Ladningsoverførsel inden for overgangsmetalfarvestoffer analyseret

Overgangsmetalkomplekser i farvestofbaserede solceller er ansvarlige for at omdanne lys til elektrisk energi. En model for rumlig ladningsadskillelse i molekylet er blevet brugt til at beskrive denne omdannelse. Imidlertid, en analyse hos BESSY II viser, at denne beskrivelse af processen er for enkel. For første gang, et hold der har undersøgt de grundlæggende fotokemiske processer omkring metalatomet og dets ligander. Undersøgelsen er nu offentliggjort i Angewandte Chemie, International udgave og vises på omslaget.

Organiske solceller såsom Grätzel-celler består af farvestoffer, der er baseret på forbindelser af overgangsmetalkomplekser. Sollys exciterer kompleksets ydre elektroner på en sådan måde, at de transporteres fra orbitaler i midten af ​​det metalliske kompleks til orbitaler af tilstødende forbindelser. Indtil nu, det blev antaget, at ladningsbærere blev rumligt adskilt i denne proces og derefter fjernet, så en elektrisk strøm kunne strømme. Et team under ledelse af Alexander Föhlisch på HZB har nu kunnet præcisere, at dette ikke er tilfældet.

Ved at bruge de korte røntgenimpulser fra BESSY II i lav-alfa-tilstand, de var i stand til at følge hvert trin i processen i et jernkompleks udløst af foto-excitation med en laserpuls. "Vi kan direkte observere, hvordan laserimpulsen affolker metallets 3-D orbitaler, " forklarer Raphael Jay, Ph.d. studerende og førsteforfatter til undersøgelsen. Ved hjælp af teoretiske beregninger, de var i stand til at fortolke måledataene fra tidsopløst røntgenabsorptionsspektroskopi meget præcist. Følgende billede tegner sig:I første omgang, laserpulsen forårsager faktisk, at elektroner fra jernatomets 3-D orbital bliver delokaliseret til de tilstødende ligander. Imidlertid, disse ligander skubber til gengæld straks elektronisk ladning tilbage i retningen af ​​metalatomet, derved omgående kompenserer for tabet af ladning ved metallet og den tilhørende indledende ladningsbæreradskillelse.

Disse fund kan bidrage til udviklingen af ​​nye materialer til farvesensibiliserede solceller. For indtil nu, rutheniumkomplekser er rutinemæssigt blevet brugt i organiske solceller. Ruthenium er et sjældent grundstof og derfor dyrt. Jernkomplekser ville være væsentligt billigere, men er karakteriseret ved høje rekombinationshastigheder mellem ladningsbærere. Yderligere undersøgelser vil afsløre, hvad de medierende egenskaber i overgangsmetalkomplekser er, for at lys effektivt kan omdannes til elektrisk energi.