Bewijzen van het ‘opvoeren’ van infraroodlicht in zichtbaar licht. Links infrarood met een golflengte van 800 nm (nabij-infrarood) dat is gericht op een mengsel van cadmiumselenide en rubreen. In foto b is de bron een ir-laser met een golflengte van 980 nm. (foto:Zhiyuan Huang, UC Riverside)
Bijna twee jaar terug ging het nieuws rond dat er een zonnecel was ontwikkeld die een zo groot mogelijk deel van het zonnespectrum omzet in elektrische energie en nu schijnt dat wiel opnieuw te zijn uitgevonden. Toen de universiteit van Pennsylvania met het ‘wondermateriaal’ perovskiet. Nu, ook uit Amerika, de universiteit van Californië in Riverside en als materiaal een combinatie van nanokristallen van een anorganische halfgeleider en organische moleculen. Die combinatie ‘herstructureert’ het zonnespectrum, waardoor zowel zichtbaar als infraroodlicht kan worden omgezet in elektrische energie. Dat zou de opbrengst van de zonnecellen met eenderde vergroten. Die ‘opvoer’methode zou ook nuttig kunnen zijn bij beeldtechnieken en voor gegevensopslag, zo stellen de onderzoekers.
De onderzoekers in Californië zouden een listige manier hebben bedacht om meer zonlicht te vangen en dus meer energie uit zonlicht te halen. De nanokristallen en de organische moleculen zouden het zonnespectrum hebben ‘opgevoerd’, waardoor ze samen bij elkaar kunnen worden omgezet in elektrische energie. De meeste energie van de zon zou juist in het zichtbare en infraroodgedeelte van het zonnespectrum zitten. “Infrarood gaat dwars door het fotovoltaïsche materiaal heen waar zonnecellen nu van gemaakt zijn”, zegt onderzoeker Christopher Bardeen. “Die energie gaat verloren, hoe goed je zonnecel ook is. Het hybride materiaal van ons vangt eerst twee infraroodfotonen die normaal gesproken de zonnecellen passeren en combineert ze tot een foton met een hogere energie. Dat ‘opgevoerde’ foton wordt door de fotovoltaïsche cellen omgezet in elektriciteit.” Die omzettingstruc zou de opbrengst van zonnecellen met eenderde vergroten, stellen de onderzoekers.
Bij hun onderzoek werkten Bardeen c.s. met nanokristallen van cadmium- en loodselenide. Als organische verbindingen gebruikten ze difenylantraceen en rubreen, beide polycyclische verbindingen. Cadmiumselenide kan van fotonen in het zichtbare deel uv-fotonen maken, terwijl loodselenide infraroodfotonen ‘opvoert’ naar fotonen met een frekwentie in het zichtbare deel van het spectrum. In hun labproeven gebruikten de onderzoekers een laser die infraroodlicht produceert (golflengte van 980 nm). Ze richtten die bundel op het hybride materiaal, waar het ir-licht werd omgezet in oranje/geel licht met een golflengte van 550 nm met een bijna dubbel zo grote energie als de inkomende fotonen. De ‘oogst’ werd nog eens vergroot door de cadmiumselenidekristallen te bedekken met de organische verbindingen. “Die 550 kan door elke zonnecel worden geabsorbeerd”, zegt Bardeen. “De crux is het hybride materiaal: de anorganische halfgeleiders gecombineerd met de organische verbindingen. De organische verbindingen absorberen niet in het infrarood, maar maar kunnen wel twee fotonen met een lagere energie combineren tot een foton met hogere energie. Het anorganisch materiaal vangt de energie van de twee infraroodfotonen en geeft die energie door aan het organisch materiaal. Daar wordt dan een foton met een hogere energie geproduceerd. Simpel gezegd neemt de anorganica het licht op en zendt de organica het uit.” Opgevoerd, dus.
De toepassingen van deze lichttruc liggen volgens de onderzoekers niet alleen op het vlak van zonnecellen. Ze denken ook aan beeldtechnieken, de opslag van gegevens en organische lichtdiodes, oleds. Bardeen: “De mogelijkheid de golflengte van het licht te veranderen, bijvoorbeeld van rood naar blauw, is van betekenis voor elke techniek die fotonen gebruikt.” Het onderzoek is geldelijk ondersteund door, onder meer, het Amerikaanse leger.
Bron: Science Daily