Utilizzando un nuovo metodo, fisici della TU Freiberg, in collaborazione con ricercatori di Berkeley e Amburgo, stanno analizzando per la prima volta su scala di femtosecondi i processi in un sistema modello per celle solari organiche. Questo può essere utilizzato per sviluppare celle solari ad alte prestazioni ed efficienti. La chiave per questo sono lampi di luce ultraveloci, con cui lavora il team guidato dal Dr. Friedrich Roth alla FLASH di Amburgo, il primo laser al mondo a elettroni liberi nella regione dei raggi X.

"Abbiamo sfruttato le proprietà speciali di questa sorgente di raggi X e le abbiamo ampliate con la spettroscopia di fotoemissione a raggi X risolta nel tempo (TR-XPS). Questo metodo si basa sull'effetto fotoelettrico esterno, per la cui spiegazione Albert Einstein ricevette il Premio Nobel per la Fisica nel 1921. Per la prima volta, siamo stati in grado di analizzare direttamente la separazione di carica specifica e i processi successivi quando la luce colpisce un sistema modello come una cella solare organica. Siamo stati anche in grado di determinare l'efficienza della separazione di carica in tempo reale, " spiega il dott. Roth dell'Istituto di fisica sperimentale della TU Bergakademie Freiberg.

Con la scienza dei fotoni per migliorare le celle solari

A differenza dei metodi precedenti, i ricercatori sono stati in grado di identificare un canale precedentemente non osservato per la separazione di carica. "Con il nostro metodo di misurazione, siamo in grado di effettuare un tempo-risolto, analisi atomo-specifica. Questo ci dà un'impronta digitale che può essere assegnata alla molecola associata. Possiamo vedere quando gli elettroni energizzati dal laser ottico arrivano alla molecola accettore, quanto tempo rimangono e quando o come scompaiono di nuovo, " dice il prof. Serguei Molodtsov, spiegando il metodo di misurazione. Dirige il gruppo di ricerca "Structural Research with X-ray Free Electron Lasers (XFELs) and Synchrotron Radiation" presso l'Istituto di Fisica Sperimentale di Freiberg ed è Direttore Scientifico presso l'European X-ray Free Electron Laser (EuXFEL).

Analizza i punti deboli e aumenta l'efficienza quantistica

L'analisi in tempo reale e la misurazione dei parametri interni sono aspetti importanti della ricerca di base che l'industria solare, in particolare, può beneficiare. "Con le nostre misurazioni, traiamo importanti conclusioni sulle interfacce in cui si formano o si perdono i portatori di carica gratuiti e quindi indeboliscono le prestazioni delle celle solari, " aggiunge il dottor Roth. Con le scoperte dei ricercatori di Freiberg, Per esempio, possibilità di ottimizzazione a livello molecolare o nel campo della scienza dei materiali possono essere derivate e l'efficienza quantistica ottimizzare i nuovi sistemi fotocatalitici e fotovoltaici emergenti. L'efficienza quantistica descrive il rapporto tra la luce incidente e il flusso di fotoni (corrente che viene generata). Il team ha pubblicato i risultati in una pubblicazione specializzata corrente, il giornale Comunicazioni sulla natura .