使用绿光和双层电池，“哈利·波特”光传感器实现200%高效率

人们一般认为，超过100%的效率只有使用“哈利·波特”的魔法才会实现。而荷兰埃因霍温科技大学和霍尔斯特中心的一个研究团队，使用绿光和双层电池设计出一种光电二极管，其光电子产生率超过了200%。研究成果发表在最新一期《科学进展》上。

实验设置中使用的光电二极管。
图片来源：巴特·范·奥弗贝克/埃因霍温科技大学

研究人员解释称，这听起来不可思议，但这里不是在谈论正常的能源效率，在光电二极管领域，重要的是量子效率。它计算的不是太阳能总量，而是二极管转换为电子的光子数。

光电二极管要正常工作，必须满足两个条件：首先应该尽量减少在没有光的情况下产生的电流，即所谓的暗电流，暗电流越小，二极管越灵敏；其次，它应该有从红外光中区分出背景光（噪音）的水平。不幸的是，这两件事通常不会同时发生。

研究团队为此创造了一种串联二极管，这是一种结合了钙钛矿和有机光伏电池的装置，这两层技术的使用让其达到70%的效率。然后，研究团队借助绿光来进一步提高效率。

之前研究发现，用额外的光照射太阳能电池可改变其量子效率，最新研究表明，这在提高光电二极管灵敏度方面的效果甚至比预期的还要好，近红外光的效率提高到200%以上。

研究人员解释说，额外的绿光会导致钙钛矿层中的电子积聚。当红外光子被有机层吸收时，它就像电荷库一样释放出来。换句话说，每一个红外光子通过并转化为电子，都会得到额外电子的陪伴，从而使效率达到200%或更高。

团队在实验室测试了光电二极管。二极管被放在距离手指130厘米的地方，研究人员能够检测到反射回二极管的红外光量的微小变化。这些变化能正确反映一个人静脉血压的变化，因此也指示了心率。当将二极管指向人的胸部时，还能够测量胸部轻微运动时的呼吸频率。

效率超过100%，听起来仿佛“很不科学”，但当我们在谈论光电二极管的效率时，指的是量子效率，简单理解，就是一个入射光子可以产生大约多少个电子。光电二极管是一种能将光转化为电流或者电压信号的探测器。此次，科研人员创造了一种串联二极管，用绿光照射它使电子积聚，并在红外光子被吸收时释放出来，这样进入的红外光子就得到了额外的电子，从而实现效率200%的“魔法”。这种光电二极管能对微小光量的变化产生更加敏锐的反应。