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 einer unglaublichen Effizienz von 200%.
Ja, Sie haben es richtig verstanden: Das auf Quantenphysik basierende Gerät würde mehr Energie erzeugen, als es aufnimmt. Nicht die Nase rümpfen, ich habe es schon getan: doch das Arbeitszimmer ist 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 man von Fotodioden spricht, bezieht sich der Wirkungsgrad auf Anzahl von Lichtteilchen, die in elektrische Signale umgewandelt werden können. Aber es gibt einen spezifischeren Aspekt, den Wissenschaftler berücksichtigen: die Ausbeute an Photoelektronen. Zusammenfassend die Anzahl der Elektronen, die von 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. "Zählen Sie statt der Gesamtmenge an Sonnenenergie die Anzahl der Photonen, die die Diode in Elektronen umwandelt." Genau diese Quanteneffizienz bestimmt die Ausbeute der Photoelektronen und damit die Effektivität 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 übertraf das Gerät alle Erwartungen. Die Quanteneffizienz der Fotodiode wurde auf 200 % erhöht, und obwohl noch nicht vollständig verstanden ist, warum dieser Anstieg aufgetreten ist, 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 vermuten, dass die Einführung von grünem Licht Elektronen auf der Perowskit-Schicht freisetzen kann“, Würfel der Chemieingenieur Riccardo Ollearo, von der Technischen Universität Eindhoven, einer der Autoren der Studie. "Diese Elektronen werden dann erst in Strom umgewandelt, wenn die Photonen auf eine andere Schicht treffen."
Mit anderen Worten, jedes Mal, wenn ein Infrarotphoton in ein Elektron umgewandelt wird, würde es die „Gesellschaft“ eines „Bonus“-Elektrons erhalten, und dies würde die unglaubliche Effizienz von 200 % (und möglicherweise höher) erklären.
„Unmöglicher“ Lichtsensor: weil er wirklich wichtig sein kann
Es sind noch viele Fragen zu beantworten und die Forschung geht weiter, kann aber mittelfristig auch zu spannenden Entwicklungen für die Zukunft der sauberen Energie führen.
In naher Zukunft können die positiven Auswirkungen dieser Technologie diejenigen sein 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.
Mit dieser superdünnen Fotodiode (XNUMX-mal dünner als ein Zeitungsblatt) misst das Forscherteam aus mehr als einem Meter Entfernung die Veränderungen des von einem Finger reflektierten Infrarotlichts. Da kann man einiges 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.
Es ist angemessen zu sagen, dass "alles beleuchtet ist".
