Вопреки электрическим проводникам, таким как металлы, полупроводники – материалы, которые проводят электричество только при определенных обстоятельствах, например при озарении со светом. Из-за этой собственности полупроводниковые пластмассы (также названный полупроводниковыми полимерами) являются очень многообещающими материалами для последнего поколения солнечных батарей – органические солнечные батареи. По сравнению с классическими неорганическими вариантами их фальсификация может быть более дешевой, и они – материалы очень легкого веса, которые могут быть выгодными для многих заявлений, например в транспортном секторе. «Однако органические солнечные батареи все еще не достигают тех же самых полезных действий как неорганические солнечные батареи на основе кремния так, чтобы была существенная потребность в исследовании в этой области», Энн Стобиц от Diels-института Отто помещает свою область исследования в контекст.
Важный критерий таких полупроводников – то, как эффективно они поглощают свет солнца, чтобы преобразовать его в электричество. Когда свет солнца преобразован в электричество, отрицательно заряженные электроны в полупроводнике снимаются с одного энергетического уровня на более высокий энергетический уровень. Этот процесс оставляет позади положительно заряженное «отверстие» на более низком энергетическом уровне. Тогда обвинения просачиваются отдельно различным электрическим полюсам: ток может наблюдаться.
Свет солнца в состоянии начать этот процесс. Чем ближе эти энергетические уровни вместе, тем более поверхностный этот процесс: Больше фотонов может быть поглощено, и таким образом больше солнечной энергии может использоваться. У полимеров, в которых этот промежуток («ширина запрещенной зоны») между энергетическими уровнями небольшой, есть красный в редких случаях даже фиолетовый цвет.
Одна цель синтетического органического полупроводникового исследования состоит в том, чтобы поэтому произвести органические полимеры с маленькими энергетическими кризисами (или ширины запрещенной зоны). Однако развитие такого решительно легкого поглощения, глубоко окрашенные пластмассы очень трудные и поэтому очень активная область в текущем исследовании. «С новым материалом из наших лабораторий это видимо невооруженным глазом, что мы были успешны в развитии таких пластмасс!» говорит Штаубиц.
Полимер темно-фиолетовый в решении и почти черный, когда обработано в тонкую пленку.Чтобы достигнуть очень маленьких энергетических кризисов, ученые из Киля использовали новое понятие.
Они включили органическое олово в форме циклических молекул («stannoles») в основу углеродного полимера. Олово принадлежит той же самой химической группе как углерод и поэтому подобно в некоторых его свойствах. Электронные свойства, однако, между stannoles и соответствующим углеродом congeners (циклопентадиены) очень отличаются. «Олово не просто грузный атом углерода», объясняет Энн Стобиц. «Это может понизить энергичные уровни в своих органических соединениях существенно». Но до сих пор, никто не смог использовать эти специальные свойства олова в полимерных материалах.
Присоединение к этим отдельным молекулярным стандартным блокам (мономеры) вместе было трудной задачей для исследователей: мономеры не только содержали желаемое олово в самих stannole-единицах; органическое олово также присутствовало в реактивных группах сцепления, которые были необходимы для присоединения к мономерам вместе, чтобы сформировать полимер. Только эти группы, как предполагалось, реагировали, тогда как кольца stannole не должны подвергаться нападению. Это было жизненно важно, потому что любая нежеланная реакция стороны приведет к значительному сокращению цепи полимера, приводя к существенному ухудшению качества полимера. «Это было проектом высокого риска, потому что реакции сцепления, которые могут выбрать между двумя различными органическими оловянными группами, не были известны в химии прежде», говорит Штаубиц.
Поэтому аспирант Джулиан Линшофт должен был только развивать отборное, но очень отборная реакция перекрестной связи. «Первая трудность состояла в том, чтобы найти правильные образцы реактивности для мономеров», Линшофт вспоминает. «Для этого не было никакого лидерства в химической литературе до сих пор».Эксперимент имел успех.
Команда смогла подготовить желаемый пластмассовый палладий использования как катализатор реакции. Материал может быть обработан легко в тонкие пленки, которые мерцают черные и чье применение в солнечных батареях может теперь быть проверено.
Linshoft, работа которого финансировалась стипендией немецкого Фонда для Окружающей среды, заявляет: «Наконец, мы в состоянии подготовить эти новые полупроводниковые пластмассы. Их полный потенциал может быть оценен в ближайшем будущем».