O kulisach swojej pracy piszą na łamach Science Advances. Dzięki publikacji dowiadujemy się, jak członkom zespołu złożonego z przedstawicieli TNO oraz Politechniki w Eindhoven udało się stworzyć fotodiody oparte na technologii, która jest również wykorzystywana w przypadku paneli słonecznych.
Czytaj też: Ten czujnik jest cieńszy niż myślisz. Wiemy, jak powstał
Jakim cudem przekroczyli 200 procent wydajności? Wszystko za sprawą możliwości, jakie oferuje świat kwantowy oraz ogniwa słoneczne układane w stosach. Naukowcy podkreślają, że wśród zastosowań współczesnych czujników można wymienić na przykład zdalne pomiary parametrów życiowych, choćby związanych z pracą płuc i serca. Zdecydowanym ułatwieniem w wykonywaniu tego typu badań są cienkowarstwowe fotodiody o dużej powierzchni.
Jeden z autorów, René Janssen, zauważa, że w świecie fotodiod liczy się efektywność kwantowa. Nie bierze się więc pod uwagę całkowitej ilości energii słonecznej, lecz ilość fotonów, które dioda zamienia na elektrony. W praktyce oznacza to, że im lepiej dioda radzi sobie z wykrywaniem słabych sygnałów świetlnych, tym wyższa jest jej sprawność.
Tego typu czujniki mogą być wykorzystywane na przykład do mierzenia pracy serca
Aby takie urządzenie działało w oczekiwany sposób, muszą być spełnione dwa warunki. Do szczęścia potrzeba ograniczania ilości prądu generowanego przy braku światła, zwanego również prądem ciemnym. Takowy przepływa przez fotoogniwo przy braku oświetlenia. Im niższy jest ten parametr, tym wyższa czułość diody. Poza tym czujnik musi być w stanie odróżnić stężenie szumu w postaci światła tła od właściwego światła podczerwonego.
Problem polegał na tym, że nawet jeśli udawało się osiągnąć jeden cel, to dwa jednocześnie okazywały się zbyt wielkim wyzwaniem. Przełomowa miała się okazać dioda tandemowa, która łączy zarówno perowskitowe, jak i organiczne ogniwa fotowoltaiczne. Inspirując się tym rozwiązaniem, inżynierowie z Holandii zwiększyli wydajność dla światła bliskiej podczerwieni do ponad 200%.
Dzięki wąskopasmowej wydajności kwantowej, która może przekroczyć 200% przy 850 nm i wewnętrznemu filtrowaniu innych długości fal w celu ograniczenia szumu optycznego, urządzenie wykazuje większą tolerancję na światło tła niż optycznie filtrowane czujniki oparte na krzemie. Demonstrujemy jego potencjał w zdalnym monitorowaniu poprzez pomiar tętna i częstości oddechu z odległości do 130 cm w odbiciu. wyjaśniają w swoim artykule
Czytaj też: Perowskity jeszcze wydajniejsze. Krzem pójdzie w odstawkę?
Początkowo wydajność wyniosła “zaledwie” 70 procent, lecz stało się jasne, iż sam pomysł jest trafny. Za sprawą dalszych usprawnień naukowcy stworzyli diodę 100-krotnie cieńszą od arkusza papieru. Jak się okazało, urządzenie wykrywało nawet niewielkie zmiany dotyczące ilości światła podczerwonego, co umożliwiało mierzenie zmian ciśnienia krwi oraz tempo oddychania. W ramach dalszych eksperymentów członkowie zespołu będą chcieli przyspieszyć działanie czujnika, choć już teraz widać, jak ogromny potencjał drzemie w tego typu rozwiązaniach.
