Alles wird gleich beleuchtet.
Ein Forscherteam vom Imperial College London und der Newcastle University hat gerade beobachtet, was passiert, nachdem Licht auf Solarzellen trifft.
Die Forscher setzten eine hochmoderne Technik ein, um organische Photovoltaikmaterialien OPV zu analysieren, die das Sonnenlicht zur Stromerzeugung nutzen, und untersuchten die ersten Sekundenbruchteile, nachdem das Licht auf die Zellen trifft, in einer Pressemitteilung heißt es.
Im Vergleich zur herkömmlichen Photovoltaik auf Siliziumbasis sind OPV-Materialien kostengünstigere und flexiblere Alternativen. Die Studie ist von entscheidender Bedeutung, da das Verständnis der frühen Stadien der Umwandlung von Licht in Elektrizität Forschern helfen könnte, neue Solarzellen zu verbessern und die Entwicklung derjenigen zu ermöglichen, die produzierenEnergie effizienter.
Zoom in den ersten Schritt der Solarenergieumwandlung
Die einzigartige Technik der Forscher verwendet ultraschnelle Laser und Röntgenstrahlen, um eine Reaktion auszulösen und dann die Veränderungen zu analysieren, die sie in nur Femtosekunden erzeugt, was Billiardstel Sekunden entspricht, so eine Studie veröffentlicht in Naturkommunikation.
Das Team untersuchte die ersten Momente der Umwandlung von Sonnenenergie, also die Reaktionen im Material, die durch Lichteinfall erzeugt werden. Um die Reaktion zu starten, feuerten sie einen 15-Femtosekunden-Laserpuls auf die Substanz. Anschließend verwendeten sie einen Röntgenpulsdie nur Attosekunden weniger als Millionstel einer Milliardstel Sekunde dauerte, um die daraus resultierenden Veränderungen im Material zu messen.
Zum ersten Mal beobachteten die Forscher direkte Röntgenspuren des Ausgangszustands des Materials, wenn Elektronen aus ihrer Position geschlagen werden, was zur Bildung eines Elektronen- und „Loch“-Paares führt, das sich durch die Substanz bewegen kann. In etwa50 Femtosekunden geht dieser Anfangszustand schnell in eine neue, stabilere Form über.
Effizientere OPV-Geräte herstellen
Darüber hinaus stimmten Berechnungen von Tom Penfold von der Newcastle University, der an der Studie beteiligt war, mit den Beobachtungen überein. Sie bewiesen, dass der Anfangszustand durch den Abstand zwischen Molekülketten im Material bestimmt wurde.
„Diese Empfindlichkeit der zeitaufgelösten Röntgenmethode gegenüber der anfänglichen Elektronendynamik, die direkt nach der Anregung durch Licht auftritt, ebnet den Weg für neue Einblicke in die Photophysik einer Vielzahl organischer optoelektronischer und anderer Materialien“, Artem Bakulin, aForscher vom Department of Chemistry am Imperial, sagte, in einer Pressemitteilung.
Nachdem die ersten Lichtmomente in einer Solarzelle beleuchtet wurden, beabsichtigt das Team nun, die ultraschnelle Ladungsdynamik in anderen organischen Halbleitermaterialien zu untersuchen, beispielsweise in solchen, die andere Moleküle als Elektronenakzeptoren verwenden und eine erhöhte OPV-Effizienz aufweisen. So günstig und flexibelAls Alternativen zur siliziumbasierten Photovoltaik gelten OPVs als hervorragende Aussichten für den Einsatz in der zukünftigen Infrastruktur zur Solarenergieerzeugung, was diese Studie umso spannender macht.
„Diese Arbeit demonstriert die Leistungsfähigkeit unserer neuen zeitaufgelösten Röntgentechnik, die nun auf eine breitere Palette von Materialien angewendet werden kann und möglicherweise das Verständnis liefert, das für die Herstellung effizienterer OPV-Geräte erforderlich ist“, Professor Jon Marangos von der Abteilungof Physics at Imperial, sagte.