Lichtsensor met rendement van 200 procent

Met groen licht en een dubbelgelaagde cel heeft TU/e-promovendus Riccardo Ollearo een fotodiode ontwikkeld met een gevoeligheid waar velen alleen maar van kunnen dromen.

Wil een fotodiode goed werken, dan moet zij aan twee voorwaarden voldoen. Ten eerste moet hij de stroom die ontstaat bij afwezigheid van licht, de zogenaamde donkerstroom, minimaliseren. Hoe minder donkerstroom, hoe gevoeliger de diode. Ten tweede moet hij het niveau van het achtergrondlicht (de ‘ruis’) kunnen onderscheiden van het relevante infrarode licht. Helaas gaan deze twee dingen meestal niet samen.

Vier jaar geleden begon Ollearo aan de oplossing van dit probleem. In zijn onderzoek werkte hij samen met het fotodetectorteam van het Holst Centre. Ollearo bouwde een tandemdiode met perovskiet- en organische PV-cellen. Zo kon hij beide omstandigheden optimaliseren en een efficiëntie van 70 procent bereiken.

 “Dat is best indrukwekkend, maar niet genoeg”, vond de ambitieuze jonge onderzoeker uit Italië. “Ik besloot te kijken of ik het rendement nog verder kon verhogen met behulp van groen licht. Uit eerder onderzoek wist ik dat het verlichten van zonnecellen met extra licht hun kwantumefficiëntie kan veranderen, en in sommige gevallen zelfs verbeteren. Tot mijn verrassing werkte dit zelfs beter dan verwacht bij het verbeteren van de gevoeligheid van de fotodiode. We konden het rendement voor nabij-infrarood licht verhogen tot meer dan 200 procent.”

Mysterie

Tot nu toe weten de onderzoekers nog steeds niet precies hoe dit werkt, hoewel ze een theorie hebben bedacht die het effect zou kunnen verklaren.

“We denken dat het extra groene licht leidt tot een opeenhoping van elektronen in de perovskietlaag. Dit werkt als een reservoir van ladingen die vrijkomen wanneer infrarode fotonen worden geabsorbeerd in de organische laag”, zegt Ollearo. “Met andere woorden, elk infrarood foton dat wordt opgevangen en omgezet in een elektron, krijgt gezelschap van een bonuselektron, wat leidt tot een efficiëntie van 200 procent of meer.”