Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ladungstransfer innerhalb von Übergangsmetall-Farbstoffen analysiert

09.07.2019

In farbstoffbasierten Solarzellen sorgen Übergangsmetall-Komplexe dafür, dass Licht in elektrische Energie umgewandelt wird. Bisher ging man davon aus, dass innerhalb des Moleküls eine räumliche Ladungstrennung stattfindet. Dass dies eine zu simple Beschreibung des Prozesses ist, zeigt eine Analyse an BESSY II. Erstmals hat dort ein Team die fundamentalen elektronischen Prozesse rund um das Metallatom und seine Liganden untersucht. Die Arbeit ist in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie, International Edition“ erschienen und stellt das Titelbild.

Organische Solarzellen wie die Grätzel-Zelle bestehen aus Farbstoffen, die auf Übergangsmetall-Komplex-Verbindungen basieren. Sonnenlicht regt die äußeren Elektronen des Komplexes so an, dass sie von Orbitalen am Metallzentrum in Orbitale angrenzender Verbindungen transportiert werden.


Ein Röntgenpuls untersucht die Delokalisierung von Eisen 3d-Elektronen auf anliegende Liganden.

M. Künsting/HZB

Bisher ging man davon aus, dass bei diesem Prozess Ladungsträger räumlich getrennt werden, welche dann abgezogen werden, sodass ein elektrischer Strom fließen kann. Dass dies nicht so ist, hat nun ein Team um Alexander Föhlisch am HZB aufklären können.

Mithilfe der kurzen Röntgenpulse von BESSY II im Low-Alpha-Betrieb konnten sie Schritt für Schritt verfolgen, welche Prozesse die Anregung durch Licht (Laserpuls) in einem Eisenkomplex auslöst. „Wir können direkt beobachten, wie der Laserpuls die 3d-Orbitale am Metall entvölkert“, erklärt Raphael Jay, Doktorand und Erstautor der Studie.

Mit Hilfe von theoretischen Berechnungen konnten sie die Messdaten aus der zeitaufgelösten Röntgenabsorptions-Spektroskopie sehr genau interpretieren. Dabei ergibt sich folgendes Bild: Der Laserpuls sorgt zunächst tatsächlich dafür, dass Elektronen vom 3d-Orbital des Eisenatoms auf die angrenzenden Liganden delokalisiert werden.

Diese Liganden schieben allerdings ihrerseits sofort Ladung zurück in Richtung des Metall-Atoms, wodurch der Verlust elektronischer Ladung am Metall und die damit ursprünglich verbundene Ladungstrennung sofort kompensiert wird.

Diese Erkenntnisse könnten dazu beitragen, neue Materialien für Farbstoffsolarzellen zu entwickeln. Denn bisher werden standardmäßig Ruthenium-Komplexe in organischen Solarzellen verwendet. Ruthenium ist jedoch ein seltenes Element und entsprechend teuer.

Eisen-Komplexe wären deutlich billiger, weisen aber hohe Rekombinationsraten auf. Weitere Untersuchungen werden zeigen, worauf es bei Übergangsmetall-Komplexen ankommt, damit Licht effizient in elektrische Energie umgewandelt werden kann.

Covalency-driven preservation of local charge densities in a metal-to-ligand charge-transfer excited iron photosensitizer

Raphael M. Jay, Sebastian Eckert, Vinícius Vaz da Cruz, Mattis Fondell, Rolf Mitzner, and Alexander Föhlisch

Angewandte Chemie International Edition

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Alexander Föhlisch
E-Mail: alexander.foehlisch@helmholtz-berlin.de

Raphael Jay
E-Mail: raphael.jay@helmholtz-berlin.de

Originalpublikation:

Doi: 10.1002/anie.201904761

Weitere Informationen:

https://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=20614;sprache=de;seitenid=...
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201904761

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Bessere Wärmeleitfähigkeit durch geänderte Atomanordnung
19.07.2019 | Universität Basel

nachricht Chemie des kosmologischen Dunklen Zeitalters im Labor untersucht
19.07.2019 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

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: Bessere Wärmeleitfähigkeit durch geänderte Atomanordnung

Die Anpassung der Wärmeleitfähigkeit von Materialien ist eine aktuelle Herausforderung in den Nanowissenschaften. Forschende der Universität Basel haben mit Kolleginnen und Kollegen aus den Niederlanden und Spanien gezeigt, dass sich allein durch die Anordnung von Atomen in Nanodrähten atomare Vibrationen steuern lassen, welche die Wärmeleitfähigkeit bestimmen. Die Wissenschaftler veröffentlichten die Ergebnisse kürzlich im Fachblatt «Nano Letters».

In der Elektronik- und Computerindustrie werden die Komponenten immer kleiner und leistungsfähiger. Problematisch ist dabei die Wärmeentwicklung, die durch...

Im Focus: Better thermal conductivity by adjusting the arrangement of atoms

Adjusting the thermal conductivity of materials is one of the challenges nanoscience is currently facing. Together with colleagues from the Netherlands and Spain, researchers from the University of Basel have shown that the atomic vibrations that determine heat generation in nanowires can be controlled through the arrangement of atoms alone. The scientists will publish the results shortly in the journal Nano Letters.

In the electronics and computer industry, components are becoming ever smaller and more powerful. However, there are problems with the heat generation. It is...

Im Focus: Nanopartikel mit neuartigen elektronischen Eigenschaften

Forscher der FAU haben Konzept zur Steuerung von Nanopartikeln entwickelt

Die optischen und elektronischen Eigenschaften von Aluminiumoxid-Nanopartikeln, die eigentlich elektronisch inert und optisch inaktiv sind, können gesteuert...

Im Focus: First-ever visualizations of electrical gating effects on electronic structure

Scientists have visualised the electronic structure in a microelectronic device for the first time, opening up opportunities for finely-tuned high performance electronic devices.

Physicists from the University of Warwick and the University of Washington have developed a technique to measure the energy and momentum of electrons in...

Im Focus: Neues Verfahren für den Kampf gegen Viren

Forschende der Fraunhofer-Gesellschaft in Sulzbach und Regensburg arbeiten im Projekt ViroSens gemeinsam mit Industriepartnern an einem neuartigen Analyseverfahren, um die Wirksamkeitsprüfung von Impfstoffen effizienter und kostengünstiger zu machen. Die Methode kombiniert elektrochemische Sensorik und Biotechnologie und ermöglicht erstmals eine komplett automatisierte Analyse des Infektionszustands von Testzellen.

Die Meisten sehen Impfungen als einen Segen der modernen Medizin, da sie vor gefährlichen Viruserkrankungen schützen. Doch bevor es ein Impfstoff in die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Testzone für die KI-gestützte Produktion

18.07.2019 | Veranstaltungen

„World Brain Day“ zum Thema Migräne: individualisierte Therapie statt Schmerzmittelübergebrauch

18.07.2019 | Veranstaltungen

Kosmos-Konferenz: Navigating the Sustainability Transformation in the 21st Century

17.07.2019 | Veranstaltungen

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

Vielfältiger einsetzbare Materialien

19.07.2019 | Biowissenschaften Chemie

Regulation des Wurzelwachstums aus der Ferne

19.07.2019 | Biowissenschaften Chemie

Bessere Wärmeleitfähigkeit durch geänderte Atomanordnung

19.07.2019 | Physik Astronomie

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