Questo sensore di luce "Harry Potter" raggiunge un'efficienza magicamente elevata del 200%

17 febbraio 2023

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dall'Università della Tecnologia di Eindhoven

Usando la luce verde e una cella a doppio strato, Ph.D. il ricercatore Riccardo Ollearo ha ideato un fotodiodo che ha una sensibilità che molti possono solo sognare.

I pannelli solari con più celle impilate stanno attualmente battendo i record. Sorprendentemente, un team di ricercatori dell’Università di Tecnologia di Eindhoven e del TNO dell’Holst Center è riuscito a realizzare fotodiodi, basati su una tecnologia simile, con una resa fotoelettronica superiore al 200%. Penseresti che efficienze superiori al 100% siano possibili solo usando l'alchimia e altre magie simili a Harry Potter. Ma si può fare. La risposta sta nel magico mondo dell’efficienza quantistica e delle celle solari impilate.

Lo spiega René Janssen, professore all'Università della Tecnologia di Eindhoven e coautore di un nuovo articolo su Science Advances. "Lo so, sembra incredibile. Ma qui non stiamo parlando della normale efficienza energetica. Ciò che conta nel mondo dei fotodiodi è l'efficienza quantica. Invece della quantità totale di energia solare, conta il numero di fotoni che il diodo si converte in elettroni.

"Lo paragono sempre ai giorni in cui avevamo ancora fiorini e lire. Se un turista olandese avesse ricevuto solo 100 lire per i suoi 100 fiorini durante la sua vacanza in Italia, forse si sarebbe sentito un po' svantaggiato. Ma perché in termini quantistici, ogni fiorino vale una lira, hanno comunque raggiunto un rendimento del 100%. Ciò vale anche per i fotodiodi: quanto meglio il diodo è in grado di rilevare segnali luminosi deboli, tanto maggiore è il suo rendimento."

I fotodiodi sono dispositivi semiconduttori sensibili alla luce che producono una corrente quando assorbono fotoni da una sorgente luminosa. Sono utilizzati come sensori in una varietà di applicazioni, tra cui scopi medici, monitoraggio indossabile, comunicazione luminosa, sistemi di sorveglianza e visione artificiale. In tutti questi ambiti, l’elevata sensibilità è fondamentale.

Perché un fotodiodo funzioni correttamente, deve soddisfare due condizioni. Innanzitutto occorre ridurre al minimo la corrente che si genera in assenza di luce, la cosiddetta corrente oscura. Minore è la corrente oscura, più sensibile è il diodo. In secondo luogo, dovrebbe essere in grado di distinguere il livello di luce di fondo (il "rumore") dalla relativa luce infrarossa. Sfortunatamente, queste due cose di solito non vanno insieme.

Quattro anni fa, Riccardo Ollearo, uno dei Ph.D. di Janssen. studenti e autore principale dell'articolo, hanno iniziato a risolvere questo enigma. Nella sua ricerca ha unito le forze con il team di fotorilevatori che lavora presso Holst Center, un istituto di ricerca specializzato in tecnologie di sensori wireless e stampati, Ollearo ha costruito un cosiddetto diodo tandem, un dispositivo che combina sia la perovskite che le celle fotovoltaiche organiche.