Der nächste „große“ Durchbruch im Photovoltaikbereich
Die Beherrschung der Exzitoneneigenschaften bietet die Möglichkeit zur Energieregulierung im Nanobereich. Insbesondere Exzitonen haben keine Nettoladung und bieten Trenn- oder Kombinationseigenschaften. Forscher zielten darauf ab, diese Flexibilität zu nutzen, um multiple Träger in quantumpunktsensibilisierten Solarzellen (Quantum Dot-Sensitised Solar Cells, QDSSCs) mit einem Wirkungsgrad herzustellen, welcher den konventioneller Siliziumsolarzellen übertrifft. Als analoge und farbstoffsensibilisierte Solarzellen fallen QDSSCs in die Kategorie der Exzitonen-Solarzellen. Das EU-finanzierte Projekt F-LIGHT (Förster resonant energy transfer for high efficiency quantum dot solar cells) war darauf ausgerichtet, zu zeigen, dass genau angepasste Lichtgewinnungsvorrichtungen die Energieumwandlungseffizienz über eine Regulierung der Exzitonendynamik steigern können. Das F-LIGHT-Team fügte Donator-Akzeptor-Paare hinzu, die aus kommerziell verfügbaren Farbstoffmolekülen sowie kolloidalen und nicht kolloidalen Quantendots bestehen. Das Ziel war es, den Förster-Resonanzenergietransfer zu nutzen. Die Donator-Komponente kann hochenergetische Photonen absorbieren und die Energie effizient an den angelagerten primären Absorber (Akzeptor) übertragen. Die Forscher synthetisieren neue Verbundwerkstoffmaterialien, welche für eine verbesserte Ladungssammlung und eine gehemmte Ladungsrekombination in der oxidbasierten Photoanode von Exzitonen-Solarzellen sorgen. Darüber hinaus wurden Komposit-Quantenpunkte hergestellt und deren optische Eigenschaften vor und nach der Behandlung mit dem Oxid gründlich untersucht. Die F-LIGHT-Forschung an der Verarbeitung nanostrukturierter Oxide und Quantenpunkte bot wertvolle Einblicke in die physikalischen Phänomene, die bei QDSSCs auftreten. Die Projektergebnisse legen den Grundstein für die praktische Realisierung von QDSSCs der dritten Generation und stellen in Aussicht, dass die geringe Energieumwandlungseffizienz von Exzitonen-Solarzellen überwunden werden kann.
Schlüsselbegriffe
Photovoltaik, Exzitonen-Harvesting, Energieumwandlung, quantenpunktsensibilisierte Solarzellen, F-LIGHT