janssen。
“在光电二极管的世界中，重要的是量子效率。它计算的是二极管转换成电子的光子数量，而不是太阳能总量。”
作为起点，该团队研究了一种结合了钙钛矿和有机两种太阳能电池板电池的设备。 通过堆叠电池，使一层错过的光被另一层接收，研究人员实现了 70% 的量子效率。
为了推高这一数字，引入了额外的绿灯。 该传感器还经过优化，提高了过滤不同类型光的能力，并对无光做出响应。 这使得光电二极管的量子效率超过了 200%，尽管现阶段尚不清楚为何会出现这种提升。
关键可能是光电二极管产生电流的方式。 光子激发光电二极管材料中的电子，导致它们迁移并产生电荷积聚。 研究人员推测，绿光可能会在一层上释放电子，只有当光子撞击另一层时，电子才会转化为电流。
“我们认为额外的绿光会导致钙钛矿层中电子的积聚，”说来自埃因霍温科技大学的化学工程师 Riccardo Ollearo。 “这充当了当红外光子被有机层吸收时释放的电荷库。”
“换句话来说，每一个穿过并转化为电子的红外光子都会获得额外电子的陪伴，从而实现 200% 或更高的效率。”
更高效的光电二极管也是更灵敏的光电二极管？ 能够更好地从更远的距离观察光线的微小变化。 这让我们回到测量心跳和呼吸水平。
研究人员使用比一张报纸薄一百倍的超薄光电二极管，测量了从 130 厘米（51.2 英寸）距离处的手指反射回来的红外光的微小变化。 事实证明，这与血压和心率相匹配，就像智能手表传感器一样，但需要在桌子对面操作。
通过类似的设置，研究小组测量了轻微的胸部运动的呼吸速率。 如果该技术能够从实验室阶段成功开发出来，那么这里就有用于各种监测和医疗目的的潜力。
“我们想看看是否可以进一步改进该设备，例如使其更快，”说詹森。 “我们还想探索是否可以对该设备进行临床测试。”
该研究发表于科学进步。
