Многослойные солнечные панели бьют рекорды производительности, и специалисты из Нидерландов решили воспользоваться той же технологией, чтобы разработать фотодиод с выдающейся чувствительностью. Его КПД превышает 200%, чего, казалось бы, не может быть по законам физики. Однако квантовая физика руководствуется своими законами.

«Я знаю, что это звучит невероятно, — заявил профессор Рене Янссен, один из руководителей научного проекта. — Но мы имеем в виду не обычную энергетическую эффективность. В мире фотодиодов в расчет идет квантовая эффективность. Вместо общего количества солнечной энергии считается количество фотонов, которые диод преобразует в электроны».

Фотодиоды — светочувствительные полупроводники, которые вырабатывают ток, поглощая фотоны из источника света. Они используются в качестве датчиков во множестве приборов в медицине, связи, безопасности и робототехнике. И везде мерилом их качества является чувствительность, пишет EurekAlert.

Для того чтобы фотодиод работал корректно, он должен отвечать двум условиям. Во-первых, минимизировать ток, который он генерирует в отсутствии света. Чем меньше этот так называемый темный ток, тем чувствительнее диод. Во-вторых, он должен иметь возможность отличать фоновое освещение, или шум от релевантного источника света. К сожалению, обычно эти два параметра противоречат друг другу.

Для решения этой проблемы ученые изготовили двухслойный диод из органических и перовскитовых фотоэлементов. Это позволило добиться производительности в 70%. Неплохо, но еще недостаточно. Следующим шагом было использование дополнительного освещения зеленым светом. Такой подход, как известно из прошлый исследований, может модифицировать или даже усилить чувствительность фотодиода. К удивлению ученых, он сработал даже лучше, чем предполагалось — производительность для ближнего инфракрасного спектра выросла до 200 с лишним процентов.

Благодаря чему это произошло, ученые до сих пор не могут дать точного ответа. Но гипотеза у них есть. Они полагают, что дополнительный зеленый свет привел к накоплению электронов в перовскитовом слое. Он выступил резервуаром зарядов, которые испускаются, когда инфракрасные фотоны накапливаются органическом слое. Другими словами, каждый инфракрасный фотон, который проходит через этот слой и превращается в электрон, получает бонусом еще один электрон, что и приводит к такому неслыханному КПД.