Ultrahurtig elektronmåling giver vigtige resultater for solcelleindustrien

Ved at bruge en ny metode, fysikere fra TU Freiberg, i samarbejde med forskere fra Berkeley og Hamburg, analyserer for første gang på femtosekund skala processerne i et modelsystem for organiske solceller. Dette kan bruges til at udvikle højtydende og effektive solceller. Nøglen til dette er ultrahurtige lysglimt, som teamet ledet af Dr. Friedrich Roth arbejder med på FLASH i Hamborg, verdens første frielektronlaser i røntgenområdet.

"Vi udnyttede de særlige egenskaber ved denne røntgenkilde og udvidede dem med tidsopløst røntgenfotoemissionsspektroskopi (TR-XPS). Denne metode er baseret på den eksterne fotoelektriske effekt, for forklaringen på hvilken Albert Einstein modtog Nobelprisen i fysik i 1921. For første gang, vi var i stand til direkte at analysere den specifikke ladningsadskillelse og efterfølgende processer, når lys rammer et modelsystem såsom en organisk solcelle. Vi var også i stand til at bestemme effektiviteten af ​​ladningsadskillelsen i realtid, " forklarer Dr. Roth fra Institut for Eksperimentel Fysik ved TU Bergakademie Freiberg.

Med fotonvidenskab til bedre solceller

I modsætning til tidligere metoder, forskerne var i stand til at identificere en tidligere uobserveret kanal til ladningsadskillelse. "Med vores målemetode, vi kan udføre en tidsbestemt, atomspecifik analyse. Dette giver os et fingeraftryk, der kan tildeles det tilknyttede molekyle. Vi kan se, når elektronerne, der aktiveres af den optiske laser, ankommer til acceptormolekylet, hvor længe de bliver, og hvornår eller hvordan de forsvinder igen, " siger prof. Serguei Molodtsov, forklaring af målemetoden. Han leder forskningsgruppen "Structural Research with X-ray Free Electron Lasers (XFELs) and Synchrotron Radiation" ved Freiberg Institute of Experimental Physics og er videnskabelig direktør ved European X-ray Free Electron Laser (EuXFEL).

Analyser svage punkter og øg kvanteeffektiviteten

Realtidsanalyse og måling af interne parametre er vigtige aspekter af grundforskning, som solcelleindustrien, i særdeleshed, kan nyde godt af. "Med vores målinger, vi drager vigtige konklusioner om de grænseflader, hvor gratis ladningsbærere dannes eller tabes og dermed svækker solcellernes ydeevne, " tilføjer Dr. Roth. Med resultaterne fra Freiberg-forskerne, for eksempel, optimeringsmuligheder på molekylært niveau eller inden for materialevidenskab kan udledes, og kvanteeffektivitet optimerer nyopståede fotovoltaiske og fotokatalytiske systemer. Kvanteeffektiviteten beskriver forholdet mellem det indfaldende lys og fotonstrømmen (strøm, der genereres). Holdet offentliggjorde resultaterne i en aktuel specialistpublikation, journalen Naturkommunikation .