Obwohl die Sonne über 50 Prozent ihres Lichts als nahes Infrarotlicht emittiert, können Solarzellen nur sichtbares Licht absorbieren, was bedeutet, dass Sonnenkollektoren nur einen Wirkungsgrad von etwa 20 Prozent erreichenDie Riverside der University of California hat nun einen Weg gefunden, die Effizienz von Solarmodulen zu steigern, indem anorganische Halbleiternanokristalle mit organischen Molekülen kombiniert werden, wodurch Photonen im sichtbaren und nahen Infrarotbereich des Sonnenspektrums erfolgreich hochkonvertiert werdenEnergie könnte sogar noch billiger sein, wenn die für den Einsatz von Sonnenkollektoren erforderliche Landfläche sowie die mit dem Bau verbundenen Arbeitskosten gesenkt werden könnten.
„Der Infrarotbereich des Sonnenspektrums verläuft direkt durch die Photovoltaikmaterialien, aus denen die heutigen Solarzellen bestehen“, sagte Professor für Chemie. Christopher Bardeen der das Projekt in Zusammenarbeit mit dem Assistant Professor of Chemistry durchgeführt hat Ming Lee Tang . “Dies ist Energieverlust, egal wie gut Ihre Solarzelle ist. Das von uns entwickelte Hybridmaterial fängt zunächst zwei Infrarotphotonen ein, die normalerweise direkt durch eine Solarzelle laufen würden, ohne in Elektrizität umgewandelt zu werden, und addiert dann ihre EnergienDieses hochkonvertierte Photon wird leicht von Photovoltaikzellen absorbiert und erzeugt Strom aus Licht, das normalerweise verschwendet würde. “
Sonnenkollektoren mit Regenbogen [Bildquelle : Steve Jurvetson, Flickr ]
Professor Bardeen fügte hinzu, dass die Materialien das Sonnenspektrum im Wesentlichen „umformen“, so dass es den in Solarzellen verwendeten PV-Materialien besser entspricht. Die Nutzung des Infrarotanteils des Sonnenspektrums könnte die PV-Effizienz von Solar um 30 Prozent oder mehr erhöhen. Bardeenund Tang verwendeten Cadmiumselenid- und Bleiselenid-Halbleiter-Nanokristalle sowie organische Diphenylanthracen- und Rubrenverbindungen. Die beiden Wissenschaftler fanden heraus, dass die Cadmiumselenid-Nanokristalle sichtbare Wellenlängen in ultraviolette Photonen umwandeln konnten, während die Blei-Selenid-Nanokristalle nahezu infrafred Photonen umwandeln konnten.
Das resultierende Hybridmaterial wurde 980-Nanometer-Infrarotlicht ausgesetzt, das dann hochkonvertiertes orange / gelbes fluoreszierendes 550-Nanometer-Licht erzeugte, wodurch die Energie der einfallenden Photonen nahezu verdoppelt wurde. Beschichten der Cadmiumselenid-Nanokristalle mit organischem Material Liganden Bardeen und Tang konnten den Prozess um bis zu drei Größenordnungen beschleunigen und so einen Weg zu höheren Wirkungsgraden ermöglichen.
Laut Bardeen kann das 550-Nanometer-Licht von jedem Solarzellenmaterial absorbiert werden. Der Schlüssel dazu ist das Hybrid-Verbundmaterial.
„Organische Verbindungen können im Infrarot nicht absorbieren, können aber zwei Photonen mit niedrigerer Energie gut zu einem Photon mit höherer Energie kombinieren“, sagte er. „Durch die Verwendung eines Hybridmaterials absorbiert die anorganische Komponente zwei Photonen und gibt ihre Energie an die organische Komponente weiterDie organischen Verbindungen erzeugen dann ein hochenergetisches Photon. Einfach ausgedrückt, die anorganischen Stoffe im Verbundmaterial nehmen Licht auf; die organischen Stoffe treten aus
Das Projekt eignet sich auch für andere potenzielle Anwendungen, einschließlich biologischer Bildgebung, Datenspeicherung und organischer Leuchtdioden. Bardeen gibt an, dass die Fähigkeit, Licht von einer Wellenlänge in eine andere, nützlichere Region zu bewegen, jede Technologie beeinflussen kann, an der Photonen beteiligt sindals Ein- oder Ausgänge.
Die Studie wurde veröffentlicht in Nano-Buchstaben und wurde durch Zuschüsse der National Science Foundation und der US Army finanziert.