Waarneming van moleculaire quantumbewegingen in innovatieve zonnecellen
Onderzoekers van AMOLF, Cambridge, Lund en Kiel hebben ontdekt dat moleculaire vibraties het proces van 'singlet'-splitsing aansturen. Singlet-splitsing zou het mogelijk kunnen maken de ladingsopbrengst in een nieuwe generatie organische zonnecellen te verdubbelen. De resultaten zijn op 26 oktober 2015 in Nature Chemistry gepubliceerd.
In moleculaire zonnecellen worden zogeheten excitons gebruikt om elektrische ladingen op te wekken. Een enkel lichtdeeltje, een foton, levert normaal gesproken één exciton op. Een proces dat bekendstaat als singlet-splitsing kan echter gebruikt worden om één foton te splitsen in twee energetische deeltjes, zogenaamde spin-triplet excitons. Als het lukt om het proces van singlet-splitsing te beheersen en toe te passen in zonnecellen, zou het de elektrische stroom uit een zonnecel kunnen worden verdubbelen.
De onderzoekers hebben vastgesteld dat bij deze 'twee-voor-één' transformatie een vreemde toestand betrokken is, waarin de twee triplet-excitons met elkaar verstrengeld zijn. Dit is een bekend concept van quantumtheorie, waarbij de eigenschappen van één exciton onlosmakelijk is verbonden met die van zijn partner.
Door ultrasnelle laserpulsen af te vuren op pentaceen, een organisch materiaal waarin singlet-splitsing plaatsvindt, konden de onderzoekers deze verstrengelde toestand voor het eerst direct waarnemen. Ze konden ook aantonen dat geëxciteerde moleculaire trillingen het proces niet alleen detecteerbaar maken, maar zelfs het ontstaan ervan aansturen.
Het onderzoek werd gefinancierd door het LaserLab Consortium, de Royal Society en de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).
Referentie
Bakulin, Artem et. al. 'Real-time observation of multiexcitonic states in ultrafast singlet fission using coherent 2D electronic spectroscopy.' Nature Chemistry (2015). DOI: 10.1038/nchem.2371
Contactinformatie
Voor meer informatie, kunt u contact opnemen met voormalig AMOLF onderzoeker Dr. Artem Bakulin die momenteel aan de University of Cambridge werkt.