Mit Waschmittelchemie zur Hybrid-Solarzelle

Hybride Solarzellen aus anorganischem Silizium und organischen Materialien gelten als preiswerte und einfach herzustellende Alternative zu Silizium-Solarzellen. Um hohe Wirkungsgrade zu erreichen, müssen die organischen Halbleiter hinsichtlich ihrer elektronischen Eigenschaften optimiert werden. Die Herstellung geeigneter Materialien ist bislang eine Herausforderung. Einen neuen Ansatz fanden die Forscherinnen und Forscher vom Leibniz-IPHT, der Universität Jena und der Technischen Universität Ilmenau. Über die supramolekulare Struktur der organischen Materialien, also die Anordnung der Moleküle, können sie erstmals die gewünschten elektronischen Merkmale gezielt einstellen und steuern.

„Wir arbeiten mit Fullerenen – das sind große Moleküle aus Kohlenstoff, die einem Fußball ähneln und außergewöhnliche elektronische und optische Eigenschaften haben. Diese eigentlich in Wasser unlöslichen Moleküle haben wir mit wasserlöslichen Seitenketten modifiziert. Dadurch können sie, genau wie Spülmittel, zweidimensionale Filme an der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft oder zwischen zwei Flüssigkeiten bilden“, erläutert Dr. Martin Presselt, Arbeitsgruppenleiter am Leibniz-IPHT. Nach diesem Prinzip arrangieren die Jenaer Forscher die Fullerene zu übergeordneten Strukturen. Über die entsprechenden Methoden der Filmherstellung bestimmen sie die Anordnung der Moleküle und damit die elektronischen Eigenschaften des Materials. „Jetzt können wir erstmals die energetischen Merkmale von Fulleren-Materialien jenseits der Einzelmolekülstruktur systematisch verändern und sie für die jeweilige Anforderung, z.B. den Einsatz in Hybrid-Solarzellen, anpassen“, fasst Presselt den Weg von der organischen Grenzflächenchemie hin zu optoelektronischen Bauteilen zusammen.

Die Forschungsergebnisse erschienen am 4. Oktober im renommierten Fachjournal Advanced Energy Materials: „Controlling Intermolecular Interactions at Interfaces: Case of Supramolecular Tuning of Fullerene’s Electronic Structure“ by Saunak Das, Julia Preiß, Jonathan Plentz, Uwe Brückner, Moritz von der Lühe, Oliver Eckardt, Andre Dathe, Felix H. Schacher, Eric Täuscher, Uwe Ritter, Andrea Csáki, Gudrun Andrä, Benjamin Dietzek and Martin Presselt.