Forschung, die gerade in Science Advances veröffentlicht wurde (Ich verlinke es dir hier) zeigt einen unglaublichen Sprung nach vorne auf dem Gebiet der Sensorik. Groß genug, um Sie verblüfft zurückzulassen. Tatsächlich präsentiert das Dokument einen Lichtsensor, eine Fotodiode, die Licht in ein elektrisches Signal umwandeln kann mit einem unglaublichen Wirkungsgrad von 200 %.
Ja, Sie haben richtig verstanden: Das auf Quantenphysik basierende Gerät würde mehr Energie produzieren als es aufnimmt. Rümpfen Sie nicht die Nase, ich habe es bereits getan: Und doch ist die Studie da.
Und es könnte eines Tages zu Gesundheitsüberwachungssystemen führen, die keinen Strom benötigen, oder wer weiß was noch: aber gehen wir Schritt für Schritt vor.
Funktionsweise einer Fotodiode
Wenn von Fotodioden die Rede ist, bezieht sich die Effizienz auf Anzahl von Lichtteilchen, die in elektrische Signale umgewandelt werden können. Aber es gibt noch einen spezifischeren Aspekt, den Wissenschaftler berücksichtigen: die Ausbeute an Photoelektronen. Zusammengefasst ist dies die Anzahl der Elektronen, die durch Photonen erzeugt werden, die auf den Lichtsensor treffen.
Diese Art der Ausbeute wird durch die sogenannte Quanteneffizienz bestimmt, also die Fähigkeit eines Materials, auf fundamentaler Ebene ladungstragende Teilchen zu erzeugen. „Was in der Welt der Fotodioden zählt, ist die Quanteneffizienz“, bestätigt er René Janssen, Chemieingenieur an der Universität Eindhoven. „Statt der gesamten Sonnenenergie zählt die Anzahl der Photonen, die die Diode in Elektronen umwandelt.“ Genau diese Quanteneffizienz bestimmt die Ausbeute der Photoelektronen und damit die Wirksamkeit der Photodiode.
Ein rekordverdächtiger Lichtsensor
Das Forschungsteam begann die Studie mit dem Zusammenbau eines Geräts, das zwei Arten von Solarzellen kombiniert: Perowskit-Zellen und organische Zellen. Das Ergebnis war eine anfängliche, überraschende Quanteneffizienz von 70 %: Die bereits sehr ermutigende Ausgangslage veranlasste die Forscher, weiter zu gehen und ein zusätzliches grünes Licht einzuführen, um zu versuchen, die Leistung des Geräts weiter zu verbessern.
Und es scheint ihnen gelungen zu sein: Tatsächlich hat das Gerät alle Erwartungen übertroffen. Die Quanteneffizienz der Fotodiode wurde auf 200 % erhöht, und obwohl noch nicht ganz klar ist, warum es zu dieser Steigerung kam, haben die Forscher einige Hypothesen.
Wenn Photonen auf das Fotodiodenmaterial treffen, werden die Elektronen angeregt und wandern, wodurch eine Ladungsbildung entsteht, die in elektrischen Strom umgewandelt werden kann.
„Wir gehen davon aus, dass die Einführung von grünem Licht Elektronen auf die Perowskitschicht freisetzen könnte.“ Würfel der Chemieingenieur Riccardo Ollearo, von der Technischen Universität Eindhoven, gehört zu den Autoren der Studie. „Diese Elektronen werden dann erst dann in Strom umgewandelt, wenn die Photonen auf eine andere Schicht treffen.“
Mit anderen Worten: Jedes Mal, wenn ein Infrarotphoton in ein Elektron umgewandelt wird, erhält es die „Gesellschaft“ eines „Bonus“-Elektrons, und dies würde den unglaublichen Wirkungsgrad von 200 % (und möglicherweise höher) erklären.
„Unmöglicher“ Lichtsensor: Warum er wirklich wichtig sein kann
Es sind noch viele Fragen zu beantworten und die Forschung geht weiter, kann aber mittelfristig zu spannenden Entwicklungen für die Zukunft der sauberen Energie führen.
In naher Zukunft könnten sich die positiven Auswirkungen dieser Technologie ergeben im diagnostischen Bereich. Ein solch effizienter Lichtsensor könnte selbst kleinste Lichtveränderungen auf größere Entfernungen erkennen und eignet sich daher besonders gut für die Messung von Herzfrequenz und Blutdruck.
Das Forschungsteam nutzte diese superdünne Fotodiode (hundertmal dünner als ein Blatt Zeitungspapier), um Veränderungen im Infrarotlicht zu messen, das von einem Finger aus einer Entfernung von mehr als einem Meter reflektiert wird. Von dort aus können Sie einige Dinge messen.
In der Zukunft
Eine solche Technologie kann es einer Person ermöglichen, ihren Vitalstatus aus der Ferne zu erfahren, ohne Geräte zu tragen.
Parameter wie Blutdruck, Herzfrequenz und Atemfrequenz können berührungslos beobachtet werden. Auch nicht mit einer Smartwatch. Dies kann einfach erfolgen, indem Sie sich in Reichweite eines Geräts befinden, das auf einem Lichtsensor wie diesem basiert.
Man kann tatsächlich sagen, dass „alles erleuchtet“ ist.
