Organische Photovoltaik: Neues Molekül-Design soll Wirkungsgrad steigern

Mit optimierten kohlenstoffreichen Molekülen wollen Chemikerinnen und Chemiker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) die Grenzen der organischen Photovoltaik erweitern und den Wirkungsgrad steigern. Im Projekt Up&Down wollen sie Kohlenstoffverbindungen so designen, dass diese einfallendes Sonnenlicht deutlich effizienter nutzen können als bisherige Moleküle und damit mehr elektrischen Strom erzeugen. Spektroskopie im Femtosekundenbereich soll dabei helfen, die zugrundeliegenden Prozesse besser zu verstehen und die Entwicklung der neuen Molekülklassen beschleunigen.

An der FAU forschen Wissenschaftler:innen intensiv daran, 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 laut der Forscher:innen notwendig, Solarmodule mit deutlich höherem Wirkungsgrad zu entwickeln.

Acene versprechen hohen Wirkungsgrad in der organischen Photovoltaik

In dem neuen Projekt wollen Forscher:innen vom Lehrstuhl für Physikalische Chemie I um Professor Dirk Guldi gemeinsam mit Kolleg:innen von der University of Alberta in Kanada Materialien entwickeln, die es ermöglichen, beide Prozesse in einem Photovoltaik-Modul zu kombinieren. Das Projekt „Verbesserte Solarenergie-Gewinnung durch Optimierung der Auf- und Abkonversion in organischen Molekülen (Up&Down)“ konzentriert sich dabei auf Acene. Acene sind aromatische Kohlenwasserstoffe, die aus einer linearen Kette von Benzolringen bestehen. Dabei ist die Idee der Forschenden, einzelne Ringe durch andere Molekülgruppen zu ersetzen und damit die Eigenschaften des organischen Materials zu optimieren. Durch modernste Spektroskopie wollen die Wissenschafler:innen Reaktionen dieser neuen Moleküle im Femtosekundenbereich beobachten und die oben genannten Reaktionsmechanismen aufklären.

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 die die Emerging Fields Initiative (EFI) gefördert hatte. Mit der EFI unterstützt die FAU besonders risikoreiche, interdisziplinär angelegte Verbundvorhaben innerhalb der Universität.

Quelle: FAU | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH