(Phys.org) - De blues krijgen is zelden een wenselijke ervaring - tenzij je een zonnecel bent, dat is.

Wetenschappers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy en de University of Texas in Austin hebben samen een nieuwe, goedkoop materiaal dat het potentieel heeft om zonne-energie op te vangen en om te zetten, met name uit het blauwere deel van het spectrum, veel efficiënter dan ooit tevoren.

De meeste eenvoudige zonnecellen gaan inefficiënt om met deze blauwachtige tinten van het elektromagnetische spectrum. Dit komt omdat blauwe fotonen - inkomende lichtdeeltjes die de zonnecel raken - in feite overtollige energie hebben die een conventionele zonnecel niet kan opvangen.

"Fotonen van verschillende energieën schoppen elektronen met verschillende hoeveelheden omhoog, "Zei professor Brian Korgel van de Universiteit van Texas. "Sommige fotonen komen binnen met meer energie dan de cel is geoptimaliseerd om te verwerken, en dus gaat veel van die energie verloren als warmte."

Door deze beperking, wetenschappers hadden oorspronkelijk geloofd dat eenvoudige zonnecellen nooit meer dan ongeveer 34 procent van de binnenkomende zonnestraling in elektriciteit zouden kunnen omzetten. Echter, ongeveer een decennium geleden, onderzoekers zagen het potentieel voor een enkel hoogenergetisch foton om meerdere "excitonen" (paren van een elektron en een positief geladen partner genaamd een "gat") te stimuleren in plaats van slechts één. "Dit was een zeer opwindende ontdekking, maar we waren nog steeds sceptisch of we de elektronen uit het materiaal konden krijgen, ' zei Korgel.

In hun studie hebben Korgel en zijn team gebruikten gespecialiseerde spectroscopische apparatuur bij Argonne's Center for Nanoscale Materials om te kijken naar multi-excitongeneratie in koper-indiumselenide, een materiaal dat nauw verwant is aan een andere, vaker geproduceerde dunne film die het record heeft voor de meest efficiënte dunnefilmhalfgeleider. "Dit is een van de eerste onderzoeken die zijn gedaan naar het genereren van meerdere excitonen in zo'n bekend en goedkoop materiaal, " zei Argonne nanowetenschapper Richard Schaller.

"De spectroscopische technieken van Argonne speelden een cruciale rol bij de detectie van de multi-excitons, "Zei Korgel. "Dit soort metingen kunnen niet op veel plaatsen worden gedaan."

Om dunne films van het nanokristallijne materiaal af te zetten, gebruikten de onderzoekers een proces dat bekend staat als "photonic curing, " waarbij de toplaag van het materiaal in een fractie van een seconde wordt opgewarmd en afgekoeld. Dit uithardingsproces voorkomt niet alleen het smelten van het glas dat de nanokristallen bevat, maar verdampt ook organische moleculen die de extractie van meerdere excitonen remmen.

Hoewel de studie vooral aantoont dat de efficiëntieverhoging die wordt geboden door extractie van meervoudige excitonen mogelijk is in massaproduceerbare materialen, de grootste hindernis zal zijn om deze materialen op te nemen in echte apparaten in de echte wereld.

"De heilige graal van ons onderzoek is niet noodzakelijk om de efficiëntie zo hoog te maken als ze theoretisch kunnen gaan, maar eerder om verhogingen van efficiëntie te combineren met het soort grootschalige roll-to-roll print- of verwerkingstechnologieën die ons zullen helpen de kosten te verlagen, ' zei Korgel.