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19.07.2024

12.02.2024

Höherer Wirkungsgrad organischer Fotovoltaik durch neues Molekül-Design

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Mit optimierten kohlenstoffreichen Molekülen wollen Chemiker der FAU die Grenzen organischer Fotovoltaik erweitern. Im Projekt UP&DOWN sollen Kohlenstoffverbindungen so designt werden, dass einfallendes Sonnenlicht deutlich effizienter genutzt wird und damit mehr elektrischen Strom erzeugt. Spektroskopie im Femtosekundenbereich soll dabei helfen, die zugrundeliegenden Prozesse besser zu verstehen und die Entwicklung der neuen Molekülklassen beschleunigen.

An der FAU wird intensiv daran geforscht, organische Solarmodule auf Basis von Kohlenstoffverbindungen leistungsfähiger zu machen. Ein erfolgversprechender Ansatz ist die optimierte Nutzung der Singulett-Spaltung (SF) und der Triplett-Triplett-Annihilation (TTA).

Bei der SF erzeugt ein energiereiches Photon nicht nur ein, sondern gleich zwei angeregte Zustände, bei der TTA werden zwei energiearme Photonen genutzt, um ein Molekül über Zwischenschritte auf eine deutlich höhere Energiestufe zu heben. Das grundlegende Verständnis dieser beiden Mechanismen ist dazu geeignet und notwendig, Solarmodule mit deutlich höherem Wirkungsgrad zu entwickeln.

Forschende am Lehrstuhl für Physikalische Chemie I um Prof. Dr. Dirk Guldi und Prof. Dr. Rik R. Tykwinski von der University of Alberta, Kanada, wollen Materialien entwickeln, die es ermöglichen, beide Prozesse in einem Fotovoltaikmodul zu kombinieren. Das neue Projekt "Verbesserte Solarenergie-Gewinnung durch Optimierung der Auf- und Abkonversion in organischen Molekülen (UP&DOWN)" konzentriert sich dabei auf Acene - aromatische Kohlenwasserstoffe, die aus einer linearen Kette von Benzolringen bestehen.

Die Idee der Forschenden ist es, einzelne Ringe durch andere Molekülgruppen zu ersetzen und damit die Eigenschaften des organischen Materials zu optimieren. Durch modernste Spektroskopie sollen die Reaktionen dieser neuen Moleküle im Femtosekundenbereich - eine Femtosekunde entspricht einer Billiardstelsekunde - beobachtet und die oben genannten Reaktionsmechanismen aufgeklärt werden.

UP&DOWN ist aus dem FAU-eigenen Projekt "Singlet fission in novel organic materials - an approach towards highly-efficient solar cells" hervorgegangen, das sich speziell auf die Singulett-Spaltung konzentrierte und von der Emerging Fields Initiative (EFI) gefördert wurde. Mit der EFI unterstützt die FAU besonders risikoreiche, interdisziplinär angelegte Verbundvorhaben innerhalb der Universität.

Quelle: Universität Erlangen-Nürnberg