Sonnenlicht besser nutzen Neues Molekül-Design für mehr Solarpower

Durch die Anwendung von Spektroskopie im Femtosekundenbereich zielt das Forschungsteam darauf ab, ein tiefgreifendes Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse zu erlangen und die Entwicklung neuartiger Molekülklassen voranzutreiben.

Bild: publish-industry / DALL·E
07.02.2024

Mit einem neuen Ansatz, der auf verbesserten kohlenstoffreichen Molekülen basiert, streben Chemiker danach, die Effizienz der Sonnenlichtnutzung signifikant zu steigern und somit die Erzeugung elektrischen Stroms zu revolutionieren.

Mit optimierten kohlenstoffreichen Molekülen wollen Chemiker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) die Grenzen organischer Fotovoltaik erweitern.

Entwicklung neuer Molekülklassen

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.

Kombination von Prozessen

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.

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