工程师创造了一个效率为 200% 的“不可能”光传感器：

科学家们制造了一种传感器，它能以惊人的 200% 的效率将光转换为电信号——这是一个看似不可能的数字，但却是通过量子物理学的奇异之处实现的。

这就是设备的灵敏度负责其创新的团队被称为光电二极管，表示它有可能用于监测人的生命体征（包括心跳或呼吸率）的技术，而无需插入任何东西，甚至不需要连接到身体上。

光电二极管效率通常衡量为它可以转换为电信号的可用光粒子的数量。在这里，科学家们谈论的是一些密切相关但更具体的东西：光电子产率，或光子撞击传感器产生的电子数量。

光电二极管的光电子产率由其量子决定效率——材料在

[这听起来令人难以置信，但是，我们在这里谈论的不是正常的能源效率，”化学工程师 Rene Janssen 说，他来自荷兰埃因霍温科技大学。

“在光电二极管的世界中，重要的是量子效率。它计算的不是太阳能的总量，而是二极管转换为电子的光子数。”

作为起点，该团队开发了一种结合了钙钛矿和有机两种太阳能电池板电池的设备。通过堆叠电池，一层漏掉的光被另一层吸收，研究人员实现了 70% 的量子效率。

为了提高这个数字，引入了额外的绿光。该传感器还进行了优化，以提高其过滤不同类型光的能力，并且完全不响应任何光。这使光电二极管的量子效率超过了 200%，尽管此时目前尚不清楚为什么会发生这种提升。

关键可能在于光电二极管产生电流的方式。光子激发光电二极管材料中的电子，导致它们迁移并产生电荷积聚。研究人员假设绿光可能会在一层上释放电子，只有当光子撞击另一层时电子才会转化为电流。

研究员 Riccardo Ollearo 展示光电二极管（右）如何从他的手指接收信号。 （照片：Bart van Overbeeke）

“我们认为额外的绿光会导致钙钛矿层中的电子积聚，”来自埃因霍温科技大学的化学工程师 Riccardo Ollearo 说。 “这作为一个当红外光子被有机层吸收时释放的电荷库。”

“换句话说，每一个红外光子通过并转化为电子，都会得到一个红利电子的陪伴，导致到 200% 或更高的效率。”

更高效的光电二极管也是更灵敏的光电二极管——能够更好地从更远的距离观察光中非常小的变化。这让我们回到测量心跳和呼吸水平。

使用比一张报纸薄一百倍的超薄光电二极管，研究人员测量了从 130 米外的手指反射回来的红外光的微小变化厘米（51.2 英寸）。这被证明可以匹配血压和心率，就像智能​​手表传感器一样，但在桌子对面进行操作。

通过类似的设置，该团队从轻微的角度测量了呼吸率胸部运动。这里有潜力如果该技术能够从实验室阶段成功开发出来，则可以用于多种监测和医疗目的。

“我们想看看我们是否可以进一步改进该设备，例如让它更快，”Janssen 说。 “我们还想探索我们是否可以对该设备进行临床测试。”

该研究已发表在《科学进展》上。