16.03.2021

Die Photonenaufwärtskonversion ist ein Prozess, bei dem zwei Photonen niedrigerer Energie in ein einzelnes Photon höherer Energie umgewandelt werden. Dies kann für hochpräzise Bioassays, therapeutische Anwendungen und zur Steigerung der Effizienz von Solarzellen genutzt werden. Allerdings benötigt die Photonen-Aufwärtskonvertierung aufgrund ihrer nichtlinearen Natur hohe Lichtintensitäten. Es konnte bereits gezeigt werden, dass bestimmte Oberflächen mit optischen Resonanzen die Lichtintensität lokal erhöhen und damit die Effizienz der Up-Conversion verbessern können. Ein interdisziplinäres Team des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB), der Ben-Gurion University of the Negev und des Zuse-Instituts Berlin (ZIB) untersuchte in einem in APL Photonics veröffentlichten Forschungsartikel, wie eine mehrschichtige Oberflächenstrukturierung den Aufwärtskonversionsprozess verbessern kann.

Mit einem kombinierten Ansatz aus elektromagnetischen Simulationen, die am ZIB durchgeführt wurden, und Experimenten, die sowohl am HZB als auch an der Ben-Gurion-Universität durchgeführt wurden, konnten die Forscher eine 2,7-fache Verbesserung des Up-Conversion-Signals mit nur einem Prozent des verfügbaren Up-Conversion-Materials nachweisen. Simulationen zeigten, dass durch eine Erhöhung der Anzahl der Schichten der Oberflächenstrukturierung eine breitbandige Antwort erzielt werden kann. Diese breitbandige Verbesserung könnte den Weg für Verbesserungen in der Solarenergieumwandlung ebnen.

Das Projekt resultiert aus Zusammenarbeiten im Rahmen der Netzwerke SOLARMATH, MATH+ und dem Joint Lab BerOSE. Die Forschung wurde von den Herausgebern der APL Photonics als Featured Manuscript ausgewählt und in einem SciLight Artikel hervorgehoben.

Veröffentlichung:
Double-layer metasurface for enhanced photon up-conversion.

SciLight feature:
Double-layer metasurface boosts photon up-conversion.