de.wedoany.com-Bericht: Ein von der japanischen Kyushu Universität geleitetes Forschungsteam hat in Zusammenarbeit mit der Johannes Gutenberg-Universität Mainz in Deutschland Fortschritte auf dem Gebiet der Energiesammlung durch Singulettspaltung erzielt. Die entsprechenden Ergebnisse wurden am 25. März im „Journal of the American Chemical Society“ veröffentlicht. Die Studie nutzte einen molybdbasierten, spinflippenden Emitter, um die vervielfachte Energie aus dem Singulettspaltungsprozess zu sammeln und die Quantenausbeute auf etwa 130 % zu steigern.
Solarzellen sind normalerweise durch das Shockley-Queisser-Limit begrenzt, wobei ein einzelnes hochenergetisches Photon maximal ein Exziton erzeugen kann und überschüssige Energie als Wärme verloren geht. Die Singulettspaltungstechnologie kann ein hochenergetisches Singulett-Exziton in zwei niederenergetische Triplett-Exzitonen spalten und theoretisch eine Energievervielfachung erreichen. Die vervielfachten Triplett-Exzitonen werden jedoch leicht durch den Förster-Resonanzenergietransfer-Mechanismus dissipiert und sind schwer effektiv einzufangen.
Yoichi Sasaki, außerordentlicher Professor an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Kyushu Universität, erklärte, das Team habe durch feine Abstimmung der Energieniveaustruktur des molybdbasierten, spinflippenden Emitters den verschwenderischen Energieübertragungsprozess unterdrückt. In dieser Art von Metallkomplexen erfährt das Elektron beim Absorbieren oder Emittieren von Nahinfrarotlicht einen Spinflip, wodurch das System in der Lage ist, selektiv die durch Singulettspaltung erzeugte Triplett-Energie aufzunehmen. Im Experiment wurden Tetracen-basierte Materialien mit dem Molybdän-Komplex in Lösung gepaart, was zu einer Quantenausbeute von etwa 1,3 angeregten Komplexen pro absorbiertem Photon führte. Dies zeigt, dass die Anzahl der vom System erzeugten Energieträger die Anzahl der einfallenden Photonen übersteigt.
Yoichi Sasaki wies darauf hin, dass der Doktorand Adrian Sauer aus der Heine-Gruppe der Johannes Gutenberg-Universität Mainz während eines Austauschaufenthalts an der Kyushu Universität die Aufmerksamkeit des Teams auf ein Material lenkte, das dort seit langem erforscht wird, was diese Zusammenarbeit ermöglichte. Die aktuelle Forschung befindet sich in der Konzeptnachweisphase. In der Folge ist geplant, die beiden Materialien im festen Zustand zu kombinieren, um einen effizienten Energietransfer voranzutreiben und die Integration in Solarzellen zu erforschen. Das Designkonzept dieses spinflippenden Emitters bietet einen neuen Ansatz für die Exzitonenvervielfachung, und das potenzielle Anwendungsspektrum könnte sich auch auf Leuchtdioden und Quantentechnologiebereiche erstrecken.
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