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 EU-Projekt SONAR: Bessere Batterien für Strom aus erneuerbaren Energiequellen
16.01.2020 | Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI

nachricht Von der Fledermausblume zur Sonarnavigation
15.01.2020 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

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: Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

Styropor oder Kupfer – beide Materialien weisen stark unterschiedliche Eigenschaften auf, was ihre Fähigkeit betrifft, Wärme zu leiten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz und der Universität Bayreuth haben nun gemeinsam ein neuartiges, extrem dünnes und transparentes Material entwickelt und charakterisiert, welches richtungsabhängig unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweist. Während es in einer Richtung extrem gut Wärme leiten kann, zeigt es in der anderen Richtung gute Wärmeisolation.

Wärmeisolation und Wärmeleitung spielen in unserem Alltag eine entscheidende Rolle – angefangen von Computerprozessoren, bei denen es wichtig ist, Wärme...

Im Focus: Miniature double glazing: Material developed which is heat-insulating and heat-conducting at the same time

Styrofoam or copper - both materials have very different properties with regard to their ability to conduct heat. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz and the University of Bayreuth have now jointly developed and characterized a novel, extremely thin and transparent material that has different thermal conduction properties depending on the direction. While it can conduct heat extremely well in one direction, it shows good thermal insulation in the other direction.

Thermal insulation and thermal conduction play a crucial role in our everyday lives - from computer processors, where it is important to dissipate heat as...

Im Focus: Fraunhofer IAF errichtet ein Applikationslabor für Quantensensorik

Um den Transfer von Forschungsentwicklungen aus dem Bereich der Quantensensorik in industrielle Anwendungen voranzubringen, entsteht am Fraunhofer IAF ein Applikationslabor. Damit sollen interessierte Unternehmen und insbesondere regionale KMU sowie Start-ups die Möglichkeit erhalten, das Innovationspotenzial von Quantensensoren für ihre spezifischen Anforderungen zu evaluieren. Sowohl das Land Baden-Württemberg als auch die Fraunhofer-Gesellschaft fördern das auf vier Jahre angelegte Vorhaben mit jeweils einer Million Euro.

Das Applikationslabor wird im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »QMag«, kurz für Quantenmagnetometrie, errichtet. In dem Projekt entwickeln Forschende von...

Im Focus: Fraunhofer IAF establishes an application laboratory for quantum sensors

In order to advance the transfer of research developments from the field of quantum sensor technology into industrial applications, an application laboratory is being established at Fraunhofer IAF. This will enable interested companies and especially regional SMEs and start-ups to evaluate the innovation potential of quantum sensors for their specific requirements. Both the state of Baden-Württemberg and the Fraunhofer-Gesellschaft are supporting the four-year project with one million euros each.

The application laboratory is being set up as part of the Fraunhofer lighthouse project »QMag«, short for quantum magnetometry. In this project, researchers...

Im Focus: Wie Zellen ihr Skelett bilden

Wissenschaftler erforschen die Entstehung sogenannter Mikrotubuli

Zellen benötigen für viele wichtige Prozesse wie Zellteilung und zelluläre Transportvorgänge strukturgebende Filamente, sogenannte Mikrotubuli.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

11. Tagung Kraftwerk Batterie - Advanced Battery Power Conference am 24-25. März 2020 in Münster/Germany

16.01.2020 | Veranstaltungen

Leben auf dem Mars: Woher kommt das Methan?

16.01.2020 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2020

16.01.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Chemiker lassen Bor-Atome wandern

17.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Infektiöse Proteine bei Alzheimer

17.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

17.01.2020 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics