Slurf 24-2

verwerkt worden, bijvoorbeeld door ze aan eiwitten te
koppelen. De mogelijkheden van de beeldvorming houden
niet op bij het opsporen van tumoren, de dots kunnen ook
ingezet worden om het ontstaan en de ontwikkeling van
een embryo te volgen of bepaalde medische afwijkingen,
zoals lymfocytenimmunologie, te herkennen.
Toch moet er nog gekeken worden of de quantum dots niet
schadelijk kunnen zijn bij gebruik in het menselijk lichaam.
Ze zijn vaak gemaakt van cadmium selenide en silicium.
Deze stoffen bevatten zware metalen, wat als gevolg heeft
dat zij als zeer giftig beschouwd worden. Dat deze stoffen
in de natuur inderdaad zeer giftig zijn, zelfs op deze kleine
schaal, betekent nog niet per se dat ze een hoge in vivo
toxiciteit hebben. In vivo toxiciteit betekent de giftigheid
van een stof wanneer die zich in een levend organisme
bevindt. Om dit te onderzoeken zijn proeven op makaken
uitgevoerd. Na negentig dagen de medische gesteldheid
van de apen te toetsen bleek dat de quantum deeltjes op
deze korte termijn geen schade aangericht hadden. Wel
werd duidelijk dat ze bijzonder moeilijk afbreekbaar zijn:
ruim negentig procent van de ingespoten concentratie was
nog aanwezig in de lever, milt en nieren van de behandelde
makaken. Deze lange afbraakperiode zou ook voordelig
kunnen zijn om bijvoorbeeld celdelingsprocessen langere
periodes te volgen. Om te bepalen of de quantum dots op
lange termijn schadelijk zijn, zal nog onderzoek gedaan
moeten worden. Tot bewezen is dat de dots veilig zijn, zal
deze toepassing nog niet worden goedgekeurd.
Fotovoltaïsche zonnecellen
Een laatste veelbelovende toepassing van de quantum dot
is het gebruken als absorberend fotovoltaïsch materiaal in
een zonnecel. Een uitdaging die nog altijd moeilijk op te
lossen is in zonnecellen is het opvoeren van het rendement.
Met de Shockley-Queisser limiet kan bepaald worden wat
de maximaal haalbare efficiëntie is die uit de straling kan
worden behaald. In deze berekening wordt uitgegaan dat
per inkomende foton slechts één overgang gecreëerd wordt
tussen de positieve en negatieve halfgeleider. Het positieve
deel bevat een elektronengat en het negatieve deel heeft
een elektron in overschot in zijn buitenste schil. Wanneer
alle verliezen zoals zwart lichaam straling meegenomen
zijn, blijft er een maximaal haalbaar rendement van slechts
33,7 procent over.
quantum dots. Als de energie van de inkomende foton
minstens twee keer zo groot is als de bandgap, zullen over
het algemeen twee elektronen in de aangeslagen toestand
gebracht worden. Dit fenomeen wordt Multiple Exciton
Generation genoemd. In traditionele cellen is het niet
onmogelijk dat er voor één foton meerdere paren ontstaan,
maar de kans is wel veel kleiner omdat er een veel hogere
energie voor nodig is.
CT-scan van een hersentumor
Om zoveel mogelijk golflengtes uit het zonnespectrum
op te vangen, worden in conventionele cellen meerdere
lagen halfgeleiders met verschillende bandgaps over elkaar
gelegd: een multi-junction zonnecel. Met deze techniek
kunnen al efficiënties van 45 procent behaald worden. De
extra lagen nemen wel extra kosten met zich mee, wat ze
onaantrekkelijk maakt voor commerciële productie. De
unieke eigenschap van quantum dots dat de bandgap van
hun grootte afhankelijk is, betekent dat zij van zichzelf al
meerdere golflengtes kunnen opvangen. De veelzijdigheid
maakt dat ze een veel goedkoper alternatief zijn voor een
gelaagde multi-junction zonnecel.
Buiten de genoemde toepassingen bestaan er nog tal van
mogelijkheden voor de quantum dots. Er zal nog wel goed
onderzocht moeten worden hoe giftig de zware metalen
zijn of dat er alternatieve, minder gevaarlijke materialen
hiervoor bestaan. Als de minuscule deeltjes die tests weten
te doorstaan zal geen toepassing meer te gek zijn.
Irene Hooijkaas
Cureus
De limiterende aanname in de Shockley-Queisser limiet
dat er slechts één elektron-gat combinatie ontstaat bij de
binnenkomst van een foton is niet van toepassing voor
14