22.07.2018

Rätsel um organische Zellen entschlüsselt

ZelleSolarthemen 310: Forscher der Uni Würzburg haben jetzt entschlüsselt, warum organische Solarzellen Licht in Strom umwandeln. Die funktionieren etwa so: Zwischen zwei leitfähigen Schichten (Anode und Kathode) befinden sich Substanzen, die sich nicht vermischen können. Trifft Licht darauf, gibt das eine Material Elektronen ab, die das andere aufnimmt und an die Kathode leitet. So die Theorie.

Doch laut Prof. Vladimir Dyakonov vom Lehrstuhl für Experimentelle Physik der Uni Würzburg „dürften organische Solarzellen gar nicht funktionieren“. Die Vorstellung, Licht könne Elektronen aus einem Atom oder Molekül quasi herauskicken, stimme nur ansatzweise. Tatsächlich umschwirren die Elektronen in Wolken gebunden – Exzitonen genannt – die Moleküle: Erst dann kann Strom fließen. Wie sich die Elektronen aus der Wolke lösen und wie viel Energie dafür nötig ist, hat Uniforscher Carsten Deibel per Computersimulation untersucht: Das berechnete stimme mit an realen Solarzellen gemessenen Ergebnissen überein.

Deibels Erkenntnis: Das organische „Polymer muss eine Mindestlänge besitzen“. Als er die Polymerkettensegmente von einem auf zehn Nanometer verlängerte, verzehnfachte sich der Photostrom. Die Würzburger Forschungen werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bis 2012 mit 1,4 Millionen Euro unterstützt.

Foto: Heinz Wraneschitz

Den Beitrag lesen Sie in den Solarthemen Nr. 310.

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