Ein Forscherteam hat neue Details herausgefunden, wie sich die Ladungstrennung in organischen Solarzellen aufrecht erhalten lässt. Das ist ein nächster Schritt auf dem Weg zur Herstellung effizienter organischer Solarfolien.
Ein Team aus kanadischen, britischen und zyprischen Forscher hat sich der verbesserten Ladungstrennung in organischen Solarzellen gewidmet. „Bisher verstehen die Wissenschaftler noch nicht vollständig, wie Solarmodule aus ‚Plastik‘ arbeiten, was die Verbesserungen der Kosteneffizienz komplizierter gestaltet und so den breiten Einsatz dieser Technologie blockiert“, erklären die Wissenschaftler von der Universität Montreal, dem Science and Technology Facility Council (STFC) und dem Imerial College in London sowie der Universität Zypern in Nikosia. Deshalb haben sie jetzt untersucht, wie das Licht die Chemikalien in den Solarmodulen anregt und wie die Ladungsträger erzeugt werden.
Material mit Laser beschossen
Die Forscher haben dazu das Material mit einem monochromatischen – also einfarbigen – Laserstrahl angeregt. Der Unterschied zwischen der Wellenlänge des eintretenden und des austretenden Lichts erlaubt den Forschern Aussagen über die Veränderungen des Materials während des Laserbeschusses zu machen. „Mittels dieser sogenannten Raman-Spektroskopie können wir Details erkennen, wie sich die chemischen Bindungen während der schnellen chemischen Reaktionen verändern“, erklärt Tony Parker vom STFC. „Die Laser liefern uns Informationen über die Schwingungen der Moleküle und wie diese mit den Impulsen des Laserlichts interagieren.“
Ladungstrennung aufrecht erhalten
Im Ergebnis ihrer Untersuchung stellten die Wissenschaftler fest, dass innerhalb von 300 Femtosekunden nachdem sich das Elektron auf den Weg gemacht hat, die molekulare Struktur wieder hergestellt werden muss. Außerdem sollten der Prozess der molekularen Reorganisation des Materials extrem gering sein. Durch die Geschwindigkeit der Reorganisation und der geringen Bewegungen im Material kann die Ladungstrennung effektiv aufrecht erhalten werden. Das ist einer der wichtigsten Punkt, um effiziente organische Solarmodule herzustellen. „Schließlich resultiert die Gesamteffizienz aus der Menge der Ladungsträger, die wieder rekombinieren und der Ladungsträger, die getrennt bleiben“, erklärt Sophia Hayes von der Universität Zypern. „Um letztendlich Strom zu produzieren, müssen die Elektronen und die positiven Ladungsträger getrennt werden. Die Elektronen müssen die Möglichkeit haben, sich wegzubewegen. Haben die Elektronen diese Möglichkeit nicht, rekombinieren sie mit den positiven Ladungsträgern und es ändert sich effektiv nichts.“
Durch ihre Erkenntnisse hoffen die Forscher, die organische Photovoltaik weiter voran zu bringen. Unsere Ergebnisse sind wichtig, um das grundlegende Verständnis über die molekularen Details aller Photovoltaiktechnologien zu forcieren“, sagt Francoise Provencher von der Universität Montreal. „Sie eröffnen einen Weg für die zukünftige Forschung, um zu verstehen, wo der Unterschied zwischen Materialsystemen von derzeit produzierten effizienten Solarzellen ist und solchen Systemen, die effizient sein sollten, es aber nicht sind“, ergänzt sein Kollege und Studienleiter Carlos Silva. (Sven Ullrich)
