不可思议：开发出了转化效率达到200%的光电二极管

科学家们制造了一种传感器，它能以惊人的 200% 的效率将光转换为电信号——一个看似不可能的数字，但却通过量子物理学的奇异性实现了。

它本质是一种高灵敏的光电二极管，负责团队表示，它可用于监测人的生命体征(包括心跳或呼吸率)，而无需物理介入，甚至不需要连接身体。

光电二极管效率通常为它可以转换为电信号的可用光粒子的数量。 在这里，科学家们谈论的是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取决于其量子效应——材料在基本水平上产生带电粒子的基本能力，而不是电功率。

荷兰埃因霍温科技大学的化学工程师 Rene Janssen 说：“这听起来令人难以置信，但是，我们在这里谈论的不是正常的能源效率。在光电二极管的世界里，重要的是量子效率。它计算的不是太阳能的总量，而是二极管转换成电子的光子数量。”

作为起点，该团队搞出了一种结合两种类型的太阳能电池板电池(钙钛矿和有机)的设备。 通过堆叠电池，一层漏掉的光被另一层吸收，研究人员实现了 70% 的量子效率。

为了推高这个数字，进行迭代优化，以提高其过滤不同类型光的能力。这将光电二极管的量子效率推高了200%，尽管现阶段尚不清楚为什么会出现这种提升。

关键处可能在于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。 研究人员假设，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。

埃因霍温科技大学的化学工程师 Riccardo Ollearo 说：“我们认为额外的绿光会导致钙钛矿层中电子的积累。当红外光子被吸收到有机层中时，这就像电荷库一样释放出来。换句话说，每一个通过并转化为电子的红外光子，都会得到额外电子的陪伴，从而使效率达到 200% 或更高。”

更高效的光电二极管也是更灵敏的光电二极管——能够从更远的距离观察光线的微小变化。

使用比一张报纸薄一百倍的超薄光电二极管，研究人员测量了从 130 厘米的距离处从手指反射回来的红外光的微小变化。这被证明可以匹配血压和心率，就像智能手表传感器一样。

通过类似的设置，该团队测量了轻微胸部运动的呼吸率。 如果这项技术能够从实验室阶段成功开发出来，那么这里就有可能用于各种监测和医疗目的。

“我们想看看是否可进一步改进，例如让它更快，”Janssen 说， “我们还想探索我们是否可以对该设备进行临床测试。”

该研究已发表在《科学进展》上。

https://www.sciencealert.com/engineers-create-an-impossible-light-sensor-with-an-efficiency-of-200