„Langsame“ Ladungsgeneration spielt eine große Rolle für organische Solarzellen

Ein aktueller Fachartikel beschreibt einen neuen Mechanismus, der für einen Großteil der generierten Ladungen aus gebundenen Elektronen-Lochpaaren verantwortlich ist.

Unter dem Titel „Efficient charge generation from triplet excitons in metal-organic heterojunctions“ veröffentlichten Mitglieder der Arbeitsgruppe „Strukturforschung mit XFELs und Synchrotronstrahlung“ des Instituts für Experimentelle Physik der TU Bergakademie Freiberg in Kooperation mit Kollegen aus Hamburg und Berkeley (USA) in der Zeitschrift Physical Review B einen Fachartikel über einen neuen Mechanismus, der beschreibt, wie ein Großteil der Ladungen aus gebundenen Elektronen-Lochpaaren generiert wird.

Um neuartige, organische Solarzellen zu entwickeln, stellt das Wissen über den Mechanismus, wie aus Licht Elektrizität erzeugt wird, einen elementaren Bestandteil dar. Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarzellen (basierend auf z. B. Silizium) wird in molekularen Systemen durch Lichtabsorption zunächst ein ungeladener, elektronischer Zustand erzeugt – ein sogenanntes Exziton, welches im Anschluss möglichst effektiv in zwei getrennte Ladungsträger überführt und somit in Strom umgewandelt wird. Solche Exzitonen (schwach gebundene Elektron-Loch-Paare) kommen in unterschiedlicher Form vor, wobei diese sich auch durch unterschiedliche Fähigkeiten zur Ladungsgeneration unterscheiden.

In der aktuellen Studie konnte mittels zeitaufgelöster Photoemission (tr-XPS) zum ersten Mal gezeigt werden, dass im Gegensatz zur weiterverbreiteten Meinung die langsamen, niederenergetischen Triplet-Exzitonen in erheblichem Maß zur Ladungsgeneration an der Oberfläche beitragen. Die publizierten Resultate werden Forschern helfen, neue elektronische Bauteile basierend auf organischen Molekülen zu designen und stellt darüber hinaus die großen Vorteile des Verständnisses der elektronischen Dynamiken auf atomaren Skalen für die Entwicklung zukünftiger elektronischer Konzepte dar.

Die Bedeutung der aktuellen Studie wurde durch Artikel sowohl bei Phys.org als auch im PV-Magazine unterstrichen: