Mischa Brendel
Onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen en de Stichting FOM hebben een methode ontwikkeld om energie uit infrarood licht te oogsten.
De methode is anders dan die van de MIT-onderzoekers, die nabij-infrarood licht wisten om te zetten in elektrische energie met behulp van fotovoltaïsche cellen van koolstof. De methode van de RUG en FOM berust op het gebruik van speciale moleculen die dienst doen als ‘lichtantennes’ om zo fotonen van infrarood licht op te vangen. Deze zwakke fotonen geven zij vervolgens door aan de nanodeeltjes waarop zij vast zitten. De nanodeeltjes maken vervolgens van twee zwakke fotonen één sterk, energierijk foton. Dit proces heet upconversie.
De wetenschappers van de in Groningen gevestigde FOM-focusgroep ‘Next generation organic photovoltaics’ koppelden samen met hun RUG-collega’s organische moleculen aan anorganische om zo het lichtoogstende materiaal te maken. De anorganische moleculen, nanokristallen van lanthaniden zijn in staat om upconversie te bewerkstelligen, maar zij absorberen zelf erg weinig infrarode fotonen. De organische moleculen, de ‘antennes’, kunnen dit echter wel en geven de geoogste infraroodfotonen af aan de nanokristallen, die er dus energierijke fotonen van maken. Deze fotonen hebben, in tegenstelling tot de zwakke infraroodfotonen, wel voldoende energie om een elektron vrij te maken in zonnecellen. De tussenstap maakt het dus mogelijk om infrarood licht om te zetten in elektriciteit. Hiermee kan een omvangrijke bron van energie worden aangeboord, omdat circa de helft van alle zonne-energie die de aarde bereikt, infrarood licht is, zo stelt de RUG.
Het principe bestond al, maar de nieuwe methode van het oogsten van de fotonen maken dat het proces met een factor 3300 versterkt wordt, zo beweert prof.dr. Kees Hummelen, hoogleraar en leider van de FOM-focusgroep. Toch is er nog veel ruimte voor verbetering, zo stelt hij: ‘Ook met onze antennes vangen we nog steeds maar een beperkt deel van het infrarode licht op. Daar valt nog winst te behalen.’ En ook de reactie in het nanokristal is nog verre van optimaal. ‘Er moeten twee fotonen binnen een kort tijdsbestek samenkomen in het materiaal. In de praktijk is de efficiëntie van dit proces nog erg laag. Maar het oogsten is nu alvast veel beter gelukt, dat is stap één!’, aldus Hummelen.
Hoewel zonnecellen de meest voor de hand liggende toepassing is, kan de technologie ook gebruikt worden in de medische beeldvorming, legt Hummelen uit: ‘Infrarood licht dringt dieper in biologische weefsels door dan zichtbaar licht. Wanneer je verbindingen die upconversie uitvoeren, laat binden aan specifieke cellen in weefsels, kan je door infraroodbelichting afbeeldingen maken.’
