Projektbeschreibung
Ein einzigartiges holografisches Mikroskop beleuchtet organische Photomaterialien
Die Wirkungsgrade von Solarzellen sind in den vergangenen Jahrzehnten enorm gestiegen. Die Senkung der Materialkosten wird für eine breitere Akzeptanz ausschlaggebend sein. Der Einsatz organischer und hybrider Materialien anstelle herkömmlicher anorganischer Materialien wie Silizium könnte die Lösung sein. Aufgrund ihrer heterogenen Morphologie, die für ihre Funktionalität unerlässlich ist, ist es allerdings schwierig, die im Nanomaßstab ablaufenden, ultraschnellen Prozesse experimentell zu charakterisieren. Im Rahmen des ERC-finanzierten Projekts HOLOFAST soll ein neues holografisches Mikroskop mit nichtlinearer strukturierter Beleuchtung genutzt werden, um Licht in diese Angelegenheit zu bringen. Mit einer räumlichen Auflösung von 10 Femtosekunden sowie einer räumlichen Auflösung von 50 Nanometern zusätzlich zu seinem weiten Sichtfeld konnte das Mikroskop schließlich Ladungstrennungs- und Extraktionsprozesse über große Probenbereiche hinweg beleuchten.
Ziel
Solution-processed organic and hybrid materials have immense promise for low-cost photovoltaic devices. Their intrinsically heterogeneous morphology directly impacts the photophysical processes that happen over multiple timescales down to femtoseconds and which ultimately define functionality, such as carrier diffusion, charge separation and recombination. Currently, experimental techniques that can simultaneously study the nanoscale morphology and the ultrafast photophysics are limited. Ultrafast microscopes are restricted to single point or very small fields of view, lacking the large sample area coverage needed to place observations in their proper statistical context. Moreover, they are generally incompatible with super-resolution imaging, preventing the required nanoscale spatial resolution from being achieved. Recently, I introduced a widefield transient holographic microscope using off-axis holography that has shot-noise limited performance and can image large sample areas. Importantly, this approach is compatible with nonlinear structured illumination, a widefield super-resolution technique based on combining a spatially structured illumination pattern and a nonlinear sample response, with the spatial resolution being only limited by how many nonlinear terms can be acquired.
In HOLOFAST, my team and I will combine the new ultrafast holographic microscope with nonlinear structured illumination to bring unprecedented photophysical knowledge of organic photovoltaic materials, with temporal resolution down to 10 femtoseconds, spatial resolution down to 50 nm while simultaneously imaging ~100 micron areas, correlating morphology with excited state dynamics. This will enable us to finally reveal the heterogeneity of charge separation and extraction processes over large sample areas. HOLOFAST will create a photophysical and morphological database that will be valuable to understand and solve the problems that currently limit device efficiencies and lifetimes.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsGastgebende Einrichtung
00185 Roma
Italien