Chemie Exkurs Organische Solarzellen mit 38 Prozent Wirkungsgrad

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Forschern der Universität Würzburg ist es gelungen, Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 38 Prozent herzustellen, was höher ist, als der von anorganischen (Silizium) PV-Modulen. Der Nachweis des Wirkungsgrades erfolgte über die Fluoreszenz.

Forscher der Universität Würzburg haben ein neuartiges Lichtsammelsystem namens URPB entwickelt. URPB steht dabei für die Lichtwellenlängen, welche die vier Farbstoffkomponenten der Antenne absorbieren: U für ultraviolett, R für rot (red), P für violett (purple) und B für blau (blue). Dieses System nutzt dabei eine Kombination aus anorganischen Halbleitern und organischen Farbstoffen, um die Effizienz der Lichtabsorption und -umwandlung zu maximieren. Eng aufeinandergestapelte Lichtsammelantennen aus vier unterschiedlichen Merocyanin-Farbstoffen wandeln hier die Sonnennergie um.

Das System ist in der Lage, nahezu das gesamte sichtbare Lichtspektrum zu absorbieren. Erreicht wird das durch eine dünne Schicht, welche aus vier speziell angeordneten Merocyanin-Farbstoffen besteht. Diese Anordnung ermöglicht einen schnellen Energietransport innerhalb des Systems, was zu einer deutlich höheren Effizienz führt. Durch präzise Messungen der Fluoreszenz wurde nachgewiesen, dass das URPB-System in der Lage ist, 38 Prozent der eingestrahlten Lichtenergie umzuwandeln.

Organische Farbstoffe und anorganische Halbleiter

Organische Farbstoffe, welche übrigens auch in OLEDs zum Einsatz kommen, sind für ihre hervorragenden Absorptionseigenschaften bekannt. Dabei können diese Licht in den verschiedensten Wellenlängenbereichen absorbieren. Durch die geschickte Kombination dieser Farbstoffe mit anorganischen Halbleitern konnten die Forscher ein System entwickeln, welches eine außergewöhnlich hohe Effizienz bei der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie aufweist. Darüber hinaus ist das URPB-System sehr Vielseitig. Es ist in der Lage, verschiedene Anwendungsbereiche abzudecken. Von der herkömmlichen Solarstromerzeugung bis hin zu speziellen Anwendungen in der Optoelektronik, sind verschiedene Szenarien denkbar. Angesichts der steigenden Nachfrage nach erneuerbaren Energiequellen und der Notwendigkeit, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern, bietet es eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Solarzelle.

Die Publikation der Universität Würzburg kann unter folgendem Link eingesehen werden. Eingereicht wurde sie von Alexander Schulz, Rebecca Fröhlich, Ajay Jayachandran, Franziska Schneider, Matthias Stolte und Tobias Brixner unter der Leitung von Prof. Dr. Frank Würthner vom Institut für Organische Chemie. Zur Publikation.

Zusammengefasst geht es darum, dass eine Hetero-Foldamer-Architektur, welche aus vier verschiedenen MC-Chromophoren besteht, durch ein sequenzielles Peptid-Kopplungsprotokoll synthetisiert wurde.

Die Forschungen am URPB-System sollen nun fortgesetzt werden um das System auch unter realen Einsatzbedingungen zu testen. Die Kombination der Vorteile von anorganischen Halbleitern mit den Vorteilen von organischen Farbstoffen bietet eine hohe Effizienz bei der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Gerade die organische Chemie hält noch viele interessante Forschungsgebiete bereit, welche auch in Zukunft für effiziente Lösungen sorgen wird.  (mr)

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