Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Aus eins mach zwei!

26.06.2014

Marburger Physiker haben herausgefunden, wie die Anordnung der Moleküle in organischen Halbleitern die Besetzung energiearmer Zustände begünstigt oder hemmt, die ihrerseits den Wirkungsgrad von Solarzellen bestimmen.

Hierfür kombinierten die Forscher das Know-how ihrer Arbeitsgruppen und nutzten modernste Ultrakurzzeitspektroskopie, um diese Prozesse in hauchdünnen Molekülfilmen zu beobachten. Das Team berichtet vorab in einer Onlineveröffentlichung der Fachzeitschrift „ACS Nano“ über seine Ergebnisse.


Schematische Darstellung des „exciton fission“-Prozesses im molekularen Halbleiterkristall.

(Abbildung: Autoren)

„Molekulare Materialien gelten derzeit als Hoffnungsträger künftiger optoelektronischer Anwendungen“, erklärt Professor Dr. Gregor Witte von der Philipps-Universität, der an der aktuellen Publikation beteiligt ist. „So haben organische Leuchtdioden bereits die Marktreife erreicht und werden beispielsweise in Displays von Mobiltelefonen oder in Fernsehgeräten eingesetzt.“ Auch der umgekehrte Prozess werde derzeit intensiv untersucht, also die Umwandlung von Licht in elektrischen Strom mittels molekularer Materialien – die so genannte organische Photovoltaik.

Regt man Halbleiter mittels Licht an, so bilden sich Paare, die aus einem Elektron und einer Fehlstelle ohne Elektron bestehen – man spricht von Exzitonen. Molekulare Materialien erlauben den Zerfall eines Exzitons in zwei niederenergetischere, wodurch die Anzahl der angeregten Ladungsträger verdoppelt wird. Dieser „exciton fission“-Prozess ermöglicht höhere Wirkungsgrade als in Solarzellen aus anorganischen Materialien.

Die Marburger Wissenschaftler machten sich daran, den zugrunde liegenden Mechanismus zu identifizieren. Dazu untersuchten die Physiker hochkristalline, molekulare Halbleiterfilme von 50 Nanometer Dicke – das entspricht etwa einem Tausendsten der Breite eines Haares. Die Filme wurden auf transparenten Salzkristallen abgeschieden, um gezielt molekulare Ordnung zu erzwingen und damit alle Richtungen und Orientierungen optisch untersuchen zu können.

„So konnten wir erstmals eine Verbindung zwischen strukturellen und elektrischen Eigenschaften herstellen“, sagt Mitverfasser Privatdozent Dr. Sangam Chatterjee. „Dazu haben wir mit unserem Lasersystem die Kristalle aus allen Richtungen in Zeitlupe beobachtet und konnten genau sehen, in welchen Zuständen sich gerade Exzitonen befinden.“

Die Forscher verfolgten so die zeitliche Entwicklung der Exzitonenverdopplung mit Femtosekunden-Zeitauflösung (1 Femtosekunde = 0,000 000 000 000 001 Sekunden). „Dadurch konnten wir insbesondere den fundamentalen Zusammenhang zwischen dem molekularen Packungsmotiv und der ‚exciton fission‘ zeigen“, führt Witte aus: „Während eine parallele Stapelung diesen Prozess begünstigt, wurde er entlang kristalliner Achsen mit molekularer Zickzack-Anordnung nicht beobachtet.“ Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Forschungsarbeit dazu beiträgt, Solarzellen effizienter zu machen.

Die Studie zur „exciton fission“ entstand im Rahmen einer Kooperation der Arbeitsgruppen Optik/Laserspektroskopie und Molekulare Festkörperphysik an der Philipps-Universität, die von Sangam Chatterjee und Gregor Witte geleitet werden, und wurde durch den Sonderforschungsbereich „Struktur und Dynamik innerer Grenzflächen“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

Originalveröffentlichung: Kolja Kolata & al.: Molecular Packing Determines Singlet Exciton Fission in Organic Semiconductors,
ACS Nano 2014, doi: 10.1021/nn502544d,
URL: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn502544d

Weitere Informationen:
Ansprechpartner: PD Dr. Sangam Chatterjee,
AG Optik/Laserspektroskopie
Tel.: 06421 28-22115
E-Mail: sangam.chatterjee@physik.uni-marburg.de

Professor Dr. Gregor Witte,
AG Molekulare Festkörperphysik
Tel.: 06421 28-21384
E-Mail: gregor.witte@physik.uni-marburg.de

Johannes Scholten | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Eine Extra-Sekunde zum neuen Jahr
08.12.2016 | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

nachricht Heimcomputer entdecken rekordverdächtiges Pulsar-Neutronenstern-System
08.12.2016 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten

08.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Intelligente Filter für innovative Leichtbaukonstruktionen

08.12.2016 | Messenachrichten

Seminar: Ströme und Spannungen bedarfsgerecht schalten!

08.12.2016 | Seminare Workshops