De Rijksuniversiteit Groningen en Stichting FOM tonen aan dat infrarood licht middels upconversie geoogst kan worden. Hun aanpak biedt nog ruimte voor verbetering, maar kan zonnecellen in de toekomst wel eens een stuk efficiënter maken.

Zonnepanelen zijn op dit moment redelijk in staat om zichtbaar licht om te zetten in energie. Maar de zonnepanelen laten tegelijkertijd ook heel veel licht verloren gaan: ongeveer de helft van al het zonlicht dat het aardoppervlak bereikt, is infrarood licht. En daar kan een zonnepaneel momenteel weinig mee. Het infrarode licht is namelijk heel zwak en heeft te weinig energie om elektronen vrij te maken.

Moleculen
Wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen en Stichting FOM hebben daar nu iets op bedacht, zo meldt het blad Nature Photonics. Ze gebruikten speciale moleculen die de energie van het infrarode licht opvangen. De moleculen geven die energie door aan nanodeeltjes. Die maken van de energie van twee zwakke fotonen vervolgens één sterk signaal. Deze aanpak is niet nieuw, maar bestaat al een tijdje en is bekend onder de naam ‘upconversie’. De onderzoekers hebben de aanpak 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.”

WIST U DAT…

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.”