{"id":20766,"date":"2014-06-05T03:12:38","date_gmt":"2014-06-05T01:12:38","guid":{"rendered":"http:\/\/www.chemie.de\/news\/148535\/wackeln-hilft-umwandlung-von-licht-in-strom-erstmals-in-echtzeit-gefilmt.html?WT.mc_id=ca0065"},"modified":"2014-06-04T16:25:39","modified_gmt":"2014-06-04T14:25:39","slug":"wackeln-hilft-umwandlung-von-licht-strom-erstmals-echtzeit-gefilmt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wackeln-hilft-umwandlung-von-licht-strom-erstmals-echtzeit-gefilmt\/","title":{"rendered":"Wackeln hilft: Umwandlung von Licht in Strom erstmals in Echtzeit gefilmt"},"content":{"rendered":"

Oldenburg. Organische Solarzellen k\u00f6nnten zu einer der Schl\u00fcsseltechnologien unseres Jahrhunderts werden. Mit hoher Effizienz verwandeln sie Licht in Strom. Die dabei im Inneren der Solarzelle ablaufenden Prozesse sind jedoch so komplex, dass sie sich bislang einer direkten wissenschaftlichen Beobachtung entzogen haben. Jetzt ist es Wissenschaftlern um den Oldenburger Physiker Prof. Dr. Christoph Lienau erstmals gelungen, die Licht-Strom-Wandlung in einer organischen Solarzelle in Echtzeit zu filmen. In dem heute von dem renommierten Wissenschaftsmagazin \u201eScience\u201c publizierten Bericht erl\u00e4utert das Forscherteam aus Oldenburg, Mailand und Modena (Italien), wie die Licht-Stromwandlung, ein lichtinduzierter Elektronentransfer, in einer organischen Solarzelle im Detail abl\u00e4uft. Sie zeigen: Die Quantenmechanik dieses Prozesses \u2013 speziell die wellenf\u00f6rmige Natur der Elektronen und ihre Kopplung an die umgebenden Kerne \u2013 ist von entscheidender Bedeutung.<\/strong><\/p>\n

Organische Solarzellen nutzen Nanomaterialien aus Polymeren und aus Fullerenen, um das Sonnenlicht in Strom zu verwandeln. Sie sind preiswert, leicht, flexibel und lassen sich farblich beliebig anpassen. Die konjugierten Polymere sind lange Ketten von Kohlenstoffatomen und fungieren bei der Licht-Strom-Wandlung als Lichtabsorber. Bisher hatten alle Experimente darauf hingedeutet, dass der Strom erzeugt wird, indem Elektronenteilchen von den Polymeren auf die umgebenden Fullerene \u2013 kugelf\u00f6rmige Molek\u00fcle aus Kohlenstoffatomen \u2013 springen.<\/p>\n

\u201eUnsere ersten Experimente haben uns sehr \u00fcberrascht\u201c, sagt Lienau. Die Oldenburger Physikerin Sarah Falke setzte zusammen mit Kooperationspartnern um Prof. Dr. Giulio Cerullo aus Mailand extrem kurze Lichtimpulse im Femtosekundenbereich ein \u2013 also mit einer Dauer von wenigen Milliardstel einer Millionstel Sekunde \u2013 , um die Polymerschicht in einer organischen Zelle zu beleuchten. Dabei stellten sie fest: Die Lichtimpulse regen nicht nur die Atomkerne zu Schwingungen an, sondern bewirken auch, dass die Elektronen sich wie Wellen verhalten, die zwischen dem Polymer und dem Fulleren hin und her pendeln. Lienau: \u201eDas hatten wir nicht erwartet, denn in organischen Zellen ist die Schnittstelle zwischen Polymeren und Fullerenen \u00e4u\u00dferst komplex, und beide Komponenten sind nicht durch eine Atombindung verbunden.\u201c<\/p>\n

