Door een nieuwe methode te gebruiken, natuurkundigen van de TU Freiberg, in samenwerking met onderzoekers van Berkeley en Hamburg, analyseren voor het eerst op femtoseconde schaal de processen in een modelsysteem voor organische zonnecellen. Hiermee kunnen hoogwaardige en efficiënte zonnecellen worden ontwikkeld. De sleutel hiervoor zijn ultrasnelle lichtflitsen, waarmee het team onder leiding van Dr. Friedrich Roth werkt bij FLASH in Hamburg, 's werelds eerste vrije-elektronenlaser in het röntgengebied.

"We hebben gebruik gemaakt van de speciale eigenschappen van deze röntgenbron en hebben deze uitgebreid met in de tijd opgeloste röntgenfoto-emissiespectroscopie (TR-XPS). Deze methode is gebaseerd op het externe foto-elektrische effect, voor de verklaring waarvan Albert Einstein in 1921 de Nobelprijs voor de Natuurkunde ontving. we waren in staat om de specifieke ladingsscheiding en daaropvolgende processen direct te analyseren wanneer licht een modelsysteem zoals een organische zonnecel raakt. We waren ook in staat om de efficiëntie van de ladingsscheiding in realtime te bepalen, " legt Dr. Roth uit van het Institute of Experimental Physics aan de TU Bergakademie Freiberg.

Met fotonenwetenschap naar betere zonnecellen

In tegenstelling tot eerdere methoden, de onderzoekers waren in staat om een ​​voorheen niet-waargenomen kanaal voor ladingsscheiding te identificeren. “Met onze meetmethode we kunnen een tijd-opgelost, atoomspecifieke analyse. Dit geeft ons een vingerafdruk die kan worden toegewezen aan het bijbehorende molecuul. We kunnen zien wanneer de elektronen die door de optische laser worden geactiveerd bij het acceptormolecuul aankomen, hoe lang ze blijven en wanneer of hoe ze weer verdwijnen, " zegt prof. Serguei Molodtsov, uitleg over de meetmethode. Hij leidt de onderzoeksgroep "Structural Research with X-ray Free Electron Lasers (XFELs) and Synchrotron Radiation" aan het Freiberg Institute of Experimental Physics en is wetenschappelijk directeur bij de European X-ray Free Electron Laser (EuXFEL).

Analyseer zwakke punten en verhoog de kwantumefficiëntie

Real-time analyse en het meten van interne parameters zijn belangrijke aspecten van fundamenteel onderzoek dat de zonne-industrie, vooral, kunnen profiteren. "Met onze metingen we trekken belangrijke conclusies over de grensvlakken waarop vrije ladingsdragers worden gevormd of verloren gaan en zo de prestaties van zonnecellen verzwakken, " voegt Dr. Roth toe. Met de bevindingen van de Freiberg-onderzoekers, bijvoorbeeld, optimalisatiemogelijkheden op moleculair niveau of op het gebied van materiaalkunde kunnen worden afgeleid en kwantumefficiëntie optimaliseren nieuw opkomende fotovoltaïsche en fotokatalytische systemen. Het kwantumrendement beschrijft de verhouding van het invallende licht tot de fotonenstroom (stroom die wordt opgewekt). Het team publiceerde de resultaten in een actuele vakpublicatie, het journaal Natuurcommunicatie .