Thursday, 11. October 2018

Chemiker der Saar-Uni forscht mit internationalen Kollegen an Verbesserung von Solarzellen

Einen Fortschritt auf dem Weg hin zu effizienteren Solarzellen können Wissenschaftler der Universität des Saarlandes, aus Großbritannien und Japan verbuchen. Die Forscher haben herausgefunden, dass das verbreitete organische Halbleitermaterial Pentacen das Sonnenlicht effizienter in Elektrizität umwandeln kann, wenn die Pentacen-Moleküle auf bestimmte Art und Weise angeordnet sind. Die Beobachtung könnte zur Entwicklung einer neuen Generation von effizienteren Solarzellen auf Kohlenstoffbasis führen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse heute im renommierten Fachmagazin „Nature Communications“ veröffentlicht.

Ähnlich wie in einem Verbrennungsmotor im Auto die Zylinder entweder parallel oder in „V“-Form zueinander angeordnet sind, ordnen sich die Moleküle des Halbleitermaterials Pentacen an: Entweder liegen zwei Moleküle parallel oder in einem Winkel nebeneinander. Bisher war diese Erkenntnis in der Anwendung beim Bau von Solarzellen auf Basis von Pentacen eher nebensächlich. Dies könnte sich nun dank der Beobachtungen von Wissenschaftlern des Imperial College London, des University College London, der Universität Oxford, der Universität Kobe sowie der Universität des Saarlandes ändern.

Denn das internationale Forscherteam konnte erstmals mit Magnetresonanztomografie – bei Raumtemperatur und unter normalen Druckverhältnissen – beobachten, was geschieht, wenn Lichtstrahlen (Photonen) auf das Material treffen. Im Gegensatz zu den bisher verbreiteten spektroskopischen Untersuchungen haben die Wissenschaftler dabei eine bahnbrechende Beobachtung machen können, die die Effizienz von Solarzellen auf Pentacen-Basis deutlich steigern könnte: „Wenn Licht auf einen Halbleiter wie Pentacen fällt, erzeugt das einfallende Photon normalerweise einen angeregten Zustand. In einigen Systemen kann jedoch ein bemerkenswerter photophysikalischer Mechanismus auftreten, der als ‘Singulett-Spaltung’ bekannt ist, wobei ein Photon zwei angeregte Zustände erzeugt”, erläutert Professor Christopher Kay.

Der Chemiker von der Universität des Saarlandes und seine Kollegen konnten beobachten, dass die Lebensdauer dieser zweifach angeregten Zustände der Photonen bei parallel nebeneinanderliegenden Pentacen-Molekülen signifikant höher ist als bei V-förmig nebeneinanderliegenden Halbleitermolekülen. „Dies könnte letzten Endes zu einer deutlich effizienteren Ladungserzeugung führen“, erläutert Christopher Kay. Werden die Erkenntnisse des internationalen Forscherteams also zukünftig in noch zu entwickelnde industrielle Produktionsverfahren umgesetzt, könnte also bei ansonsten baugleichen Teilen aus einer Solarzelle mehr Elektrizität gewonnen werden als dies bisher der Fall ist.

Die Voraussetzungen dafür sind dank der Umstände, unter denen die Wissenschaftler ihre Entdeckung machten, ideal. Dr. Enrico Salvadori, Co-Autor aus London, erläutert dies: „Unsere Arbeiten sind einzigartig, da es uns erstmalig gelang, diese komplizierten Messungen erfolgreich bei Raumtemperatur durchzuführen. Deshalb werden unsere Untersuchungen für die Entwicklung realer Bauteile von Nutzen sein.“

 

Daphné Lubert-Perquel et al.: Identifying triplet pathways in dilute pentacene films,
DOI: 10.1038/s41467-018-06330-x, https://www.nature.com/articles/s41467-018-06330-x

 

Weitere Informationen erteilt:

Prof. Dr. Christopher Kay
Tel.: (0681) 3022213
E-Mail: christopher.kay(at)uni-saarland.de