Doktora araştırmacısı Riccardo Ollearo, yeşil ışık ve çift katmanlı bir hücre kullanarak birçok insanın sadece hayal edebileceği hassasiyete sahip bir fotodiyot geliştirdi.
Birçok yığılmış hücreli güneş paneli şu anda rekor kırıyor. Şaşırtıcı bir şekilde, TNO ve Eindhoven Teknoloji Üniversitesi’nden bir grup bilim insanı, %200’den fazla fotoelektron verimine sahip benzer bir teknolojiye dayanan fotodiyotlar yaratmış durumda. 100’den fazla verim elde etmenin simya ve diğer Harry Potter tarzı sihir gerektirdiğini düşünebilirsiniz. Ancak bu mümkün. Kuantum verimliliğinin ve katmanlı güneş pillerinin büyüsü çözümün anahtarını elinde tutuyor.
Yakın tarihli Science Advances yayınının ortak yazarı ve Eindhoven Teknoloji Üniversitesi’nde profesör olan René Janssen açıklıyor. “Bu inanılmaz görünüyor, biliyorum. Ancak bu standart enerji verimliliğiyle ilgili bir tartışma değil. Kuantum verimliliği fotodiyot alanında çok önemlidir. Güneş enerjisinin toplam miktarından ziyade diyotun elektronlara dönüştürdüğü fotonların sayısını sayar.
“Sık sık guilder ve liretin hala kullanımda olduğu zamanlarla karşılaştırmalar yapıyorum. Hollandalı bir gezgin İtalya’da tatildeyken 100 guldenine karşılık sadece 100 lira verilseydi kendini biraz aldatılmış hissedebilirdi. Bununla birlikte, kuantum teorisinde her bir gulden bir liraya eşdeğer olduğundan, yine de %100 verimlilik elde etmişlerdir.
Aynı durum fotodiyotlar için de geçerlidir: zayıf ışık sinyallerini ne kadar iyi tanıyabildiklerine bağlı olarak verimlilikleri artar.
Yarı iletken fotodiyot, bir ışık kaynağından fotonları emdiğinde bir akım üreten ışığa duyarlı bir cihazdır. Makine görüşü, giyilebilir izleme, ışık iletişimi ve tıbbi uygulamalar dahil olmak üzere bir dizi kullanım için sensör görevi görürler. Bu alanların her birinde yüksek hassasiyet esastır.
Bir fotodiyotun düzgün çalışabilmesi için iki gerekliliği yerine getirmesi gerekir. İlk olarak, ışık olmadığında üretilen ve karanlık akım olarak adlandırılan akımı azaltması gerekir. Karanlık akım ne kadar az olursa diyot o kadar hassas olur.
İkinci olarak, yararlı kızılötesi ışık ile arka plandaki ışık miktarı (“gürültü”) arasında ayrım yapabilmelidir. Ne yazık ki bu iki şey sıklıkla bir araya gelmiyor.
Janssen’in doktora öğrencilerinden biri olan ve makalenin baş yazarı olan Riccardo Ollearo, bu sorun üzerinde çalışmaya dört yıl önce başladı. Ollearo, araştırmasında kablosuz ve basılı sensör teknolojileri için bir mükemmeliyet merkezi olan Holst Center’daki fotodetektör ekibiyle işbirliği yaptı. Birlikte, hem perovskit hem de organik PV hücrelerini içeren bir alet olan tandem diyotu yarattılar.
Son teknoloji güneş pillerinde de giderek daha fazla kullanılan bir yöntem olan bu iki katmanı birleştirerek her iki koşulu da optimize etmeyi ve %70’lik bir verimlilik elde etmeyi başardı.
İstekli genç İtalyan araştırmacı, “Etkileyici ama yeterli değil” diyor. “Verimliliği daha da arttırıp arttıramayacağımı görmek için yeşil ışık kullanmaya karar verdim. Daha fazla ışık eklemenin güneş pillerinin kuantum verimliliğini değiştirebileceğini ve zaman zaman iyileştirebileceğini geçmiş çalışmalardan biliyordum. Şaşırtıcı bir şekilde bu, fotodiyot hassasiyetini beklediğimden çok daha iyi bir şekilde artırdı. Yakın kızılötesi ışığın verimliliği %200’den fazla arttı.”
Bu etkiyi açıklayabilecek bir teori geliştirmiş olsalar da, araştırmacılar şu anda bu fenomenin nasıl işlediğinden hala emin değiller.
“Hipotezimize göre, ekstra yeşil ışık perovskit tabakasında elektron birikmesine neden oluyor. Kızılötesi fotonlar organik katmanda emildikçe, bu boşaltılan yüklerin bir rezervuarı olarak hizmet eder, “diyor Ollearo “Başka bir deyişle, geçen ve bir elektrona dönüşen her kızılötesi foton, onlara katılmak için bir bonus elektrona sahiptir ve bu da en az% 200’lük bir verimlilikle sonuçlanır. Bir gulden karşılığında bir yerine iki lira aldığınızı düşünün.”
Esnek elektroniklerde kullanılabilen ve bir gazete sayfasından yüz kat daha ince olan fotodiyot, araştırmacı tarafından laboratuvarda test edildi. “Gerçekçi arka plan ışığı olan bir ortamda, cihazın bir kişinin kalbi veya solunum hızı gibi hassas sinyalleri tespit etme yeteneğini test etmek istedik. Güneşli bir günde içeride olduğumuz ve perdelerin bir kısmının çekili olduğu bir ortam seçtik. Ve başarılı oldu!”
Araştırmacılar, aleti bir parmaktan 130 cm uzakta tutarken diyota geri yansıyan kızılötesi ışık miktarındaki küçük değişimleri ölçebildiler. Bu ayarlamalar, venöz kan basıncındaki değişimlerin güvenilir bir göstergesi olduğunu kanıtladı ve bu da kalp atış hızını ortaya çıkardı. Solunum hızı, makinenin deneğin göğsüne doğrultulduğunda göğüs kafesindeki hafif hareketleri tespit etme kabiliyetiyle belirlenebildi.
Ollearo’nun çalışması, makalenin Science Advances’da yayınlanmasıyla neredeyse tamamlandı. Ollearo 21 Nisan’da tezini savunacak. O zaman araştırma sona mı eriyor?
“Kesinlikle hayır, hayır. Cihazı daha da iyi hale getirip getiremeyeceğimizi, örneğin daha hızlı hale getirip getiremeyeceğimizi görmek istiyoruz,” diye onaylıyor Janssen. “Ayrıca cihazı klinik bir ortamda, belki de FORSEE projesiyle birlikte çalışarak test edip edemeyeceğimizi görmek istiyoruz.”
TU/e’de araştırmacı olan Sveta Zinger, bir hastanın kalp ve solunum hızlarını izleyebilen akıllı bir kamera oluşturmak için Eindhoven’daki Catharina Hastanesi ile birlikte çalışan FORSEE projesine liderlik ediyor.
Kaynak: techxplore
