Science Advances に掲載されたばかりの研究 (ここであなたにリンクします) は、センサー技術の分野における驚くべき飛躍を示しています。 困惑するほど大きい。 実際、この文書は、光を電気信号に変換できる光センサー、フォトダイオードを提示しています。 驚異的な 200% の効率を実現します。
はい、正しく理解されました。量子物理学に基づいたこのデバイスは、受け取るエネルギーよりも多くのエネルギーを生成します。鼻を向けないでください、私はすでにそれをやりました：それでも、研究はそこにあります。
そして、いつの日か、電力を必要としないヘルス モニタリング システムにつながる可能性があります。 しかし、一歩一歩進みましょう。
フォトダイオードの仕組み
フォトダイオードについて話すとき、効率とは次のことを指します。 電気信号に変換できる光の粒子の数。 しかし、科学者が考慮するより具体的な側面があります。それは、光電子の収量です。要約すると、光センサーに当たる光子によって生成される電子の数です。
このタイプの収率は、いわゆる量子効率、つまり、基本的なレベルで電荷を運ぶ粒子を生成する材料の能力によって決まります。 「フォトダイオードの世界で重要なのは量子効率です」と彼は断言します。 ルネ・ヤンセン、アイントホーフェン大学の化学エンジニア。 「太陽エネルギーの総量ではなく、重要なのはダイオードが電子に変換する光子の数です。」光電子の収量、つまりフォトダイオードの有効性を決定するのはまさにこの量子効率です。
記録破りの光センサー
研究チームは、ペロブスカイト電池と有機電池という 70 種類の太陽電池を組み合わせたデバイスを組み立てることから研究を開始しました。 その結果、最初の XNUMX% という驚くべき量子効率が得られました。すでに非常に有望な出発点であったため、研究者はさらに先に進み、デバイスの性能をさらに改善するために追加の緑色の光を導入するようになりました。
そして、彼らは成功したようです： 実際、このデバイスはあらゆる期待を上回りました。フォトダイオードの量子効率は 200% に増加しました。なぜこの増加が起こったのかはまだ完全には明らかではありませんが、研究者らはいくつかの仮説を立てています。
光子がフォトダイオード材料に衝突すると、電子が励起されて移動し、電流に変換できる電荷が蓄積されます。
「私たちは、緑色の光を導入すると電子がペロブスカイト層に放出される可能性があると仮説を立てています。」 サイコロ 化学技術者 リカルド・オレアロ研究著者の中には、アイントホーフェン工科大学の研究者も含まれています。 「これらの電子は、光子が別の層に衝突したときにのみ電流に変換されます。」
言い換えれば、赤外線光子が電子に変換されるたびに、「ボーナス」電子の「仲間」を受け取ることになり、これが 200% (そして潜在的にはより高い) という驚異的な効率を説明することになります。
「不可能な」光センサー: なぜそれが非常に重要なのか
まだ答えるべき多くの疑問があり、研究は続けられていますが、中期的にはクリーン エネルギーの将来に刺激的な発展をもたらす可能性があります。
近い将来、このテクノロジーのプラスの効果は次のようなものになる可能性があります。 診断分野で. このような効率的な光センサーは、遠く離れた場所の光のわずかな変化でも検出できるため、心拍数や血圧の測定に特に役立ちます。
研究チームは、この超薄型フォトダイオード（新聞紙の100倍の薄さ）を使用して、指から反射される赤外光の変化を1メートル以上離れたところから測定しました。そこから、かなり多くのことを測定できます。
将来は
このような技術により、人はデバイスを着用しなくても、自分のバイタル ステータスをリモートで知ることができます。
血圧、心拍数、呼吸数などのパラメータは、何も触れずに観察できます。 スマートウォッチでも構いません。 このような光センサーに基づくデバイスの範囲内にいるだけで実行できます。
まさに「すべてが光る」というのは本当です。
