Sonnenernte mit Obertönen
Resonant angeregte Nanokristalle erhöhen Effizienz von Perowskit-Solarzellen.
Wissenschaftler der Ludwig-
Abb.: Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme der untersuchten CsPbBr3-
Die Position dieses Fensters im Lichtspektrum hängt dabei von einer charakteristischen Eigenschaft des Halbleiters ab, von seiner Bandlücke. Wenn ein Halbleiter gewählt wird, dessen Bandlücke im gelben Spektralbereich liegt, so passiert das Licht aus dem längeren Wellenlängenbereich, also Rot und Infrarot, diesen Halbleiter ungenutzt. Kürzerwelliges Licht, also grünes, blaues oder UV-
Aurora Manzi, Wissenschaftlerin am Lehrstuhl für Photonik und Optoelektronik der LMU, der von Jochen Feldmann geleitet wird, hat sich mit diesen Grenzen der Nutzbarkeit des optischen Spektrums im Rahmen ihrer Doktorarbeit beschäftigt. Hierzu hat sie die Absorption mehrerer Photonen in Perowskit-
„Normalerweise ist die Absorption mehrerer Photonen aus dem langwelligen Lichtbereich, also mit Energien unterhalb der Bandlücke des Halbleiters, sehr ineffizient“, hebt Aurora Manzi hervor. „Deswegen war ich sehr überrascht, als ich beobachtete, dass dieser Prozess bei bestimmten Anregungswellenlängen plötzlich sehr viel effizienter wird. Zu Beginn haben wir dieses Phänomen nicht verstanden.“
Nach intensiven Diskussionen erkannte das Forscherteam, dass diese Resonanzen immer dann auftreten, wenn die Vielfachen zweier bestimmter Frequenzen übereinstimmen, die der primären Lichtschwingung und die der Bandlücke, oder exakter die des Exzitons an der Bandlücke. Man kann dieses Phänomen mit der Resonanz von akustischen Obertönen vergleichen, die in vielen Musikinstrumenten genutzt wird. Wenn intensives rotes Licht auf einen nano-
„Die Resonanzen, die wir beobachten, ähneln dem physikalischen Phänomen, das zwischen zwei Gitarrensaiten abläuft,“ fährt Manzi fort, „Wenn wir eine erste Saite als Lichtanregung ansehen und eine zweite Saite als Exziton an der Bandlücke des Halbleiters, dann wissen wir aus der Akustik, dass sie in Resonanz treten, sobald ein Oberton der ersten Saite mit einem Oberton der zweiten Saite übereinstimmt.“
„Die Beobachtung dieses neuen Resonanz-
LMU / DE