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Die ausgeklügelte Oberflächenchemie der Natur kopieren

EU-Forscher haben künstliche Fotosysteme hergestellt, die mehrfarbig und organisiert sind, um sie bei Fotovoltaikanlagen einzusetzen. Die Verwendung von bio-inspirierten Architekturen verbessert den Wirkungsgrad organischer Solarzellen.
Die ausgeklügelte Oberflächenchemie der Natur kopieren
Die Fotosysteme der Natur arbeiten hocheffizient bei der Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Lebensenergie. Dies bewerkstelligen sie mit multi-chromophoren Strukturen. Auf ähnliche Weise ermöglichen hochorganisierte Reduktions-Oxidations-Bahnen (Redox-Bahnen) den die Fotosynthese erzeugten Elektronen und Poren, durch separate Bahnen zu wandern und so die Ladungsrekombination zu unterdrücken.

Phtalocyanin (PC) ist eine aromatische makrozyklische Verbindung von tiefer blaugrüner Farbe. Während rein auf PC basierende Farbstoffe in der organischen Elektronik weit verbreitet sind, hat sich die Synthese von strukturell modifizierten PC als problematisch erwiesen.

Diese molekularen Strukturen zusammenzusetzen war das Ziel des EU-finanzierten Projekts "Supramolecular active layer, self-assembly on surface" (SUPRAL_SAS). Während des Projekts wurden diese Zusammensetzungen durch selbstorganisierende und oberflächeninitiierte Polymerisation von PC präpariert, um separate Bahnen für den Poren- und Elektronentransport zu bilden.

Um die gewünschten Strukturen zu erhalten, wurden die PC in zwei Zusammensetzungstypen angeordnet. Der erste Typ, der leitfähige, wurde verwendet, um die positiven (p-Typ-) Transportkanäle einzuführen. Der andere, der eine niedrige Fotoaktivität aufwies, bildete die negativen (n-Typ-) Ladungstransportkanäle.

Zwei Ansätze wurden konstruiert und untersucht, um die Rekombination zwischen den Ladungen in den Leitungsbahnen zu minimieren: ein antiparalleler Redox-Gradient und ein lateraler Mehrfachkanal.

Die Resultate des inzwischen abgeschlossenen Projekts werden die Aussichten auf den Einsatz strukturell modifizierter PC in weiteren praktischen Anwendungen verbessern. Diese Ergebnisse werden nicht nur der wissenschaftlichen Gemeinschaft zugute kommen, sondern auch für Unternehmen und Industrien von Vorteil sein, die optoelektronische Materialien entwickeln und produzieren. Des Weiteren werden die molekularen Zusammensetzungen auf einer Oberfläche, die in diesem Projekt hergestellt und studiert wurden, auch für die Fabrikation fortgeschrittener Transistoren interessant sein, die auf organischen Materialien basieren. Für diese gibt es vielerlei Anwendungsmöglichkeiten, darunter Bildschirme, Sensoren und elektronische Barcodes.

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