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 Fraunhofer-Forscher entwickeln Hochdrucksensoren für Extremtemperaturen
28.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

nachricht Mit unkonfektionierten Kabeln durch die Schaltschrankwand
26.06.2017 | PHOENIX CONTACT 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: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

EUROSTARS-Projekt gestartet - mHealth-Lösung: time4you Forschungs- und Entwicklungspartner bei IMPACHS

28.06.2017 | Unternehmensmeldung

Proteine entdecken, zählen, katalogisieren

28.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Scheinwerfer-Dimension: Volladaptive Lichtverteilung in Echtzeit

28.06.2017 | Automotive