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Hybrid-Solarzelle: Forschungsteam aus Jena und Ilmenau gelang es, Fulleren-Materialen mit neuen elektronischen Eigenschaften zu schaffen

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Supramolekulare Struktur des zweidimensionalen Films aus einzelnen Molekülen. - Grafik © Martin Presselt Leibniz-IPHT

Supramolekulare Struktur des zweidimensionalen Films aus einzelnen Molekülen. – Grafik © Martin Presselt Leibniz-IPHT

(FSU) – Einem Forschungsteam aus Jena und Ilmenau ist es gelungen, kugelförmige Moleküle aus Kohlenstoff (Fullerene) in zweidimensionalen Filmen anzuordnen und so Fulleren-Materialen mit neuen elektronischen Eigenschaften zu schaffen. Die organischen Strukturen integrierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in hybride Solarzellen. Die Forschungsergebnisse, an denen das Leibniz-Institut für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), die Friedrich-Schiller-Universität Jena und die Technische Universität Ilmenau beteiligt sind, sind im Fachmagazin „Advanced Energy Materials“ erschienen.

Hybride Solarzellen aus anorganischem Silizium und organischen Materialien gelten als preiswerte und einfach herzustellende Alternative zu Silizium-Solarzellen. Um hohe Wirkungsgrade zu erreichen, müssen die organischen Halbleiter hinsichtlich ihrer elektronischen Eigenschaften optimiert werden. Die Herstellung geeigneter Materialien ist bislang eine Herausforderung. Einen neuen Ansatz fanden die Forscherinnen und Forscher aus Jena und Ilmenau. Über die supramolekulare Struktur der organischen Materialien, also die Anordnung der Moleküle, können sie erstmals die gewünschten elektronischen Merkmale gezielt einstellen und steuern.

Schematische Darstellung eines einzelnen Fulleren-Moleküls mit wasserlöslichen Seitenketten. - Grafik © Martin Presselt Leibniz-IPHT

Schematische Darstellung eines einzelnen Fulleren-Moleküls mit wasserlöslichen Seitenketten. – Grafik © Martin Presselt Leibniz-IPHT

„Wir arbeiten mit Fullerenen – das sind große Moleküle aus Kohlenstoff, die einem Fußball ähneln und außergewöhnliche elektronische und optische Eigenschaften haben. Diese eigentlich in Wasser unlöslichen Moleküle haben wir mit wasserlöslichen Seitenketten modifiziert. Dadurch können sie, genau wie Spülmittel, zweidimensionale Filme an der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft oder zwischen zwei Flüssigkeiten bilden“, erläutert Dr. Martin Presselt vom Leibniz-IPHT.

Nach diesem Prinzip arrangieren die Jenaer Forscher die Fullerene zu übergeordneten Strukturen. Über die entsprechenden Methoden der Filmherstellung bestimmen sie die Anordnung der Moleküle und damit die elektronischen Eigenschaften des Materials. „Jetzt können wir erstmals die energetischen Merkmale von Fulleren-Materialien jenseits der Einzelmolekülstruktur systematisch verändern und sie für die jeweilige Anforderung, z. B. den Einsatz in Hybrid-Solarzellen, anpassen“, fasst Presselt den Weg von der organischen Grenzflächenchemie hin zu optoelektronischen Bauteilen zusammen.

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