Produzieren Sie mehr Strom aus Solarzellen und forschen Sie weiter an der so genannten Singulett-Spaltung, die Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Erlangen-Universität Nürnberg (FAU) derzeit durchführen. Teil des gemeinsamen Forschungsprojekts, das in Zusammenarbeit mit dem Argonne-Northwest Solarforschungszentrum (ANSER) an der Northwestern University, Evanston, durchgeführt wurde. Die Ein-Kernspaltung kann die Effizienz von Solarzellen erheblich verbessern - dank der neuesten Forschung Es ist ein Schritt näher, möglich zu werden: Diese Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Chemie veröffentlicht.
Der globale Energieverbrauch steigt rasant, und dieser Aufwärtstrend wird sich in den nächsten Jahren fortsetzen: Um die Nachfrage zu decken und gleichzeitig die Umwelt zu schützen, werden erneuerbare Energien wie Sonnen-, Wind-, Wasser- und Bioenergie immer wichtiger. Von der gesamten Stromerzeugung in Deutschland im Jahr 2017 stammen nur rund 6% aus Photovoltaikanlagen, und unsere bestehenden siliziumbasierten Technologien stoßen schnell an ihre Grenzen.
Siliziumbasierte Photovoltaik-Technologie stößt schnell an ihre Grenzen (Bilder kommen aus dem Internet)
Solarzellen zur Stromerzeugung nutzen
Solarzellen sind extrem ineffizient bei der Umwandlung von Solarenergie in Elektrizität, ihre derzeitige Effizienz beträgt nur 20% bis 25% .Menschen fordern neue Wege, die Solarzellenleistung signifikant zu verbessernund mehr Elektrizität zu erzeugen.Die Antwort könnte im physikochemischen Prozess sein. Es wurde festgestellt, dass dies die Effizienz von Solarzellen erheblich steigern wird.Wissenschaftler der FAU- und ANSER-Zentren haben im Rahmen ihres gemeinsamen Forschungsprojekts im Emerging-Areas-Programm (EFI) einen vielversprechenden Ansatz untersucht. Der sogenannte Singulett-Fission (SF) -Mechanismus, dh ein Photon regt zwei Elektronen an.
Ein besseres Verständnis der Singulett-Spaltung
Prinzip Singulett Spaltung von etwa fünfzig Jahren war entdeckt, aber sein Potenzial, die Effizienz organischer Solarzellen verbessern wird nur von den Wissenschaftlern in den Vereinigten Staaten anerkannt war noch vor zehn Jahren. Seitdem Forscher auf der ganzen Welt immer tiefer gearbeitet haben Verständnis der grundlegenden Prozesse und komplexen Mechanismen hinter Professor Michael Wasielewski vom ANSER Center Forscher aus FAU -. Dirk Professor Guldi, Vorsitzender der organischen Chemie physikalische Chemie Professor Rik Vorsitzender Tykwinski (Eerbota University, Kanada), der Physik der theoretischen Festkörper Dr. Michael Thoss (Albert-Ludwigs-Universität Freiburg) und Professor Tim Clark vom Zentrum für Computerchemie (CCC) versuchen nun, einige für die Singulett-Spaltung wichtige Aspekte zu klären.
Ein detailliertes Verständnis des Prozesses
Wenn Photonen aus dem Sonnenlicht angetroffen und molekularen Absorption, ein Molekül Elektronenenergieniveau durch Absorption eines Photons zu erhöhen, geht die organischen Moleküle daher hohen Energiezustand. Dann wird diese Solarzelle verwendet, kann vorübergehend in einem gespeichert werden Energie Erzeugung elektrische Energie Moleküls. beste herkömmliche Solarzellen pro Photonenenergie Elektronen als Träger hergestellt wird. wenn jedoch die ausgewählte Verbindung ein Dimer ist, zwei Elektronen von Molekülen benachbarten kann zu einem höheren umgewandelt werden Der Zustand der Energie: Im Allgemeinen erzeugt ein Photon zwei angeregte Elektronen, die wiederum zur Stromerzeugung genutzt werden können, was Singulett-Spaltung (SF) genannt wird, was im Idealfall der Fall ist. Die Leistungsfähigkeit von Solarzellen kann erheblich verbessert werden: Die Chemiker und Physiker der FAU- und ANSER-Zentren haben die zugrunde liegenden Mechanismen genauer untersucht und ein besseres Verständnis des SF-Prozesses erlangt.
Singulett-Spaltung (SF) ist der Prozess der Umwandlung eines angeregten Singulett-Zustandes in zwei Triplett-Zustände. Drei wichtige Entdeckungen
Als ersten Schritt in der Forschung stellten Wissenschaftler ein molekulares Dimer aus zwei Penten-Einheiten her, das als vielversprechende Option für die Verwendung der Singulett-Spaltung in Solarzellen angesehen wird. Sie belichten die Flüssigkeit mit Licht und verwenden verschiedene spektroskopische Methoden, um die photophysikalischen Prozesse im Molekül zu untersuchen.
Dies ermöglichte den Forschern drei weitreichende Einblicke in den Mechanismus der intramolekularen Singulett-Spaltung: Erstens konnten sie zeigen, dass die Kopplung an höhere Ladungstransferzustände für effiziente SF essentiell ist Sie haben kürzlich ein Ein-Zustands-Spaltmodell (doi: 10.1038 / ncomms15171) erstellt und veröffentlicht, das dritte und letzte Modell zeigt, dass die SF-Effizienz signifikant mit der Kopplungsstärke der beiden Penten-Untereinheiten zusammenhängt.
Die Ergebnisse der Forscher zeigen, wie wichtig es ist, das Design von SF-Materialien sorgfältig zu planen, was ein wichtiger Meilenstein beim Einsatz von Photovoltaik-Systemen auf SF-Basis für die Stromerzeugung ist.
