ทีมดัตช์พัฒนาโฟโตไดโอดที่มีประสิทธิภาพ 200 เปอร์เซ็นต์

เมื่อเร็ว ๆ นี้ กลุ่มนักวิจัยจาก Eindhoven University of Technology ("TU/e") และ Holst Center ซึ่งเป็นบริษัทในเครือของ TNO ในเนเธอร์แลนด์ ได้พัฒนาโฟโตไดโอดที่มีความไวทำลายสถิติและอัตราเอาต์พุตโฟโตอิเล็กตรอนมากกว่า 200 เปอร์เซ็นต์ ใช้แสงสีเขียวและการออกแบบแบตเตอรี่สองชั้น ผลลัพธ์ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แผงโซลาร์เซลล์ที่มีสแต็กเซลล์หลายตัวได้สร้างสถิติด้านเอาต์พุตและประสิทธิภาพการแปลงอยู่บ่อยครั้ง Riccardo Ollearo นักวิจัยระดับปริญญาเอกที่ Eindhoven University of Technology ในเนเธอร์แลนด์ ชี้ให้เห็นว่าโฟโตอิเล็กตรอนที่ส่งออก 200 เปอร์เซ็นต์ดังกล่าวข้างต้นไม่ได้หมายถึงประสิทธิภาพการใช้พลังงานตามปกติ ในโลกของโฟโตไดโอด ประสิทธิภาพควอนตัมมีความสำคัญ แทนที่จะนับจำนวนพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมด จะนับจำนวนโฟตอนที่ไดโอดเปลี่ยนเป็นอิเล็กตรอน
เพื่อให้โฟโตไดโอดทำงานได้อย่างถูกต้อง ต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขสองประการ ประการแรก ควรลดจำนวนกระแสไฟที่สร้างขึ้นในกรณีที่ไม่มีแสง ซึ่งเรียกว่ากระแสมืด และยิ่งกระแสไฟฟ้ามืดน้อยลง ไดโอดยิ่งมีความไวมากขึ้น ประการที่สอง ควรแยกแยะระดับเสียงรบกวนเบื้องหลังจากแสงอินฟราเรดที่เกี่ยวข้องได้ น่าเสียดายที่ทั้งสองสิ่งนี้มักไม่เกิดขึ้นพร้อมกัน
Holst Center เป็นสถาบันวิจัยที่เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ไร้สายและการพิมพ์ ในการทำงานร่วมกันข้างต้น Riccardo Ollearo ได้ทำงานร่วมกับทีมเครื่องตรวจจับแสงของ Holst Center เพื่อสร้างไดโอดแบบเรียงตาม
อุปกรณ์ไดโอดควบคู่นี้รวมเซลล์แสงอาทิตย์แบบชาลโคเจนไนด์และเซลล์แสงอาทิตย์แบบอินทรีย์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งมีประสิทธิภาพถึง 70 เปอร์เซ็นต์ ต่อมาพวกเขาใช้แสงสีเขียวเป็นตัวช่วย และในที่สุดก็เพิ่มประสิทธิภาพของแสงอินฟราเรดย่านใกล้เป็นมากกว่า 200 เปอร์เซ็นต์
นักวิจัยวิเคราะห์ว่าสาเหตุหลักมาจากแสงสีเขียวที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดการสะสมของอิเล็กตรอนในชั้นชาลโคเจนไนด์ สิ่งนี้ทำหน้าที่เป็นแหล่งเก็บประจุที่ปล่อยออกมาเมื่อโฟตอนอินฟราเรดถูกดูดซับโดยชั้นสารอินทรีย์ กล่าวคือ สำหรับโฟตอนอินฟราเรดทุกตัวที่ผ่านและถูกแปลงเป็นอิเล็กตรอน โฟตอนอินฟราเรดจะได้รับอิเลคตรอนเพิ่มเติมซึ่งส่งผลให้มีประสิทธิภาพ ร้อยละ 200 ขึ้นไป
ทีมงานได้ทดสอบอุปกรณ์โฟโตไดโอดที่ใช้ควบคู่กันข้างต้น และแสดงให้เห็นว่าเหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่มีความยืดหยุ่นในห้องปฏิบัติการ โดยสามารถจับสัญญาณที่ละเอียดอ่อน เช่น หัวใจหรืออัตราการหายใจของมนุษย์ ในสภาพแวดล้อมที่มีแสงพื้นหลังที่สมจริง นักวิจัยวางอุปกรณ์ห่างจากนิ้ว 130 เซนติเมตร และสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ของปริมาณแสงอินฟราเรดที่สะท้อนกลับไปยังไดโอดได้
นักวิจัยต้องการดูว่าสามารถปรับปรุงอุปกรณ์ต่อไปได้หรือไม่ และสำรวจว่าอุปกรณ์สามารถทดสอบทางคลินิกได้หรือไม่ เช่น ทำให้เร็วขึ้น เป็นที่ทราบกันดีว่าโครงการ "FORSEE" ที่นำโดยนักวิจัย TU/e ​​Sveta Zinger กำลังทำงานร่วมกับโรงพยาบาล Catharina ในเมือง Eindhoven เพื่อพัฒนากล้องอัจฉริยะที่สามารถสังเกตอัตราการเต้นของหัวใจและการหายใจของผู้ป่วยได้