Hybride aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Ferrocen-Molekülen als Basis für neuartige Solarzellen?

Unsere herkömmliche Elektronik wird in nicht allzu ferner Zukunft abgelöst werden, denn die Silizium-Halbleiter-Technik stößt an ihre Grenzen, was Miniaturisierung, Schnelligkeit und Effizienz angeht. Als eine der möglichen Alternativen profilieren sich derzeit Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Dank ihrer interessanten elektrischen Eigenschaften eignet sich diese spezielle Kohlenstoff-Modifikation sowohl für elektronische Bauelemente als auch für Nanodrähte.

Einige Bauelemente, wie Transistoren, konnten bereits mit Nanoröhrchen nachempfunden werden. Durch gezielte Funktionalisierung der Nanoröhrchen, das heißt Anknüpfen von chemischen Atomgruppierungen, könnte das Repertoire an realisierbaren Bauelementen erweitert werden. So schuf ein Forscherteam um Dirk M. Guldi (University of Notre Dame, USA), Francesco Paolucci (Universität Bologna, Italien) und Maurizio Prato (Universität Triest, Italien) nun einen möglichen Ausgangspunkt für Solarzellen auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhrchen.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen kann man sich als eine aufgrollte Graphit-Lage vorstellen: relativ lange, sehr dünne Hohlzylinder, deren Wand aus sechseckigen Waben aus Kohlenstoffatomen aufgebaut ist. Über einen molekularen „Anker“ und eine „Ankerkette“ knüpften die Forscher Ferrocen-Einheiten an die Wände der Röhrchen. Dabei kommt es zu einem Ringschluss zwischen Atomen des „Ankers“ und zwei Kohlenstoffatomen des Nanoröhrchens – daher nennt man diese Reaktion eine „Cycloaddition“.

Bei dem verankerten Baustein, Ferrocen, handelt es sich um einen so genannten Sandwich-Komplex: Zwei flache Kohlenstoff-Fünfringe als „Brotscheiben“ nehmen als „Belag“ ein Eisenatom in ihre Mitte. Etwa einen Sandwich pro hundert Nanoröhrchen-Kohlenstoffatome bauten die Forscher an. Das Besondere dieser Eisen-Sandwiches: Sie sind Elektronen-Donoren, das heißt, sie haben mehr Elektronen zur Verfügung, als ihnen eigentlich lieb ist. Relativ leicht kann sich daher eines Ihrer Elektronen auf Wanderschaft begeben. Werden die Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich bestrahlt, fungieren sie als Elektronen-Akzeptoren und nehmen diese freigesetzten Elektronen auf.

„Diese Ladungstrennung ist langlebig genug, um die Elektronen ableiten und nutzen zu können,“ sagt Guldi. „Damit sind die ersten Voraussetzungen für die Entwicklung von Solarzellen auf der Basis von modifizierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen erfüllt.“

Kontakt:

Dr. D. M. Guldi
Radiation Laboratory
University of Notre Dame
Notre Dame, Indiana 46556, USA
Fax: (+1) 574-631-8068
E-mail: guldi.1@nd.edu

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