Fulleren-Materialen mit neuen elektronischen Eigenschaften

Mit Waschmittelchemie zur Hybrid-Solarzelle

  • Schematische Darstellung eines einzelnen Fulleren-Moleküls mit wasserlöslichen Seitenketten (links) und die supramolekulare Struktur des zweidimensionalen Films aus einzelnen Molekülen (rechts). Bild: M. Presselt/Leibniz-IPHT.Schematische Darstellung eines einzelnen Fulleren-Moleküls mit wasserlöslichen Seitenketten (links) und die supramolekulare Struktur des zweidimensionalen Films aus einzelnen Molekülen (rechts). Bild: M. Presselt/Leibniz-IPHT.

Einem Forscher-Team aus Jena und Ilmenau ist es gelungen, kugelförmige Moleküle aus Kohlenstoff (Fullerene) in zweidimensionalen Filmen anzuordnen und so Fulleren-Materialen mit neuen elektronischen Eigenschaften zu schaffen. Die organischen Strukturen integrierten die Wissenschaftler in hybride Solarzellen. Die Forschungsergebnisse, an denen das Leibniz-Institut für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), die Friedrich-Schiller-Universität und die Technische Universität Ilmenau beteiligt sind, erschienen in der neuesten Ausgabe des vielzitierten Fachmagazins Advanced Energy Materials.

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.

Originalveröffentlichung:

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, Martin Presselt: Controlling Intermolecular Interactions at Interfaces: Case of Supramolecular Tuning of Fullerene's Electronic Structure, Advanced Energy Materials (2018); DOI: 10.1002/aenm.201801737.

Weitere Informationen:

Leibniz IPHT

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