Triplett für mehr Energie
Nanoröhrchen haben als effiziente Wandler von Licht zu Elektrizität ein größeres Potenzial als vermutet.
Ob in der Solartechnik oder in speziellen Lichtsensoren: Der effizienten Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom kommt in der Zukunft eine immer größere Rolle zu. Doch auf diesem Gebiet gibt es – bei den marktüblichen Silizium-Solarzellen wie auch bei anderen Technologien – noch eine Herausforderung zu meistern. Die besteht darin, auch Licht von geringerer Energie, wie es in der Sonnenstrahlung vorhanden ist, in Strom umzuwandeln. Weil Silizium-Solarzellen das nicht schaffen, können sie nicht mehr als ein Viertel der Sonnenenergie ausnutzen.
Abb.: Elektronen im Triplett-Zustand sichtbar gemacht – ihr Zusammenstoß in einer Nanoröhre führt zu einer Lichtemission, die der Schlüssel für die Untersuchung dieser sonst quasi unsichtbaren Zustände ist. Die Experimente finden in einem Magnetfeld statt; die goldenen Scheiben rechts und links symbolisieren den Magneten. (Bild: JMU, T. Hertel)
Um das Repertoire von Detektortechnologien und der Solartechnik zu erweitern, kommen daher auch andere Materialien zum Einsatz, wie Nanoröhren aus reinem Kohlenstoff. Erste Solarzellen aus solchen Nanoröhren wurden versuchsweise vor einigen Jahren hergestellt; ihr Wirkungsgrad liegt derzeit bei einem Prozent.
Ob und wie sich dieses Potenzial steigern lässt, erforschen an der Universität Würzburg die Teams von Tobias Hertel und Vladimir Dyakonov. Mit einer ausgeklügelten spektroskopischen Technik haben die Wissenschaftler erstmals in den Nanoröhren diejenigen Elektronen sichtbar gemacht, die sich – angeregt durch Licht – im energetisch aufgeladenen Triplett-Zustand befinden. Dieser hatte sich einer genauen Beschreibung bislang entzogen. Wie durch die Messungen der Forscher nun unter anderem feststeht, behalten Nanoröhren im Triplett-Zustand ihre Anregungsenergie eine Million Mal länger als im Singulett-Zustand.
„Das bedeutet vielleicht, dass die Triplett-Zustände ein Schlüssel sind, um die Lichtenergie in Kohlenstoff-Nanoröhren besser ausnutzen zu können“, erklärt Hertel. „Wir haben gesehen, dass es eine ganze Familie von Triplett-Zuständen gibt.“ Als nächstes soll darum geklärt werden, wie sich diese voneinander unterscheiden. Zudem gilt es, neue Methoden zu entwickeln, um die Lebensdauer dieser Elektronen-Zustände noch besser bestimmen zu können.
JMU / AH