Die Wissenschaftler baten ihre langj\u00e4hrigen Forschungspartner Prof. Dr. Elisa Molinari und Dr. Carlo Andrea Rozzi vom Istituto Nanoscienze des Nationalen Forschungsrat CNR und der Universit\u00e4t von Modena und Reggio Emilia um Unterst\u00fctzung. Ihnen gelang es, die zeitliche Entwicklung der Elektronen und der Atomkerne zu filmen \u2013 also das System abzubilden, das f\u00fcr die experimentell nachgewiesenen Schwingungen verantwortlich ist. \u201eUnsere Berechnungen zeigen, dass die konzertierte Bewegung der Atomkerne ganz wichtig f\u00fcr einen effizienten Ladungstransfer ist\u201c, erl\u00e4utert Molinari. \u201eSie m\u00fcssen wackeln, damit der Strom flie\u00dft.\u201c<\/p>\n

Ob die neuen Ergebnisse schnell zu verbesserten Solarzellen f\u00fchren, m\u00f6gen die Wissenschaftler noch nicht voraussagen. \u201eAber die Ergebnisse liefern eindrucksvolle, neue Einblicke in einen der grundlegenden Prozesse der organischen Photovoltaik. Wir konnten zeigen, dass anscheinend auch in organischen Zellen Ph\u00e4nomene auftreten, wie sie die Natur bei der Photosynthese hervorgebracht hat\u201c, sagt Lienau.<\/p>\n

Aktuelle Studien legten nahe, dass die Quantenkoh\u00e4renz f\u00fcr die Photosynthese eine zentrale Rolle spielen d\u00fcrfte. Die Forschungsergebnisse der deutschen und italienischen Wissenschaftler liefern nun den Nachweis f\u00fcr \u00e4hnliche Ph\u00e4nomene bei der Funktion von Photovoltaik-Anlagen: \u201eEin konzeptioneller Fortschritt, der in das Design k\u00fcnftiger k\u00fcnstlicher Lichtsammelsysteme und Solarzellen einflie\u00dfen wird\u201c, ist sich Lienau sicher.<\/p>\n

\u201eCoherent ultrafast charge transfer in an organic photovoltaic blend\u201c<\/strong>,<\/em>
\nAuthors:<\/strong> Sarah Maria Falke, Carlo Andrea Rozzi, Daniele Brida, Margherita Maiuri, Michele Amato, Ephraim Sommer, Antonietta De Sio, Angel Rubio, Giulio Cerullo, Elisa Molinari and Christoph Lienau, Science 344, 1001 (2014), doi: 10.1126\/science.1249771<\/em><\/p>\n

VIDEO: http:\/\/www.uno.uni-oldenburg.de\/63472.html<\/a><\/p>\n

Echtzeit Quantensimulation der Umwandlung von Licht in Strom in einer organischen Solarzelle aus einer Polymerkette und einem Fullerenmolek\u00fcl. Das Video dauert etwa 100 Femtosekunden (fs) und wird 300 Billionen Mal verlangsamt dargestellt, um diesen ultraschnellen Ladungstransfer dem menschlichen Auge zug\u00e4nglich zu machen. Das Video zeigt die wellenf\u00f6rmige Oszillation von Elektronen zwischen Polymer und Fulleren, nachdem Licht zur Zeit 0 absorbiert wird. Die rote Kurve zeigt an, welcher Bruchteil der Ladung sich auf dem Fullerenmolek\u00fcl befindet. (Video: C. A. Rozzi)<\/p>\n

Kontakt<\/strong>
\nProf. Dr. Christoph Lienau
\nInstitut f\u00fcr Physik \/ AG Ultraschnelle Nano-Optik
\nTel.: 0441\/798-3485
\nE-Mail: christoph.lienau@uni-oldenburg.de<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Organische Solarzellen könnten zu einer der Schlüsseltechnologien unseres Jahrhunderts werden. Mit …<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[],"supplier":[260,2012,5545],"class_list":["post-20766","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","supplier-carl-von-ossietzky-universitaet-oldenburg","supplier-science-magazine","supplier-university-of-modena-reggio-emilia"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/20766","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=20766"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/20766\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=20766"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=20766"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=20766"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=20766"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}