电源/性能位:7月27日

激光雷达的放大光
德克萨斯大学奥斯汀分校和弗吉尼亚大学的工程师开发了一种光探测器这可以放大微弱的光信号，降低噪声，提高激光雷达的精度。

“自动驾驶汽车发出的激光信号会被物体反射，从而告诉你你有多远。没有多少光回来，所以如果你的探测器发出的噪音比进入的信号多，你什么也得不到，”弗吉尼亚大学工程学院电气和计算机工程教授乔·坎贝尔说。

新型雪崩光电二极管采用阶梯状排列，其中电子沿着能量的物理台阶向下滚动，随着每一步的增加而增加，从而产生更强的电流用于光检测。

德州大学奥斯汀分校科克雷尔学院电气与计算机工程系教授塞斯·班克说:“电子就像一颗从楼梯上滚下来的弹珠。”“每次大理石从台阶上滚下来，它就会掉下来，撞到下一个台阶上。在我们的例子中，电子做同样的事情，但每次碰撞释放出足够的能量来释放另一个电子。我们可能从一个电子开始，但每一步的脱落都使电子的数量翻倍:1、2、4、8，等等。”

作为雪崩光电二极管的一部分，电子在“楼梯”上滚下时成倍增加。(资料来源:德克萨斯大学奥斯汀分校)

该团队表示，增加步骤可以提高设备的灵敏度和一致性，而每一步电子的一致乘法使探测器发出的电信号更加可靠，即使在弱光条件下也是如此。

班克说:“乘法的随机性越小，你能从背景中识别出的信号就越弱。”“例如，通过自动驾驶汽车的激光雷达系统，你可以看到更远的地方。”

班克斯补充说，该装置的关键是一种种植材料的新方法。他们不是用随机分布的原子生长材料，而是创造了由二元化合物堆叠在一起组成的分层材料。

阶梯雪崩光电二极管可在室温下工作。该团队计划继续改进流程，增加更多步骤。他们还与一家半导体公司合作进行商业化。

此外，他们计划将多台阶楼梯装置与他们之前建造的对近红外光敏感的不同雪崩光电二极管结合起来。这可能应用于光纤通信和热成像。Bank说:“这应该为我们提供了两个世界的优点:对更广泛的颜色做出反应，对微弱信号更敏感，因为楼梯结构自然地降低了噪音放大。”

从Wi-Fi获取能量
新加坡国立大学和东北大学的研究人员开发了一种使用自旋转矩振荡器(STOs)的设备从2.4GHz的Wi-Fi信号中获取能量并为LED无线供电，无需电池。

“我们周围都是Wi-Fi信号，但当我们不使用它们上网时，它们就不活跃了，这是一种巨大的浪费。我们的最新成果是向将现成的2.4GHz无线电波转变为绿色能源迈出了一步，从而减少了我们经常使用的电子产品对电池的需求。通过这种方式，小型电子设备和传感器可以通过无线电波作为物联网的一部分进行无线供电。随着智能家居和城市的出现，我们的工作可以促进通信、计算和神经形态系统的节能应用，”新加坡国立大学电气与计算机工程系的Yang Hyunsoo教授说。

该设备有8个串联的sto阵列。使用这个阵列，Wi-Fi使用的2.4 GHz电磁无线电波被转换成直接电压信号，然后传输到电容器，点亮1.6伏的LED。当电容器充电5秒时，在无线电源关闭后，它能够点亮同一个LED一分钟。

一个嵌入了大约50个自旋转矩振荡器的芯片。(来源:新加坡国立大学)

研究人员还比较了片上STO系统的串联设计和并行设计，发现由于具有更好的时域稳定性、频谱噪声行为和对阻抗失配的控制，并行配置对无线传输更有用。串联连接由于来自STOs的二极管电压的加性效应，在能量收集方面具有优势。

“除了提出用于无线传输和能量收集的STO阵列外，我们的工作还演示了使用外部射频源的注入锁定来控制耦合STO的同步状态。这些结果对于同步STOs的未来应用非常重要，例如快速神经形态计算，”新加坡国立大学电气与计算机工程系的Raghav Sharma博士说。

接下来，研究人员正在寻求增加阵列中sto的数量，以提高设备的能量收集能力。他们还计划测试他们的能量收集器，以便对其他有用的电子设备和传感器进行无线充电，并在无线充电和无线信号检测系统方面寻求行业合作。

串联太阳能电池金牌
来自宾夕法尼亚州立大学、陕西师范大学和湖北大学的研究人员创建了一个半透明的电极用于钙钛矿太阳能电池，可与传统硅电池在串联装置中耦合。

宾夕法尼亚州立大学负责研究的副校长兼材料科学与工程教授Shashank Priya说:“我们已经证明，我们可以用非常薄的、几乎没有原子层的黄金制造电极。”“薄薄的黄金层具有很高的导电性，同时它不会干扰电池吸收阳光的能力。”

超薄金薄膜作为钙钛矿太阳能电池的透明电极之前已经被探索过，但制造方面的挑战导致其导电性差。通过使用铬作为种子层，金能够形成一个连续的超薄层，具有良好的导电性。

宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程助理研究教授董阳说:“通常情况下，如果你生长一层像金子一样的薄层，纳米颗粒会结合在一起，像小岛一样聚集在一起。”“铬具有很大的表面能，为黄金的生长提供了一个很好的地方，它实际上可以让黄金形成一个连续的薄膜。”

研究小组开发的钙钛矿太阳能电池的效率为19.8%，创下了半透明电池的最高纪录。当与传统的硅太阳能电池结合使用时，串联装置的效率达到了28.3%，而单独使用硅电池的效率为23.3%。

普丽娅说:“5%的效率提升是巨大的。”“这基本上意味着每平方米太阳能电池材料可以多转换约50瓦的阳光。太阳能发电场可以由数千个模块组成，所以加起来有很多电力，这是一个重大突破。”

他们还发现，用金电极制成的钙钛矿电池稳定，在实验室测试中保持高效率。最终，研究人员希望这是向完全透明的太阳能电池迈出的一步。