Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Organische Solarzellen - Ladung trennen leicht gemacht

25.07.2012
Organische Solarzellen sind dünn, flexibel und günstig. Nur an Effizienz mangelt es noch. Hier könnten Materialien helfen, die bisher ungenutztes rotes und infrarotes Sonnenlicht ernten. Wissenschaftler haben neue Seiten dieser Verbindungen entdeckt.

Organische Solarzellen können Sonnenenergie mit einer Ausbeute von aktuell rund neun Prozent in elektrische Energie umwandeln. Um diese Solarzellen wirtschaftlich zu nutzen, muss sich ihre Effizenz weiter erhöhen.

Ein Schritt in diese Richtung ist der Einsatz neuartiger Materialien, sogenannter Low-Bandgap Polymere. Diese Verbindungen besitzen besonders kleine Bandlücken. Bei einer Bandlücke handelt es sich um die Lücke oder Stufe, die ein Elektron überwinden muss, um in einen angeregten Zustand zu gelangen.

Rotes Licht reicht aus

In Low-Bandgap Polymeren gelingt die Anregung auch durch Sonnenlicht mit wenig Energie, wie beispielsweise rotes Licht. Doch zu der kleinen Bandlücke muss ein weiterer Faktor hinzukommen, denn sie allein kann nicht die gesamte gemessene Effizienzsteigerung erklären.

Ein Forscherteam um den LMU-Professor Jochen Feldmann ist dem fehlenden Puzzleteil nun auf die Spur gekommen. Über die systematische Untersuchung diverser Low-Bandgap Polymere mit Hilfe von Ultrakurzzeit-Spektroskopie erlangten die Physiker entscheidende Erkenntnisse über deren Funktionsprinzip und konnten zeigen: Ihre chemische Struktur weist deutlich mehr sogenannte schwächer gebundene Ladungspaare auf als herkömmliche Polymere.

Schwache Bindung – schnelle Trennung

Werden Elektronen angeregt, springen sie auf ein höheres Energieniveau und lassen ein virtuelles Loch zurück. Diese Trennung des Ladungspaares in negative Ladung (Elektronen) und positive Ladung („Löcher“) ist die Voraussetzung, dass Strom fließen kann. In herkömmlichen Polymeren muss für diese Trennung ein großer Spannungsverlust in Kauf genommen werden. Dieser könnte in Zukunft mit Low-Bandgap Polymeren reduziert werden, denn aufgrund ihrer besonderen Struktur entsteht ein erheblich größerer Teil an leichter zu trennenden Ladungspaaren, sogenannten Polaronen-Paaren.

„Die Entstehung von Polaronen-Paaren liegt in herkömmlichen Polymeren lediglich im einstelligen Prozentbereich, wohingegen wir in manchen Low-Bandgap Polymeren bis zu 25 Prozent nachweisen konnten“, erklärt Raphael Tautz, Erstautor der Studie. „In unserer Arbeit haben wir erstmals gezeigt, dass ihre spezielle Struktur mit wechselnden Bausteinen entlang der Polymerkette einen sehr großen Einfluss auf die Art der erzeugten Ladungsträgerpaare hat. Dies könnte bei der weiteren Verbesserung solcher Materialien ganz neue Möglichkeiten ergeben“.
Die Studie ist entstanden im Rahmen des Exzellenzclusters Nanosystems Initiative Munich (NIM) und basiert auf der erfolgreichen Zusammenarbeit mit Kollegen der Universitäten Wuppertal, Mons (Belgien) und Freiburg.
(Nature Communications, 24. Juli 2012) NIM

Kontakt:
Professor Dr. Jochen Feldmann
Lehrstuhl für Photonik und Optoelektronik
Department für Physik und CeNS
Tel: +49-89-2180-3356 or -3357 (Secretary)
Fax: +49-89-2180-3441
E-Mail: feldmann@lmu.de
http://www.phog.physik.lmu.de/index.html

Publikation:
Structural correlations in the generation of polaron pairs in low-bandgap polymers for photovoltaics. R. Tautz, E. da Como, T. Limmer, J. Feldmann, H.-J. Egelhaaf, E. von Hauff, V. Lemaur, D. Beljonne, S. Yilmaz, I. Dumsch, S. Allard and U. Scherf.

Nature Communications 4: 24. Juli 2012.

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/
http://www.phog.physik.lmu.de/index.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Forscher entwickeln effizientere Systeme für Brennstoffzellen und Kraft-Wärme-Kopplung
19.04.2017 | EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e. V.

nachricht Forscher entwickeln Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien aus Lignin aus der Zellstoffherstellung
18.04.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie