Övergångsmetallkomplex i färgämnesbaserade solceller är ansvariga för att omvandla ljus till elektrisk energi. En modell av rumslig laddningsseparation inom molekylen har använts för att beskriva denna omvandling. Dock, en analys vid BESSY II visar att denna beskrivning av processen är för enkel. För första gången, ett team där har undersökt de grundläggande fotokemiska processerna runt metallatomen och dess ligander. Studien har nu publicerats i Angewandte Chemie, International Edition och visas på omslaget.

Organiska solceller som Grätzel-celler består av färgämnen som är baserade på föreningar av övergångsmetallkomplex. Solsken exciterar komplexets yttre elektroner på ett sådant sätt att de transporteras från orbitaler i centrum av metallkomplexet till orbitaler i angränsande föreningar. Tills nu, man antog att laddningsbärare var rumsligt separerade i denna process och sedan avskalades så att en elektrisk ström kunde flyta. Ett team under ledning av Alexander Föhlisch på HZB har nu kunnat förtydliga att så inte är fallet.

Genom att använda de korta röntgenpulserna från BESSY II i lågalfaläge, de kunde följa varje steg i processen i ett järnkomplex utlöst av fotoexcitering med en laserpuls. "Vi kan direkt observera hur laserpulsen avfoljer metallens 3-D orbitaler, " förklarar Raphael Jay, Ph.D. student och första författare till studien. Med hjälp av teoretiska beräkningar, de kunde tolka mätdata från tidsupplöst röntgenabsorptionsspektroskopi mycket exakt. Följande bild framträder:Till en början, laserpulsen gör verkligen att elektroner från järnatomens 3D-orbital delokaliseras till de intilliggande liganderna. Dock, dessa ligander i sin tur trycker omedelbart elektronisk laddning tillbaka i metallatomens riktning, därigenom omedelbart kompensation för laddningsförlusten vid metallen och den tillhörande initiala laddningsbärarseparationen.

Dessa fynd kan bidra till utvecklingen av nya material för färgsensibiliserade solceller. Tills nu, ruteniumkomplex har rutinmässigt använts i organiska solceller. Ruthenium är ett sällsynt grundämne och därför dyrt. Järnkomplex skulle vara betydligt billigare, men kännetecknas av höga rekombinationshastigheter mellan laddningsbärare. Ytterligare studier kommer att avslöja vilka förmedlande egenskaper i övergångsmetallkomplex är för att ljus effektivt ska kunna omvandlas till elektrisk energi.