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 Proteintransport - Stau in der Zelle
24.03.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität Stuttgart

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise