Infrarood en zonnepanelen
De Rijksuniversiteit Groningen en Stichting FOM hebben aangetoond dat infrarood licht middels upconversie omgezet kan worden tot bruikbare energie voor zonnepanelen. Er bestaat nog wel ruimte voor verbetering, maar kan zonnecellen in de toekomst wel eens een stuk efficiënter maken.
Vandaag de dag zijn zonnepanelen redelijk in staat om zichtbaar licht om te zetten in energie. Maar er gaat tegelijkertijd ook heel veel licht verloren. Er is bekend dat ongeveer de helft van al het zonlicht dat het aardoppervlak bereikt bestaat uit infrarood licht. Tot voor kort kon een zonnepaneel daar weinig mee. Het infrarode licht was namelijk te zwak en had te weinig energie om elektronen vrij te maken.
Moleculen, Infrarood en zonnepanelen
Op het probleem van energieomzetting hebben de Wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen en Stichting FOM nu iets bedacht meldt het blad Nature Photonics. Er worden speciale moleculen die de energie van het infrarode licht opvangen gebruikt. Deze moleculen geven energie door aan nanodeeltjes, deze nanodeeltjes maken op hun beurt weer energie van twee zwakke fotonen en zetten deze om in één sterk signaal. Deze aanpak is niet nieuw en bestaat al een tijdje bekend onder de naam ‘upconversie’, maar de onderzoekers hebben deze techniek nu flink verbeterd. “Er bestaan anorganische materialen, gemaakt van zeldzame aardmetalen, die dit upconversie-proces kunnen bewerkstellingen,” vertelt onderzoeker Kees Hummelen. “Maar deze materialen absorberen zelf erg weinig infrarode fotonen. Daarom hebben we er organische moleculen aan gekoppeld die deze fotonen opvangen en de energie doorgeven aan het upconversiemateriaal. Daarmee is het hele proces van infraroodabsorptie, upconversie en zichtbaar licht uitzenden met een factor 3300 toegenomen.”
Werk aan de winkel
Een prachtig resultaat. Toch zit het werk van de onderzoekers er nog lang niet op. “Ook met onze antennes vangen we nog steeds maar een beperkt deel van het infrarode licht op. Daar valt nog winst te behalen.” Een ander nadeel is dat de twee fotonen kort na elkaar in het materiaal moeten komen, willen ze samen één sterk signaal voortbrengen. “In de praktijk is de efficiëntie van dit proces nog erg laag. Maar het oogsten is nu alvast veel beter gelukt, dat is stap 1!”
Het werk van de wetenschappers biedt zoals gezegd vooral veel mogelijkheden voor zonnecellen. “Een Duitse groep gaat onze nanokristallen met antennes in zonnecellen inbouwen, om ze in de praktijk te testen.” Maar het onderzoek van Hummelen en zijn collega’s heeft meer implicaties. Bijvoorbeeld voor de medische wereld. Zo kunnen we door hun onderzoek straks wel eens een beter beeld van het menselijk lichaam krijgen. “Infrarood licht dringt dieper in biologische weefsels door dan zichtbaar licht. Wanneer je verbindingen die upconversie uitvoeren, laat binden aan specifieke cellen in weefsels, kan je door infraroodbelichting afbeeldingen maken.”