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

人們一般認為，超過100%的效率只有使用“哈利·波特”的魔法才會實現(xiàn)。而近日，荷蘭埃因霍溫科技大學和霍爾斯特中心的一個研究團隊使用綠光和雙層電池設計出一種光電二極管，其光電子產生率超過了200%。

(資料圖)

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

光電二極管要正常工作，必須滿足兩個條件：首先應該盡量減少在沒有光的情況下產生的電流，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，這兩件事通常不會同時發(fā)生。

研究團隊為此創(chuàng)造了一種串聯(lián)二極管，這是一種結合了鈣鈦礦和有機光伏電池的裝置，這兩層技術的使用讓其達到70%的效率。然后，研究團隊借助綠光來進一步提高效率。

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，額外的綠光會導致鈣鈦礦層中的電子積聚。當紅外光子被有機層吸收時，它就像電荷庫一樣釋放出來。換句話說，每一個紅外光子通過并轉化為電子，都會得到額外電子的陪伴，從而使效率達到200%或更高。

團隊在實驗室測試了光電二極管。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人靜脈血壓的變化，因此也指示了心率。當將二極管指向人的胸部時，還能夠測量胸部輕微運動時的呼吸頻率。

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參考論文：

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

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標簽： 哈利·波特 光傳感器