Een team van BESSY II heeft onderzocht hoe verschillende ijzercomplexe verbindingen energie uit invallend licht verwerken. Ze konden aantonen waarom bepaalde verbindingen het potentieel hebben om licht om te zetten in elektrische energie. De resultaten zijn belangrijk voor de ontwikkeling van organische zonnecellen. De studie is nu gepubliceerd in het tijdschrift Fysische chemie Chemische fysica .

Overgangsmetaalcomplexen hebben belangrijke eigenschappen:in het midden zit een element uit de groep van overgangsmetalen. De buitenste elektronen van het overgangsmetaalatoom bevinden zich in klaverbladachtige verlengde d-orbitalen die gemakkelijk kunnen worden beïnvloed door externe excitatie. Sommige overgangsmetaalcomplexen werken als katalysatoren om bepaalde chemische reacties te versnellen, en anderen kunnen zelfs zonlicht omzetten in elektriciteit. De bekende dye-zonnecel die in de jaren negentig door Michael Graetzel (EPFL) is ontwikkeld, is gebaseerd op een rutheniumcomplex.

Echter, het is nog niet mogelijk geweest om het zeldzame en dure overgangsmetaal ruthenium te vervangen door een goedkoper element, zoals ijzer. Dit is opmerkelijk, omdat hetzelfde aantal elektronen wordt gevonden op verlengde buitenste d-orbitalen van ijzer. Echter, excitatie met licht uit het zichtbare gebied geeft geen langlevende ladingsdragers vrij in de meeste van de tot nu toe onderzochte ijzercomplexverbindingen.

Een team van BESSY II heeft deze vraag nu nader onderzocht. De groep onder leiding van prof. Alexander Föhlisch heeft systematisch ijzercomplexverbindingen in oplossing bestraald met zacht röntgenlicht. Ze konden meten hoeveel energie van dit licht door de moleculen werd geabsorbeerd met behulp van een methode die resonante inelastische röntgenverstrooiing wordt genoemd. of RIXS. Ze onderzochten complexen waarin het ijzeratoom werd omringd door bipyridinemoleculen of cyaangroepen (CN), evenals gemengde vormen waarin het ijzercentrum is gebonden aan elk een bipyridine- en vier cyaangroepen.

De teamleden werkten twee weken in ploegendienst om de nodige gegevens te verkrijgen. Uit de metingen bleek dat de mengvormen, die tot dusver nauwelijks was onderzocht, zijn bijzonder interessant:in het geval waarin ijzer wordt omgeven door drie bipyridine-moleculen of zes cyaangroepen (CN), optische excitatie leidt tot slechts kortstondige afgifte van ladingsdragers, of helemaal geen. De situatie verandert pas als twee van de cyanogroepen zijn vervangen door een bipyridinemolecuul. "Dan kunnen we met de zachte röntgenstraling zien hoe de ijzeren 3D-orbitalen delokaliseren naar de cyaangroepen, terwijl tegelijkertijd het bipyridinemolecuul de ladingsdrager kan opnemen, " legt Raphael Jay uit, eerste auteur van de studie en wiens doctoraatswerk op dit gebied is.

De resultaten laten zien dat goedkope overgangsmetaalcomplexen ook geschikt kunnen zijn voor gebruik in zonnecellen, als ze worden omgeven door geschikte molecuulgroepen. Hier ligt dus nog een rijk terrein voor materiaalontwikkeling.