När det gäller att installera solceller, arbetskostnad och markkostnad för att hysa dem utgör huvuddelen av kostnaden. Solcellerna - ofta tillverkade av kisel eller kadmiumtellurid - kostar sällan mer än 20 procent av den totala kostnaden. Solenergi kan göras billigare om mindre mark måste köpas för att rymma solpaneler, bäst uppnås om varje solcell kunde samlas för att generera mer kraft.

En enorm vinst i denna riktning har nu gjorts av ett team av kemister vid University of California, Riverside som har hittat ett genialt sätt att göra solenergiomvandlingen mer effektiv. Forskarna rapporterar in Nano bokstäver att genom att kombinera oorganiska halvledarnanokrystaller med organiska molekyler, de har lyckats "uppkonvertera" fotoner i de synliga och nära-infraröda områdena i solspektrumet.

"Det infraröda området i solspektrumet passerar rakt igenom de fotovoltaiska materialen som utgör dagens solceller, "förklarade Christopher Bardeen, professor i kemi. Forskningen var ett samarbete mellan honom och Ming Lee Tang, en biträdande professor i kemi. "Detta går förlorad energi, oavsett hur bra din solcell är. Det hybridmaterial som vi har tagit fram fångar först två infraröda fotoner som normalt skulle passera genom en solcell utan att omvandlas till elektricitet, lägger sedan ihop sina energier för att skapa en foton med högre energi. Denna uppkonverterade foton absorberas lätt av fotovoltaiska celler, generera el från ljus som normalt skulle gå till spillo. "

Bardeen tillade att dessa material i huvudsak "omformar solspektrumet" så att det bättre matchar de fotovoltaiska material som används idag i solceller. Möjligheten att utnyttja den infraröda delen av solspektrumet kan öka solens solceller med 30 procent eller mer.

I deras experiment, Bardeen och Tang arbetade med kadmium selenid och bly selenid halvledar nanokristaller. De organiska föreningarna som de använde för att framställa hybriderna var difenylantracen och rubren. Kadmiumselenid -nanokristaller kan omvandla synliga våglängder till ultravioletta fotoner, medan bly-selenid-nanokristaller kan omvandla nära-infraröda fotoner till synliga fotoner.

I laboratorieexperiment, forskarna riktade 980-nanometer infrarött ljus mot hybridmaterialet, som sedan genererade uppkonverterat orange/gult fluorescerande 550-nanometer ljus, nästan fördubblar energin hos de inkommande fotonerna. Forskarna kunde öka uppkonverteringsprocessen med upp till tre storleksordningar genom att belägga kadmiumselenid -nanokristaller med organiska ligander, ger en väg till högre effektivitet.

"Detta 550 nanometer ljus kan absorberas av valfritt solcellsmaterial, "Bardeen sa." Nyckeln till denna forskning är hybridkompositmaterialet - som kombinerar oorganiska halvledarnanopartiklar med organiska föreningar. Organiska föreningar kan inte absorbera i det infraröda men är bra på att kombinera två fotoner med lägre energi till en foton med högre energi. Genom att använda ett hybridmaterial, den oorganiska komponenten absorberar två fotoner och överför sin energi till den organiska komponenten för kombination. De organiska föreningarna producerar sedan en högenergifoton. Enkelt uttryckt, det oorganiska i kompositmaterialet tar ljus in; det organiska får ut ljus. "

Förutom solenergi, förmågan att omvandla två lågenergifoton till en högenergifoton har potentiella tillämpningar inom biologisk avbildning, datalagring och organiska ljusemitterande dioder. Bardeen betonade att forskningen kan ha omfattande konsekvenser.

"Möjligheten att flytta ljusenergi från en våglängd till en annan, mer användbar region, till exempel, från rött till blått, kan påverka all teknik som involverar fotoner som ingångar eller utgångar, " han sa.