Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nanoröhren speichern Lichtenergie länger als gedacht

24.01.2014
Winzige Röhren aus Kohlenstoff haben als effiziente Wandler von Licht zu Elektrizität ein größeres Potenzial als bisher geglaubt. Diese Eigenschaft, die Würzburger Forscher offengelegt haben, könnte für optische Sensoren und die Solartechnik dienlich sein.

Ob in der Solartechnik oder in speziellen Lichtsensoren: Der effizienten Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom kommt in der Zukunft eine immer größere Rolle zu. Doch auf diesem Gebiet gibt es – bei den marktüblichen Silizium-Solarzellen wie auch bei anderen Technologien – noch eine Herausforderung zu meistern.

Die besteht darin, auch Licht von geringerer Energie, wie es in der Sonnenstrahlung massig vorhanden ist, zu Strom zu machen. Weil Silizium-Solarzellen das nicht schaffen, können sie nicht mehr als ein Viertel der Sonnenenergie ausnutzen.

Um das Repertoire von Detektortechnologien und der Solartechnik zu erweitern, hat die Wissenschaft darum auch andere Materialien im Blick – zum Beispiel Nanoröhren aus reinem Kohlenstoff. Diese winzigen Gebilde sind etwa tausend Mal dünner als Haare und leiten elektrischen Strom sehr gut. Erste Solarzellen aus solchen Nanoröhren wurden versuchsweise vor einigen Jahren hergestellt; ihr Wirkungsgrad liegt derzeit bei einem Prozent.

Ob und wie sich dieses Potenzial steigern lässt, das erforschen an der Universität Würzburg die Teams der Professoren Tobias Hertel (Physikalische Chemie) und Vladimir Dyakonov (Experimentelle Physik). Die Wissenschaftler haben grundlegende Prozesse im Blick, die in den Kohlenstoff-Nanoröhren ablaufen: Was passiert mit der Lichtenergie, wenn sie absorbiert wird? Wie wird sie in elektrischen Strom umgewandelt? Und warum geht ein Teil der Energie verloren?

Erstmals Triplett-Zustände charakterisiert

Bei ihrer Arbeit ist den Würzburgern eine weltweite Premiere gelungen, über die das Fachjournal „Nature Photonics“ berichtet hat: Mit einer ausgeklügelten spektroskopischen Technik haben sie in den Nanoröhren diejenigen Elektronen sichtbar gemacht, die sich – angeregt durch Licht – im energetisch „aufgeladenen“ Triplett-Zustand befinden.

Der Triplett-Zustand hatte sich einer genauen Beschreibung bislang entzogen. Durch die Messungen der Forscher steht nun unter anderem fest: In diesem Zustand behalten Nanoröhren ihre Anregungsenergie eine Million Mal länger als im Singulett-Zustand – letzterer ist so kurzlebig, dass er fast seine gesamte Energie als Wärme abgibt, bevor sie sich in elektrischen Strom ummünzen lässt.

Schlüssel für höheren Wirkungsgrad?

„Das bedeutet vielleicht, dass die Triplett-Zustände ein Schlüssel sind, um die Lichtenergie in Kohlenstoff-Nanoröhren besser ausnutzen zu können“, erklärt Hertel. Diese Erkenntnis sei für das Verständnis lichtphysikalischer Prozesse in Kohlenstoff-Nanoröhren geradezu ein Meilenstein, so die einhellige Meinung der Würzburger Wissenschaftler.

Nachdem die Elektronen im Triplett-Zustand nun kein Dasein im Verborgenen mehr fristen, wollen die Forscher sie genauer untersuchen. „Wir haben gesehen, dass es eine ganze Familie von Triplett-Zuständen gibt“, sagt Hertel. Als nächstes soll darum geklärt werden, wie sich die Familienmitglieder voneinander unterscheiden. Zudem gilt es neue Methoden zu entwickeln, um die Lebensdauer dieser Elektronen-Zustände noch besser bestimmen zu können.

Kontakt

Prof. Dr. Tobias Hertel, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Würzburg, T (0931) 31-86300, tobias.hertel@uni-wuerzburg.de

Triplet-triplet exciton dynamics in single-wall carbon nanotubes, Dominik Stich, Florian Späth, Hannes Kraus, Andreas Sperlich, Vladimir Dyakonov, and Tobias Hertel, Nature Photonics, 8. Dezember 2013, DOI: 10.1038/nphoton.2013.316

Robert Emmerich | Uni Würzburg
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht IT-Kühlung: So schaffen Kleinbetriebe den Sprung in die IT-Profiliga
23.09.2016 | Rittal GmbH & Co. KG

nachricht Plug & Play: Drei auf einen Streich
29.09.2016 | Rittal GmbH & Co. KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise