Teilchenspaltung als Turbo für die Photovoltaik

Das Elektronen-Loch-Paar, auch Exziton genannt, ist das entscheidende Element in organischen Solarzellen. Erst beim Aufspalten dieses kombinierten positiven und negativen Teilchen wird eine Spannung erzeugt, die für die Energiegewinnung mit Sonnenlicht nötig ist.

Schon länger wird versucht, dieses Quasiteilchen zu spalten, nicht um die eben erwähnte Spannung zu erzeugen, sondern um zwei dieser Elektronen-Loch-Paare aus einem zu erhalten. Das Prinzip wiederum ist aus der Natur bekannt und wird als Fluoreszenz bezeichnet. Ein Photon wird absorbiert und setzt zwei andere, nicht ganz so energiereiche Photonen frei.

Gelungen ist diese Fission von Exzitonen nun Forschenden der Universität von Kyushu durch einen komplexen Aufbau von Molekülen, die eine große Bandbreite an Photonen unterschiedlichster Wellenlänge absorbieren können, abhängig von kleinsten Details im Molekülaufbau. Auch Früchte, die in einem breiten Spektrum einer Farbe leuchten können, bedienen sich eines solchen Effekts.

Der Trick im jetzt präsentierten Experiment war die Verwendung von chiralen Molekülen, also Strukturen, die gespiegelt sind, nicht aber per Drehung zurückverwandelt werden können. Die Moleküle verwenden also den absolut identischen Aufbau bis hin zu den Winkeln der atomaren Verbindungen, sind aber dennoch nicht gleich.

Mit einem bemerkenswerten Ergebnis: Die Zahl der erzeugten Exzitonen lag bei 133 Prozent des zu erwartenden Wertes ohne chirale Moleküle. Die Zahl der Teilchen, die schlussendlich verantwortlich sind für die Stromerzeugung in Solarzellen, wurde durch eine organische Zusatzschicht um ein Drittel erhöht.

Noch steht die Forschung am Anfang, aber gelänge eine praktische Umsetzung, würde dies nicht nur für die Energieerzeugung, sondern für viele weitere Bereiche, in denen Photonen und Halbleiter zum Einsatz kommen, völlig neue Rahmenbedingungen schaffen.