Een team van onderzoekers van de Florida State University pioniert met innovatieve manieren waarop zonnecellen infrarood licht kunnen absorberen en gebruiken. een deel van het zonnespectrum dat doorgaans niet beschikbaar is voor zonneceltechnologie.

Hun werk is gepubliceerd in twee nieuwe onderzoeken die in het tijdschrift zijn gepubliceerd Materie en de Journal of Physical Chemistry Letters .

"We werken aan een proces om de efficiëntie van zonnecellen te optimaliseren, " zei universitair docent chemie en biochemie Lea Nienhaus. "De belangrijkste drijfveer is om dit proces te optimaliseren voor toepassingen op zonne-energie."

Nienhaus en postdoctoraal onderzoeker Sarah Wieghold creëerden een nieuwe benadering voor zonnecellen om een ​​proces genaamd foton-upconversie mogelijk te maken. Bij foton-upconversie, twee laagenergetische fotonen worden omgezet in één hoogenergetisch foton dat zichtbaar licht uitzendt.

Typisch, deze apparaten hebben metaal-organische moleculen of halfgeleider nanokristallen gebruikt om de opconversie van fotonen te sensibiliseren, maar Nienhaus en Wieghold gebruikten een dunne film van loodhalogenide perovskieten, een veelbelovend materiaal voor zonnecellen. De perovskiet is gekoppeld aan een koolwaterstof genaamd rubreen, die het omhoog geconverteerde licht uitstraalt.

Het idee achter dit proces is om efficiëntere zonnecellen te maken die infrarood licht kunnen detecteren en gebruiken. Golflengten in het infraroodspectrum hebben niet genoeg energie die nodig is om de elektronen in een typische zonnecel te exciteren en zijn daarom geen levensvatbare energiebron.

"Dat betekent dat er een groot deel van het zonnespectrum is dat niet kan worden geabsorbeerd door een zonnecel, " zei Nienhaus. "We willen infrarood licht omzetten in een golflengte die door een zonnecel kan worden gezien en gebruikt."

Om de efficiëntie van het apparaat te verbeteren, de onderzoekers moesten een perovskietfilm maken met precies de juiste dikte. Ze testten films van 20, 30, 100 en 380 nanometer dik. Toen de dikte meer dan 30 nanometer was, het opconversieproces werd efficiënt onder zonneomstandigheden.

"Om de prestaties van het apparaat te optimaliseren, we hebben de dikte van onze absorber veranderd - de loodhalogenide perovskietfilm, " ze zei.

Terwijl Nienhaus en Wieghold de tests uitvoerden, ze ontdekten ook dat de apparaten zich op een ongebruikelijke manier gedroegen.

Hoewel het apparaat het infraroodlicht in zichtbaar licht veranderde, de perovskiet reabsorbeerde ook een deel van het zichtbare licht dat tijdens het opconversieproces werd gecreëerd.

"Er is een afweging bij het gebruik van de perovskietfilm, Wieghold zei. "Meer zichtbaar licht gecreëerd in rubreen betekent niet dat er meer licht uit het apparaat komt, wat contra-intuïtief is."

Als resultaat, meer gedetailleerde apparaatengineering is vereist om de verhouding van infraroodlicht in te optimaliseren, versus zichtbaar licht uit het apparaat, aldus onderzoekers.