每日熱文：哈利·波特的“魔法”成為現(xiàn)實(shí)，這一研究將光傳感器效率提升超200%！

遠(yuǎn)程測(cè)量心率和呼吸頻率等生命體征參數(shù)是以無創(chuàng)方式監(jiān)測(cè)個(gè)人健康的重要體現(xiàn)，這可以通過大視野、易集成的非侵入式傳感器實(shí)現(xiàn)，例如大面積薄膜光電二極管，然而，遠(yuǎn)距離將微弱的光信號(hào)與背景干擾區(qū)分開來需要出色的近紅外靈敏度和光學(xué)噪聲容限。

人們一般認(rèn)為，超過100%的效率只有使用“哈利·波特”的魔法才會(huì)實(shí)現(xiàn)。而近日，荷蘭埃因霍溫科技大學(xué)和霍爾斯特中心的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)使用綠光和雙層電池設(shè)計(jì)出一種光電二極管，其光電子產(chǎn)生率超過了200%。

(資料圖)

研究人員解釋稱，這聽起來不可思議，但在光電二極管領(lǐng)域，重要的是量子效率。它計(jì)算的不是太陽能總量，而是二極管轉(zhuǎn)換為電子的光子數(shù)。

光電二極管要正常工作，必須滿足兩個(gè)條件：首先應(yīng)該盡量減少在沒有光的情況下產(chǎn)生的電流，即所謂的暗電流，暗電流越小，二極管越靈敏；其次，它應(yīng)該有從紅外光中區(qū)分出背景光（噪音）的水平。不幸的是，這兩件事通常不會(huì)同時(shí)發(fā)生。

研究團(tuán)隊(duì)為此創(chuàng)造了一種串聯(lián)二極管，這是一種結(jié)合了鈣鈦礦和有機(jī)光伏電池的裝置，這兩層技術(shù)的使用讓其達(dá)到70%的效率。然后，研究團(tuán)隊(duì)借助綠光來進(jìn)一步提高效率。

之前研究發(fā)現(xiàn)，用額外的光照射太陽能電池可改變其量子效率，最新研究表明，這在提高光電二極管靈敏度方面的效果甚至比預(yù)期的還要好，近紅外光的效率提高到200%以上。

研究人員解釋說，額外的綠光會(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦層中的電子積聚。當(dāng)紅外光子被有機(jī)層吸收時(shí)，它就像電荷庫一樣釋放出來。換句話說，每一個(gè)紅外光子通過并轉(zhuǎn)化為電子，都會(huì)得到額外電子的陪伴，從而使效率達(dá)到200%或更高。

團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試了光電二極管。二極管被放在距離手指130厘米的地方，研究人員能夠檢測(cè)到反射回二極管的紅外光量的微小變化。這些變化能正確反映一個(gè)人靜脈血壓的變化，因此也指示了心率。當(dāng)將二極管指向人的胸部時(shí)，還能夠測(cè)量胸部輕微運(yùn)動(dòng)時(shí)的呼吸頻率。

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參考論文：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf9861

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標(biāo)簽： 哈利·波特 光傳感器