Med hjälp av en ny metod, fysiker från TU Freiberg, i samarbete med forskare från Berkeley och Hamburg, analyserar för första gången på femtosekundskala processerna i ett modellsystem för organiska solceller. Detta kan användas för att utveckla högpresterande och effektiva solceller. Nyckeln till detta är ultrasnabba ljusblixtar, som teamet ledd av Dr. Friedrich Roth arbetar med på FLASH i Hamburg, världens första frielektronlaser i röntgenområdet.

"Vi utnyttjade de speciella egenskaperna hos denna röntgenkälla och utökade dem med tidsupplöst röntgenfotoemissionsspektroskopi (TR-XPS). Denna metod är baserad på den externa fotoelektriska effekten, för vars förklaring Albert Einstein fick Nobelpriset i fysik 1921. För första gången, vi kunde direkt analysera den specifika laddningsseparationen och efterföljande processer när ljus träffar ett modellsystem som en organisk solcell. Vi kunde också bestämma effektiviteten av laddningsseparationen i realtid, " förklarar Dr. Roth från Institutet för experimentell fysik vid TU Bergakademie Freiberg.

Med fotonvetenskap till bättre solceller

I motsats till tidigare metoder, forskarna kunde identifiera en tidigare oobserverad kanal för laddningsseparering. "Med vår mätmetod, vi kan genomföra en tidsbestämd, atomspecifik analys. Detta ger oss ett fingeravtryck som kan tilldelas den associerade molekylen. Vi kan se när elektronerna som aktiveras av den optiska lasern anländer till acceptormolekylen, hur länge de stannar och när eller hur de försvinner igen, " säger prof. Serguei Molodtsov, förklarar mätmetoden. Han leder forskargruppen "Structural Research with X-ray Free Electron Lasers (XFELs) and Synchrotron Radiation" vid Freiberg Institute of Experimental Physics och är vetenskaplig direktör vid European X-ray Free Electron Laser (EuXFEL).

Analysera svaga punkter och öka kvanteffektiviteten

Realtidsanalys och mätning av interna parametrar är viktiga aspekter av grundforskning som solenergiindustrin, särskilt, kan dra nytta av. "Med våra mått, vi drar viktiga slutsatser om gränssnitten vid vilka gratis laddningsbärare bildas eller förloras och därmed försvagar solcellernas prestanda, " tillägger Dr. Roth. Med resultaten av Freiberg-forskarna, till exempel, optimeringsmöjligheter på molekylär nivå eller inom materialvetenskap kan härledas och kvanteffektivitet optimera nyligen framväxande solcells- och fotokatalytiska system. Kvanteffektiviteten beskriver förhållandet mellan det infallande ljuset och fotonströmmen (ström som genereras). Teamet publicerade resultaten i en aktuell specialistpublikation, journalen Naturkommunikation .