Een team onderzoekers uit Australië en de VS heeft aangetoond hoe je onzichtbaar licht – dat normaal niet door zonnecellen te gebruiken is – kunt omzetten in zichtbaar licht, dat wel geschikt is om stroom uit op te wekken.
Dat kan onze zonnecellen veel effectiever maken, want 50 procent van de energie van de zon bestaat uit onzichtbaar licht.
Onzichtbaar licht is te zwak
De meeste gewone zonnecellen werken met het mineraal silicium, en bestaan basaal uit drie lagen: een neutrale laag in het midden en twee buitenlagen met een overschot van respectievelijk tekort aan elektronen.
Bij een combinatie van die lagen bewegen de overtollige elektronen – afgestaan door fotonen in het zonlicht – naar de laag met een tekort. Dat creëert een elektrisch veld in de neutrale laag, waardoor stroom wordt opgewekt.
Promovendus Elham Gholizadeh van de universiteit van New South Wales in Sydney is een van de hoofdonderzoekers achter de nieuwe zonneceltechnologie.
Maar niet alle fotonen hebben voldoende energie om elektronen los te rukken. Als een foton een energieniveau van minder dan 1,1 elektronvolt heeft – de zogeheten bandgap – is het te zwak om elektronen los te maken van een siliciumatoom. Dat geldt bijvoorbeeld voor de fotonen in onzichtbaar infrarood licht.
De nieuwe techniek verandert de spelregels echter en geeft de onzichtbare fotonen superkrachten met behulp van het proces ‘fotochemische upconverting’.
Toverdrank geeft licht superkrachten
Fotochemische upconverting werkt doordat meerdere fotonen met lage energie worden gecombineerd tot één foton met een hogere energie. Een chemisch mengsel van loodsulfide- en violanthronemoleculen krijgt dat voor elkaar.
Als licht op het mengsel valt, absorberen de loodsulfidemoleculen de fotonen en zetten ze die om in een hogere energietoestand. Daardoor gaan ze de violanthronemoleculen uit het chemische mengsel converteren. Violanthrone zet de reactie voort, waardoor sommige moleculen in een steeds hogere toestand worden gebracht en andere naar hun uitgangspunt terugkeren.
En nu komt het: als de violanthronemoleculen zijn geconverteerd naar de zeer hoge toestand, stralen ze licht uit met een energie die hoog genoeg is om een zonnecel te laten werken.
Het systeem is nog niet bijster efficiënt, maar de onderzoekers verwachten dat het 10 keer zo goed kan worden door het chemische mengsel te vervangen door een stevige film.
Die film kan over bestaande zonnecellen worden aangebracht, zodat die ook het onzichtbare licht kunnen benutten.