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Forscher haben eine neues Material entdeckt, das organische Solarzellen deutlich effizienter und günstiger machen könnte. Sie sprechen von einem „neuen Kapital im Lehrbuch“.
Wissenschaftler der Universität Cambridge haben eine Entdeckung gemacht, die die Zukunft der Solarenergie verändern könnte. Sie beobachteten, wie ein Phänomen, das bisher nur in anorganischen Metalloxiden bekannt war, in einem leuchtenden, organischen Halbleitermolekül namens P3TTM abläuft. Diese neue Erkenntnis enthüllt einen leistungsstarken Mechanismus, um Licht einzufangen und direkt in Elektrizität umzuwandeln.
Organisches Molekül für bessere Solarzellen
Im Zentrum des untersuchten P3TTM-Moleküls sitzt ein einzelnes, ungepaartes Elektron, das ihm einzigartige magnetische und elektronische Eigenschaften verleiht. Die Forscher schufen eine Solarzelle aus einem Film dieses Moleküls und konnten eine Ladungssammeleffizienz nahe eins erzielen.
Das bedeutet, dass fast jedes Photon des einfallenden Lichts in eine nutzbare elektrische Ladung umgewandelt wurde. In den meisten organischen Materialien sind die Elektronen gepaart und interagieren nicht mit ihren Nachbarn. Im P3TTM-System hingegen interagieren die ungepaarten Elektronen so, dass sie sich abwechselnd ausrichten.
Einzige Bedingung ist, dass die Moleküle eng zusammengepackt werden. Wenn sie Licht absorbieren, springt eines der Elektronen auf den nächsten Nachbarn über und erzeugt dabei positive und negative Ladungen, die als Photostrom (Elektrizität) gewonnen werden können.
Organische Solarzellen: Vorteile durch Mott-Hubbard-Physik
Bei herkömmlichen molekularen Halbleiter-Solarzellen kann die Umwandlung eines Photons in Elektrizität nur an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Materialien stattfinden. Das beeinträchtigt die Gesamteffizienz. Bei den neuen organischen Materialien von Cambridge ist es jedoch energetisch „bergab“ möglich, ein Elektron von einem Molekül zu einem identischen Nachbarmolekül zu bewegen, was elektrische Ladungen erzeugt.
Diese Mott-Hubbard-Physik könnte es ermöglichen, Solarzellen aus einem einzigen, kostengünstigen und leichten Material herzustellen. Die Entdeckung könnte zu Solarpanels führen, die leichter, einfacher und billiger sind. Die Forscher sehen darin ein neues Kapitel in diesem Bereich der Physik. Denn organische Materialien zeigen, dass sie Ladungen ganz von selbst erzeugen können.
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