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Designing Singlet Fission Materials Using Excited State Aromaticity

Projektbeschreibung

Neue aromatische Moleküle erzeugen langlebige Exzitone für hohen Wirkungsrad bei Solarzellen

Die meisten Solarzellen funktionieren nach demselben Prinzip: ein Photon erzeugt ein Exziton (ein gebundenes Elektron-Loch-Paar), das dann in Elektrizität umgewandelt werden kann. Bestimmte organische Moleküle können aber aus einem einzigen Photon zwei Exzitone erzeugen und so die aus einer angestrahlten Solarzelle gewonnene Strommenge steigern. Eine große Schwierigkeit liegt bei dieser sogenannten Singulett-Spaltung darin, dass organische Moleküle nicht stabil sind. Die Exzitone haben daher nur sehr kurze Zeit Bestand und können kaum zur Stromerzeugung genutzt werden. Das EU-finanzierte Projekt EXAM wird die Aromatizität nutzen – eine Eigenschaft einiger ungewöhnlich stabiler organischer Moleküle – um stabile Stoffe für die Singulett-Spaltung zu kreieren. Mit dieser neuen Gestaltungsmethode lässt sich der Wirkungsgrad von Solarzellen steigern.

Ziel

Singlet exciton fission is a carrier multiplication process in organic semiconductors that generates two electron-hole pairs for one photon absorbed, affording quantum efficiencies up to 200%. Photovoltaic devices based on singlet fission have received large attention recently for their potential in efficiency enhancement and to break the Shockley-Queisser limit on the efficiency of single-junction photovoltaics. Recent advancements in singlet fission have been materials-limited due to the rarity of molecules which meet the essential energetic requirement for the process, that the energy of the lowest triplet excited state be approximately half the energy of the lowest singlet excited state. Also important is to ensure the chemical stability of the candidate compounds that would broaden their application prospect. In this proposal, we exploit the excited-state aromaticity view to manipulate the excited state energy levels and build novel singlet fission candidates. Based on theoretical and experimental study, selective models will be evaluated, synthesized and analysed, aiming at a novel strategy for manipulating the excited state energy and stability of organic semiconductors with the aromaticity view. The main aimis to demonstrate highly stable, tuneable organic materials which undergo singlet fission through exploitation of the aromaticity of both the ground state and excited states and feasible design rules for these materials. The materials are expected to be promising candidates as singlet fission functional layer for solar cells and other multiple exciton generation applications. The result concept represents better understanding and tailoring excited state properties of organic semiconductors, which can be expended to wide range of materials with particular excited state nature for even wider application prospect.

Wissenschaftliches Gebiet

CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht.

Koordinator

THE CHANCELLOR MASTERS AND SCHOLARS OF THE UNIVERSITY OF CAMBRIDGE
Netto-EU-Beitrag
€ 224 933,76
Adresse
TRINITY LANE THE OLD SCHOOLS
CB2 1TN Cambridge
Vereinigtes Königreich

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Region
East of England East Anglia Cambridgeshire CC
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
€ 224 933,76