Overgangsmetaalcomplexen in op kleurstof gebaseerde zonnecellen zijn verantwoordelijk voor het omzetten van licht in elektrische energie. Een model van ruimtelijke ladingsscheiding binnen het molecuul is gebruikt om deze omzetting te beschrijven. Echter, een analyse bij BESSY II toont aan dat deze beschrijving van het proces te eenvoudig is. Voor de eerste keer, een team daar heeft de fundamentele fotochemische processen rond het metaalatoom en zijn liganden onderzocht. Het onderzoek is nu gepubliceerd in Angewandte Chemie, Internationale editie en wordt weergegeven op de omslag.

Organische zonnecellen zoals Grätzel-cellen bestaan ​​uit kleurstoffen die zijn gebaseerd op verbindingen van overgangsmetaalcomplexen. Zonlicht prikkelt de buitenste elektronen van het complex op een zodanige manier dat ze worden getransporteerd van orbitalen in het midden van het metaalcomplex naar orbitalen van aangrenzende verbindingen. Tot nu, er werd vanuit gegaan dat ladingsdragers daarbij ruimtelijk werden gescheiden en vervolgens werden afgestript zodat er een elektrische stroom kon vloeien. Een team onder leiding van Alexander Föhlisch van de HZB heeft nu duidelijk kunnen maken dat dit niet het geval is.

Met behulp van de korte röntgenpulsen van BESSY II in de lage-alfamodus, ze waren in staat om elke stap van het proces te volgen in een ijzercomplex dat werd geactiveerd door foto-excitatie met een laserpuls. "We kunnen direct zien hoe de laserpuls de 3D-orbitalen van het metaal ontvolkt, " legt Raphael Jay uit, doctoraat student en eerste auteur van de studie. Met behulp van theoretische berekeningen, ze waren in staat om de meetgegevens van tijdsopgeloste röntgenabsorptiespectroscopie zeer nauwkeurig te interpreteren. Het volgende beeld komt naar voren:In eerste instantie de laserpuls zorgt er inderdaad voor dat elektronen uit de 3D-orbitaal van het ijzeratoom worden gedelokaliseerd naar de aangrenzende liganden. Echter, deze liganden duwen op hun beurt de elektronische lading onmiddellijk terug in de richting van het metaalatoom, waardoor het ladingsverlies bij het metaal en de daarmee gepaard gaande initiële ladingsdragerscheiding onmiddellijk wordt gecompenseerd.

Deze bevindingen kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe materialen voor kleurstofgevoelige zonnecellen. Voor tot nu toe, rutheniumcomplexen zijn routinematig gebruikt in organische zonnecellen. Ruthenium is een zeldzaam element en daarom duur. IJzercomplexen zouden aanzienlijk goedkoper zijn, maar worden gekenmerkt door hoge recombinatiesnelheden tussen ladingsdragers. Verdere studies zullen uitwijzen wat de mediërende eigenschappen in overgangsmetaalcomplexen zijn om licht efficiënt om te zetten in elektrische energie.