이 '해리포터' 광 센서는 자기장을 달성합니다.

아인트호벤 공과대학의 Riccardo Ollearo는 녹색광과 이중층 셀을 사용하여 많은 사람들이 꿈꿀 수 있는 감도를 가진 포토다이오드를 개발했습니다.

아인트호벤 공과대학교

이미지: 실험 설정에 사용된 포토다이오드의 세부 정보입니다.더보기

출처: TU/e ​​​​| 바트 반 오버비케

박사 연구원인 Riccardo Ollearo는 녹색광과 이중층 전지를 사용하여 많은 사람들이 꿈꿀 수 있는 감도를 가진 포토다이오드를 개발했습니다.

여러 개의 셀이 적층된 태양광 패널은 현재 기록을 깨고 있습니다. 놀랍게도, 아인트호벤 공과대학과 홀스트 센터의 TNO 연구팀은 이제 유사한 기술을 기반으로 광전자 수율이 200%가 넘는 포토다이오드를 만드는 데 성공했습니다. 100% 이상의 효율성은 연금술이나 해리포터와 같은 마법을 통해서만 가능하다고 생각할 것입니다. 하지만 그것은 가능합니다. 그 답은 양자 효율과 적층형 태양전지의 마법의 세계에 있습니다. Eindhoven University of Technology의 교수이자 새로운 Science Advances 논문의 공동 저자인 René Janssen이 설명합니다. "알아요, 이게 믿을 수 없을 만큼 들린다는 걸 알아요. 하지만 여기서는 일반적인 에너지 효율에 대해 이야기하는 것이 아닙니다. 포토다이오드의 세계에서 중요한 것은 양자 효율입니다. 태양 에너지의 총량 대신 다이오드가 방출하는 광자의 수를 계산합니다. 저는 항상 길더와 리라가 있던 시절과 비교합니다. 네덜란드에서 온 관광객이 이탈리아에서 휴가를 보내는 동안 100길더에 대해 100리라만 받았다면 조금 부족하다고 느꼈을 것입니다. 양자 용어로 말하면 모든 길더는 1리라로 계산되지만 여전히 100%의 효율을 달성했습니다. 이는 포토다이오드에도 적용됩니다. 다이오드가 약한 광 신호를 더 잘 감지할 수 있을수록 효율은 더 높아집니다."

암전류 포토다이오드는 광원에서 광자를 흡수할 때 전류를 생성하는 감광성 반도체 장치입니다. 의료 목적, 웨어러블 모니터링, 광 통신, 감시 시스템 및 머신 비전을 포함한 다양한 응용 분야에서 센서로 사용됩니다. 이러한 모든 영역에서는 높은 감도가 핵심입니다.

포토다이오드가 올바르게 작동하려면 두 가지 조건을 충족해야 합니다. 첫째, 빛이 없을 때 발생하는 전류, 소위 암전류를 최소화해야 한다. 암전류가 적을수록 다이오드는 더 민감해집니다. 둘째, 관련 적외선으로부터 배경광('잡음')의 수준을 구별할 수 있어야 합니다. 불행하게도 이 두 가지는 일반적으로 함께 사용되지 않습니다.

협력 관계 4년 전, Janssen의 박사 과정 학생 중 한 명이자 논문의 주요 저자인 Riccardo Ollearo는 이 수수께끼를 해결하기 시작했습니다. 그의 연구에서 Ollearo는 무선 및 인쇄 센서 기술 전문 연구소인 Holst Centre의 광검출기 팀과 힘을 합쳐 페로브스카이트와 유기 PV 전지를 결합한 장치인 소위 탠덤 다이오드를 구축했습니다.

최첨단 태양전지에서도 점점 더 많이 사용되는 기술인 이 두 층을 결합하여 그는 두 조건을 모두 최적화하여 70%의 효율에 도달할 수 있었습니다.

이탈리아 출신의 야심찬 젊은 연구원은 "인상적이지만 충분하지 않습니다"라고 말합니다. "나는 녹색광의 도움으로 효율을 더욱 높일 수 있는지 알아보기로 결정했습니다. 저는 이전 연구를 통해 추가 빛으로 태양 전지를 조명하면 양자 효율을 수정할 수 있고 어떤 경우에는 이를 향상시킬 수 있다는 것을 알고 있었습니다. 놀랍게도 이것은 포토다이오드 감도를 향상시키는 데 예상보다 훨씬 더 잘 작동했습니다. 근적외선 효율을 200% 이상으로 높일 수 있었습니다!"

신비 현 시점까지 연구자들은 효과를 설명할 수 있는 이론을 생각해냈지만 이것이 어떻게 작동하는지 정확히 알지 못합니다. "우리는 추가 녹색광이 페로브스카이트에 전자가 축적되는 것으로 생각합니다. 이는 적외선 광자가 유기층에 흡수될 때 방출되는 전하 저장소 역할을 합니다."라고 Ollearo는 말합니다. "즉, 통과하여 전자로 변환되는 모든 적외선 광자는 보너스 전자로부터 친구를 얻어 200% 이상의 효율성을 얻습니다. 길더를 위해 1리라가 아닌 2리라를 얻는다고 생각하십시오. !"