Als het gaat om het plaatsen van zonnecellen, arbeidskosten en de kosten van het land om ze te huisvesten vormen het grootste deel van de kosten. De zonnecellen - vaak gemaakt van silicium of cadmiumtelluride - kosten zelden meer dan 20 procent van de totale kosten. Zonne-energie kan goedkoper gemaakt worden als er minder grond hoeft aangekocht te worden voor zonnepanelen, het beste kan worden bereikt als elke zonnecel kan worden overgehaald om meer stroom op te wekken.

Een enorme winst in deze richting is nu gemaakt door een team van chemici van de Universiteit van Californië, Riverside dat een ingenieuze manier heeft gevonden om de omzetting van zonne-energie efficiënter te maken. De onderzoekers rapporteren in Nano-letters dat door anorganische halfgeleider nanokristallen te combineren met organische moleculen, ze zijn erin geslaagd fotonen in de zichtbare en nabij-infrarode gebieden van het zonnespectrum te "upconverteren".

"Het infrarode gebied van het zonnespectrum gaat dwars door de fotovoltaïsche materialen waaruit de huidige zonnecellen bestaan, " legde Christopher Bardeen uit, een hoogleraar scheikunde. Het onderzoek was een gezamenlijke inspanning tussen hem en Ming Lee Tang, een assistent-professor scheikunde. "Dit is verloren energie, hoe goed uw zonnecel ook is. Het hybride materiaal dat we hebben bedacht, vangt eerst twee infraroodfotonen op die normaal gesproken dwars door een zonnecel zouden gaan zonder te worden omgezet in elektriciteit. voegt vervolgens hun energieën samen om één foton met hogere energie te maken. Dit opgewaardeerde foton wordt gemakkelijk geabsorbeerd door fotovoltaïsche cellen, het opwekken van elektriciteit uit licht die normaal zou worden verspild."

Bardeen voegde eraan toe dat deze materialen in wezen "het zonnespectrum hervormen", zodat het beter overeenkomt met de fotovoltaïsche materialen die tegenwoordig in zonnecellen worden gebruikt. De mogelijkheid om het infraroodgedeelte van het zonnespectrum te gebruiken, zou de fotovoltaïsche zonne-efficiëntie met 30 procent of meer kunnen verhogen.

In hun experimenten, Bardeen en Tang werkten met cadmiumselenide en loodselenide halfgeleider nanokristallen. De organische verbindingen die ze gebruikten om de hybriden te bereiden, waren difenylanthraceen en rubreen. De cadmiumselenide-nanokristallen kunnen zichtbare golflengten omzetten in ultraviolette fotonen, terwijl de loodselenide nanokristallen nabij-infrarode fotonen kunnen omzetten in zichtbare fotonen.

Bij laboratoriumexperimenten, de onderzoekers richtten 980 nanometer infrarood licht op het hybride materiaal, die vervolgens omhooggeconverteerd oranje/geel fluorescerend licht van 550 nanometer genereerde, bijna een verdubbeling van de energie van de binnenkomende fotonen. De onderzoekers waren in staat om het opconversieproces tot drie ordes van grootte te stimuleren door de cadmiumselenide-nanokristallen te coaten met organische liganden, het bieden van een route naar hogere efficiëntie.

"Dit licht van 550 nanometer kan worden geabsorbeerd door elk materiaal van zonnecellen, "Zei Bardeen. "De sleutel tot dit onderzoek is het hybride composietmateriaal - het combineren van anorganische halfgeleider nanodeeltjes met organische verbindingen. Organische verbindingen kunnen niet in het infrarood absorberen, maar zijn goed in het combineren van twee fotonen met lagere energie tot een foton met hogere energie. Door een hybride materiaal te gebruiken, de anorganische component absorbeert twee fotonen en geeft hun energie door aan de organische component voor combinatie. De organische verbindingen produceren dan één hoogenergetisch foton. Simpel gezegd, de anorganische stoffen in het composietmateriaal nemen licht op; de organische stoffen krijgen licht uit."

Naast zonne-energie, het vermogen om twee fotonen met lage energie om te zetten in één foton met hoge energie heeft potentiële toepassingen in biologische beeldvorming, gegevensopslag en organische lichtemitterende diodes. Bardeen benadrukte dat het onderzoek verstrekkende gevolgen kan hebben.

"Het vermogen om lichtenergie van de ene golflengte naar de andere te verplaatsen, meer bruikbare regio, bijvoorbeeld, van rood naar blauw, kan elke technologie beïnvloeden waarbij fotonen als input of output worden gebruikt, " hij zei.