Este sensor de luz 'Harry Potter' atinge uma eficiência magicamente alta de 200%

17 de fevereiro de 2023

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pela Universidade de Tecnologia de Eindhoven

Usando luz verde e uma célula de camada dupla, Ph.D. o pesquisador 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% só são possíveis usando alquimia e outras magias 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, isso 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 isso 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%. Isso também vale para fotodiodos: quanto melhor o diodo for capaz de detectar sinais de luz fracos, maior será sua eficiência."

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 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.

Quatro anos atrás, Riccardo Ollearo, um dos Ph.D. da Janssen. alunos e principal autor do artigo, começaram a resolver esse enigma. Em sua pesquisa uniu forças com a equipe de fotodetectores trabalhando no Holst Center, 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.