Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Aus zwei mach eins: Wie aus grünem Licht blaues wird

10.08.2016

Die Hochkonversion von Photonen ermöglicht, Licht effizienter zu nutzen: Zwei Lichtteilchen werden in ein Lichtteilchen mit höherer Energie umgewandelt. Forscher am KIT haben nun erstmals gezeigt, dass innere Grenzflächen zwischen oberflächengebundenen metallorganischen Gerüstverbindungen (SURMOFs) sich optimal dafür eignen – sie haben aus grünem Licht blaues Licht gemacht. Dieses Ergebnis wurde nun in der Fachzeitschrift Advanced Materials vorgestellt und eröffnet neue Möglichkeiten für optoelektronische Anwendungen wie Solarzellen oder Leuchtdioden. (DOI: 10.1002/adma.201601718)

Metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs – Metal Organic-Frameworks) sind hochgeordnete molekulare Systeme aus metallischen Knotenpunkten und organischen Streben. Am Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) des KIT haben Forscher MOFs entwickelt, die schichtweise auf der Oberfläche von Substraten wachsen.


Photonen-Hochkonversion: Die Energieübertragung zwischen den Molekülen basiert auf einem Austausch von Elektronen (Dexter-Transfer)

Abbildung: Michael Oldenburg

Diese SURMOFs (Surface Mounted Metal Organic Frameworks) lassen sich aus vielfältigen Materialien herstellen und mit verschiedenen Porengrößen und chemischen Funktionalitäten für ein breites Spektrum von Anwendungen maßschneidern, beispielsweise für Sensoren, Katalysatoren, Membranen, in der Medizintechnik oder als intelligente Speicher.

Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich liegt in der Optoelektronik, das heißt in Bauteilen, die Licht in elektrische Energie oder elektrische Energie in Licht umwandeln. Viele dieser Bauteile funktionieren auf der Basis von Halbleitern. „Die SURMOFs vereinen Vorteile organischer und anorganischer Halbleiter“, erklärt Professor Christof Wöll, der Leiter des IFG. „Sie verbinden chemische Vielfalt und Kristallinität und ermöglichen den Aufbau geordneter Heterostrukturen.“

In vielen optoelektronischen Bauteilen kontrolliert ein sogenannter Heteroübergang – eine Grenzschicht zwischen zwei unterschiedlichen Halbleitermaterialien – den Energietransfer zwischen den verschiedenen Anregungszuständen. Forscher des Instituts für Mikrostrukturtechnik (IMT) des KIT haben nun einen neuen Huckepack-SURMOF geschaffen, indem sie einen zweiten SURMOF auf einem ersten epitaktisch, das heißt schichtweise, aufwachsen lassen.

An diesem Heteroübergang gelang es, eine Photonen-Hochkonversion zur erreichen. Dabei werden zwei Photonen mit niedrigerer Energie in ein Photon mit höherer Energie umgewandelt, sozusagen verschmolzen. „So wird aus grünem Licht blaues Licht, das kurzwelliger und energiereicher ist. Sehr wichtig für die Photovoltaik“, erläutert Professor Bryce Richards, Leiter des IMT. Ihre Arbeit stellen die Wissenschaftler in „Advanced Materials“ vor, einer der weltweit führenden Zeitschriften zur Materialforschung.

Der von den Karlsruher Forschern gezeigte Prozess der Photonen-Hochkonversion basiert auf der sogenannten Triplett-Triplett-Annihilierung. Zwei Moleküle sind involviert: ein Sensibilisatormolekül, das Photonen, das heißt Lichtteilchen, absorbiert und Triplett-Anregungszustände erzeugt, und ein Emitter-Molekül, das diese Triplett-Anregungszustände übernimmt und über Triplett-Triplett-Annihilierung ein Photon aussendet, das energiereicher ist als die ursprünglich absorbierten Photonen.

„Die Herausforderung besteht darin, diesen Prozess möglichst effizient zu gestalten“, erklärt Dr. Ian Howard, Nachwuchsgruppenleiter am IMT. „Wir haben die Sensibilisator- und Emitterschichten so aufeinander abgestimmt, dass wir eine niedrige Konversionsschwelle und zugleich eine hohe Lichtausbeute erreicht haben.“

Da der Triplett-Transfer auf einem Austausch von Elektronen beruht, schließt der gezeigte Prozess der Photonen-Hochkonversion einen Elektronentransfer über die Grenzschicht zwischen den beiden SURMOFs ein. Dies legt nahe, dass sich SURMOF-SURMOF-Heteroübergänge für viele optoelektronische Anwendungen eignen, beispielsweise Leuchtdioden und Solarzellen. Heutige Solarzellen sind in ihrem Wirkungsgrad unter anderem dadurch begrenzt, dass sie nur Photonen mit einer bestimmten Mindestenergie zur Stromerzeugung nutzen können. Eine Hochkonversion könnte Photovoltaik deutlich effizienter machen.

Michael Oldenburg, Andrey Turshatov, Dmitry Busko, Stephanie Wollgarten, Michael Adams, Nicolò Baroni, Alexander Welle, Engelbert Redel, Christof Wöll, Bryce S. Richards, and Ian A. Howard: Photon Upconversion at Crystalline Organic-Organic Heterojunctions. Advanced Materials, 2016. DOI: 10.1002/adma.201601718

Weiterer Kontakt:
Kosta Schinarakis, PKM – Themenscout, Tel.: +49 721 608 41956, Fax: +49 721 608 43658, E-Mail: schinarakis@kit.edu

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verbindet seine drei Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation zu einer Mission. Mit rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 25 000 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas.

KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

Das KIT ist seit 2010 als familiengerechte Hochschule zertifiziert.

Diese Presseinformation ist im Internet abrufbar unter: www.kit.edu

Monika Landgraf | Karlsruher Institut für Technologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Erster Atemzug prägt Immunsystem nachhaltig
22.02.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

nachricht Wie Proteine zueinander finden
21.02.2017 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Neue Prozesstechnik für effizientes Bohren und Schneiden auf der LASER CHINA

22.02.2017 | Messenachrichten

IHP-Forschungsteam verbessert Zuverlässigkeit beim automatisierten Fahren

22.02.2017 | Automotive