Neue spektroskopische Methode entwickelt

Die Energielandschaft von Solarzellen kartographieren

Mit einer neuen spektroskopischen Methode ist es möglich die Energielandschaft im Inneren von Solarzellen aus organischen Materialien zu messen und zu visualisieren. Damit wurde ein Schlüsselproblem im Bereich der organischen Photovoltaik gelöst, so sagt die verantwortliche Leiterin der Forschungsgruppe.

Energielandschaft: Künstlerische Darstellung einer Energielandschaft, welche die Bewegung von lichtinduzierten positiven (h+) und negativen (e-) Ladungen in photovoltaischen Zellen bestimmt. © Universität Heidelberg / Vaynzof

Entwickelt wurde die neue Methode von einem Team unter der Leitung von Prof. Dr. Yana Vaynzof, Physikerin an der Universität Heidelberg. Die neuartige Visualisierungstechnik erlaubt es, physikalische Grundlagen der organischen Photovoltaik mit großer Genauigkeit zu untersuchen und Vorgänge wie beispielsweise Energieverluste besser zu verstehen.

„Die Kartierung der Erde und ihrer Landschaften war ein notwendiger Schritt, um Bewegungsmuster und Dynamiken, zum Beispiel von Menschen, Tieren oder auch Wasser, zu verstehen“, erläutert Prof. Vaynzof, Forschungsgruppenleiterin am Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg. „Ebenso wird die Bewegung von elektrischen Ladungen in einer Solarzelle durch die Energielandschaft im Inneren des Bauteils bestimmt“. Bisher war ihre Visualisierung so anspruchsvoll, dass für die Untersuchung grundlegender Funktionsweisen organischer Photovoltaik-Bauteile nur grobe Schätzungen verwendet werden konnten.

Vielseitige Anwendung möglich

Die von den Heidelberger Wissenschaftlern entwickelte spektroskopische Methode kann die Energielandschaft im Nanometerbereich abbilden und zu jedem Zeitpunkt der Lebensdauer einer Solarzelle eingesetzt werden. „Die Stärke unseres Verfahrens liegt in dieser ausgezeichneten Auflösung und der großen Vielseitigkeit der Anwendung", sagt Vincent Lami, Mitarbeiter im Team von Prof. Vaynzof und Erstautor der Studie. Nach den Worten von Prof. Vaynzof wurde damit ein Schlüsselproblem im Bereich der organischen Photovoltaik gelöst. „Ohne die genaue Kartierung der Energielandschaften ist es schwierig zu verstehen, wie und warum Bauteile beim Umwandlungsprozess von Licht zu Elektrizität Energie verlieren. Jetzt haben wir eine spektroskopische Methode, die es uns ermöglicht, neue Generationen von Solarzellen mit geringeren Energieverlusten und verbesserter Leistung zu entwickeln“, betont die Wissenschaftlerin, die die Forschungsgruppe „Organische Elektronik“ am Kirchhoff-Institut für Physik leitet und am Centre for Advanced Materials der Universität Heidelberg forscht.

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Die Forschungsarbeiten sind Teil des Projekts ENERGYMAPS, für das Prof. Vaynzof Mittel des Europäischen Forschungsrates (ERC) – einen ERC Starting Grant – erhalten hat. Die aktuellen Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Joule“ veröffentlicht.

Publikation: 
V. Lami, A. Weu, J. Zhang, Y. Chen, Z. Fei, M. Heeney, R.H. Friend, and Y. Vaynzof: Visualising the Vertical Energetic Landscape in Organic Photovoltaics. Joule (published online 9 July 2019).

https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.06.018

Quelle: Universität Heidelberg

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