是魔法還是煉金術？光電二極管  量子效率超過200％

編譯／高晟鈞

隨著人工智慧與5G時代的到來，對於影像辨識、機器視覺等應用領域的光學感測器件的需求正急遽上升。而光電二極體在其中扮演一個舉足輕重的角色，究竟什麼是光電二極體呢？

光電二極體其實與普通的半導體二極體並無太大的差異。簡單來說，光電二極體是將光訊號變成電訊號的半導體器件；當一個具有充足能量的光子撞擊到二極體上時，它將激發出一個電子，並產生一個帶正電的電洞（內光電效應）。而光子的吸收若發生在PN節上時，會觸發一系列電子連鎖反應，最後形成光電流。

近期，來自埃因霍溫科技大學的Riccardo Ollearo發明了一種光電二極管，具有200%的光電子效能。也許你認為只有煉金術或是魔法，才可以實現超過100%的效率值；但事實上，在量子領域與堆疊式太陽能電池中，這並非不可能的。作者表示：「在光電二極管的世界中，重要的是量子效率，它計算的並非是太陽能總量，而是有多少光子轉換成了電子。」

光電二極管的運作需要避免兩種情況：首先是減少其在沒有光的情況下產生電流（暗電流）；其次，理論是它應該可以從紅外光區中分辨出背景光（噪聲）。不幸的是，通常這兩者，只有一項可以被有效避免。

大約四年前，Riccardo Ollearo便著手了改善這項困境，他透過結合鈣鈦礦和有機光伏電池，達到了70%的光轉換效率。儘管已經是令人印象深刻的成果，但他不滿足於此，他進一步使用綠光照射，提高了太陽能電池的量子效率，在提高光電二極管靈敏度方面，更是能提高近紅外光效率達200%以上。他們推測，綠光可以充當光伏電池的銀行庫，在每顆紅外光子被吸收時，都會被額外發送一個額外電子，從而達到200%或以上的效率。

另外，作者還測試了光電二極管是否可以在正常背景光的影響下，準確地測量人類的血壓與心跳。而這項正面的實驗結果，也促使了其與埃因霍溫凱瑟琳娜醫院合作開發一款智能相機，用於觀測患者的心率與呼吸率。

資料來源:TechXplore

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