Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Welle oder Teilchen? Wie Licht in organischen Solarzellen in Strom umgewandelt wird

19.03.2013
Solarzellen sollen Licht möglichst effizient in elektrischen Strom umwandeln.

In der neuesten Ausgabe der Zeitschrift Nature Communications zeigt ein Team um die Oldenburger Wissenschaftler Prof. Dr. Christoph Lienau, Arbeitsgruppe „Ultraschnelle Nano-Optik“ am Institut für Physik, und Prof. Jens Christoffers, Arbeitsgruppe „Organische Synthese“ am Institut für Chemie: Der quantenmechanische Wellencharakter der Elektronen spielt offensichtlich eine ganz entscheidende Rolle für die Geschwindigkeit und Effizienz des Elektronentransfers.


Das Bild zeigt die lichtinduzierte Ladungsdichteverteilung innerhalb der supramolekularen Triade 30.48 Femtosekunden nach der optischen Anregung. Purpur entspricht einem Elektronenüberschuss, grün einem Elektronenmangel.

Organische Solarzellen absorbieren das Licht in einer Polymerschicht; daraus gehen anschließend Elektronen in die umliegende Akzeptorschicht. Dieser Elektronentransfer läuft auf enorm schnellen Zeitskalen von nur wenigen zehn oder hundert Femtosekunden ab (eine Femtosekunde ist der Billiardste Teil einer Sekunde. „Inspiriert von theoretischen Arbeiten unserer italienischen Kooperationspartner aus Modena haben wir ein vereinfachtes Modellsystem für eine organische Solarzelle, eine supramolekulare Triade, synthetisiert“, sagt Lienau.

Mit ausgeklügelten und zeitlich höchstauflösenden Lasertechniken gelang es der Oldenburger Physikerin Sarah Falke zusammen mit Partnern aus dem Team von Professor Giulio Cerullo in Mailand, ein „Video“ der lichtinduzierten Elektronenbewegung aufzunehmen. „Wir konnten die optischen Eigenschaften dieser supramolekularen Triade zum ersten Mal mit einer Zeitauflösung von weniger als 10 Femtosekunden untersuchen“, sagt Falke. „Dabei sehen wir, wie die Elektronen als quantenmechanische Wellenpakete ein paar Mal zwischen Lichtabsorber und Elektronenakzeptor hin- und heroszillieren, bevor sie im Akzeptor gefangen bleiben.“

Entscheidend für diesen Erfolg war die enge Zusammenarbeit zwischen Chemie, experimenteller und theoretischer Physik. "Unsere Ergebnisse werfen ein neues Licht auf die Elementarprozesse der Licht-Strom-Wandlung in organischen Solarzellen“, sagt Lienau. „Wir versuchen, sie rasch durch Untersuchung weiterer Modellsysteme zu bestätigen und hoffen, dass ein verbessertes Verständnis des Elektronentransfers mittelfristig auch zur Effizienzsteigerung der Solarzellen beitragen wird.“ Die Arbeiten würfen aber auch neue Fragen auf: „Wir wissen zum Beispiel noch nicht genau, mit welchen quantenmechanischen Methoden wir die Licht-Strom-Wandlung in solch komplexen Solarzellen überhaupt quantitativ beschreiben können.“ Diese Fragen versuchen die Oldenburger Forscher im Rahmen des EU-Projekts „CRONOS: Modelling Ultrafast Dynamics in Materials“ zu beantworten.

C. A. Rozzi et al., Quantum coherence controls the charge separation in a prototypical artificial light-harvesting system, Nature Communications 4, XXX (2013), doi: 10.1038/ncomms2603.

Kontakt: Prof. Dr. Christoph Lienau, Institut für Physik, AG Ultraschnelle Nano-Optik, Tel.: 0441/798-3485, E-Mail: christoph.lienau@uni-oldenburg.de

Dr. Corinna Dahm-Brey | idw
Weitere Informationen:
http://www.uno.uni-oldenburg.de/
http://www.cronostheory.eu/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

nachricht Innovative High Power LED Light Engine für den UV Bereich
22.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

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: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Im Focus: Forscher entschlüsseln erstmals intaktes Virus atomgenau mit Röntgenlaser

Bahnbrechende Untersuchungsmethode beschleunigt Proteinanalyse um ein Vielfaches

Ein internationales Forscherteam hat erstmals mit einem Röntgenlaser die atomgenaue Struktur eines intakten Viruspartikels entschlüsselt. Die verwendete...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

Forschung zu Stressbewältigung wird diskutiert

21.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt

22.06.2017 | Physik Astronomie

Evolutionsbiologie: Wie die Zellen zu ihren Kraftwerken kamen

22.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Spinflüssigkeiten – zurück zu den Anfängen

22.06.2017 | Physik Astronomie