Een van de meest bestudeerde materialen binnen de natuurkunde is momenteel grafeen. In 2010 ging de Nobelprijs voor de Natuurkunde nog naar Andre Geim en Konstantin Novoselov voor hun baanbrekende onderzoek naar het materiaal. Grafeen bestaat uit koolstofatomen en wordt gemaakt van grafiet, dat bijvoorbeeld wordt gebruikt als potloodvulling.
Het bijzondere van grafeen is dat het een laag koolstofatomen is van slechts één atoomlaag dik. Dit in tegenstelling tot grafiet, dat uit een dikke stapel van die atoomlagen bestaat. Grafiet heeft weinig interessante eigenschappen, terwijl grafeen juist zeer bijzonder is: reden voor natuurkundigen om zich massaal op het onderzoek naar dit eigenaardige materiaal te storten.
Efficiënte energieomzetting
Natuurkundige Klaas-Jan Tielrooij is één van die onderzoekers. In een samenwerking met andere natuurkundigen publiceerde hij vorige maand een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Physics, over een aantal elektrische eigenschappen van grafeen.
Uit het onderzoek van Tielrooij blijkt dat grafeen misschien wel heel geschikt is voor het maken van zonnepanelen: het materiaal kan zonlicht veel efficiënter omzetten in elektriciteit dan materialen die momenteel worden gebruikt voor zonnecellen.
In zonnepanelen wordt energie van de zon, die binnenkomt in de vorm van lichtdeeltjes genaamd fotonen, omgezet in elektriciteit. Die omzetting vindt plaats doordat een foton zijn energie afgeeft aan een elektron, dat daardoor meer energie krijgt en kan worden afgevoerd als stroom. De onderzoekers noemen dit een ‘heet elektron’.
Extra energie
In traditionele materialen kan één foton slechts één heet elektron genereren. Vaak levert een foton veel meer energie dan nodig is om die ene hete elektron te maken. In traditionele materialen gaat die extra energie altijd verloren. In grafeen, blijkt uit het onderzoek, gaat die extra energie niet verloren. In dit materiaal kunnen elektronen hun extra energie aan elkaar doorgeven om zo meerdere hete elektronen te maken.
Ook in grafeen draagt het foton in de eerste instantie zijn energie af een één enkel elektron. Maar in grafeen kan die ene elektron vervolgens zijn extra energie weer doorgeven aan andere elektronen, waardoor er meerdere elektronen genoeg energie krijgen om elektriciteit te genereren. Hierdoor gaat er veel minder energie verloren, en zou een grafeenzonnepaneel dus veel efficiënter zijn dan een traditioneel zonnepaneel.
Het grafeenzonnepaneel is voorlopig nog wel toekomstmuziek. Grafeen kan namelijk nog niet op commerciële schaal worden geproduceerd en is daardoor alleen nog een studieobject.
Bron: Nature Physics
Foto: AlexanderAlUS via Wikimedia Commons
