Este sensor de luz 'Harry Potter' atinge mag

Usando luz verde e uma célula de camada dupla, Riccardo Ollearo, da Universidade de Tecnologia de Eindhoven, criou um fotodiodo com uma sensibilidade com a qual muitos podem apenas sonhar.

Universidade de Tecnologia de Eindhoven

imagem: Detalhes do fotodiodo usado no cenário experimental.Veja mais

Crédito: TU/e ​​| Bart van Overbeeke

Usando luz verde e uma célula de camada dupla, o pesquisador PhD Riccardo Ollearo criou um fotodiodo que tem uma sensibilidade com a qual muitos podem apenas sonhar.

Painéis solares com várias células empilhadas estão quebrando recordes. Notavelmente, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Eindhoven e TNO no Holst Center conseguiram fazer fotodiodos - com base em uma tecnologia semelhante - com um rendimento de fotoelétrons de mais de 200%. Você pensaria que eficiências de mais de 100 por cento só são possíveis usando alquimia e outras feitiçarias semelhantes a Harry Potter. Mas isto pode ser feito. A resposta está no mundo mágico da eficiência quântica e das células solares empilhadas. René Janssen, professor da Universidade de Tecnologia de Eindhoven e co-autor de um novo artigo da Science Advances, explica. "Eu sei, parece incrível. Mas não estamos falando aqui de eficiência energética normal. O que conta no mundo dos fotodiodos é a eficiência quântica. Em vez da quantidade total de energia solar, ele conta o número de fótons que o diodo converte em elétrons. Eu sempre comparo com os dias em que ainda tínhamos florins e liras. Se um turista da Holanda recebesse apenas 100 liras por seus 100 florins durante suas férias na Itália, eles poderiam se sentir um pouco enganados. Mas porque em termos quânticos, cada florim conta como uma lira, eles ainda alcançaram uma eficiência de 100 por cento. Isso também vale para fotodiodos: quanto melhor, melhor o diodo é capaz de detectar sinais de luz fracos, maior sua eficiência."

corrente escura Fotodiodos são dispositivos semicondutores sensíveis à luz que produzem uma corrente quando absorvem fótons de uma fonte de luz. Eles são usados ​​como sensores em uma variedade de aplicações, incluindo fins médicos, monitoramento vestível, comunicação de luz, sistemas de vigilância e visão de máquina. Em todos esses domínios, a alta sensibilidade é fundamental.

Para que um fotodiodo funcione corretamente, ele deve atender a duas condições. Em primeiro lugar, deve-se minimizar a corrente que é gerada na ausência de luz, a chamada corrente escura. Quanto menos corrente escura, mais sensível o diodo. Em segundo lugar, deve ser capaz de distinguir o nível de luz de fundo (o 'ruído') da luz infravermelha relevante. Infelizmente, essas duas coisas geralmente não andam juntas, pelo contrário.

Tandem Quatro anos atrás, Riccardo Ollearo, um dos alunos de doutorado de Janssen e principal autor do artigo, começou a resolver esse enigma. Em sua pesquisa ele uniu forças com a equipe de fotodetectores trabalhando no Holst Centre, um instituto de pesquisa especializado em tecnologias de sensores sem fio e impressos, Ollearo construiu o chamado diodo tandem, um dispositivo que combina perovskita e células fotovoltaicas orgânicas.

Combinando essas duas camadas – uma técnica também cada vez mais utilizada em células solares de última geração – ele conseguiu otimizar ambas as condições, atingindo uma eficiência de 70%.

"Impressionante, mas não o suficiente", diz o ambicioso jovem pesquisador da Itália. "Decidi ver se poderia aumentar ainda mais a eficiência com a ajuda da luz verde. Eu sabia de pesquisas anteriores que iluminar células solares com luz adicional pode modificar sua eficiência quântica e, em alguns casos, melhorá-la. Para minha surpresa, isso funcionou ainda melhor do que o esperado para melhorar a sensibilidade do fotodiodo. Conseguimos aumentar a eficiência da luz infravermelha para mais de 200 por cento!"

Mistério Até este ponto, os pesquisadores ainda não sabem exatamente como isso funciona, embora tenham apresentado uma teoria que possa explicar o efeito. Essa camada funciona como um reservatório de cargas que são liberadas quando os fótons infravermelhos são absorvidos na camada orgânica", diz Ollearo. "Em outras palavras, todo fóton infravermelho que passa e é convertido em um elétron recebe a companhia de um elétron bônus, levando a uma eficiência de 200% ou mais. Pense nisso como ganhar duas liras por seu florim, em vez de uma !"