Kohlenstoffnanoröhren Solarzellen und Sensoren

• Antragsteller: Dr. Benjamin Flavel
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 230785872

Es besteht derzeit ein vermehrtes Bedürfnis an neuen Formen umweltfreundlicher, sauberer und erneuerbarer Energien, um der allgegenwärtigen weltweiten Energiekrise entgegenzutreten. Die Vorkommen an traditionellen fossilen Brennstoffen sind begrenzt und ihre negativen Auswirkungen auf den Klimawandel nicht mehr zu verkennen. Das Forschungsfeld der Nanotechnologie mit ihrem Zugang zu immer neuen Materialien ist hier in der einzigartigen Lage neue Lösungsansätze aufzuzeigen. Das Hauptziel dieses Projektes ist es photovoltaische Bauteile und Solarzellen auf Basis eines ebensolchen Nanomaterials, bekannt als Kohlenstoffnanoröhre, herzustellen. Eine Solarzelle gefertigt gänzlich aus Kohlenstoff, ein günstiges und unbeschränkt verfügbares Material, wird demonstriert werden. Eine solch neuartige Solarzelle wird flexibel, herstellbar mittels großflächiger Drucktechniken und selbst bei hohen Temperaturen funktionsfähig sein. Dieses Projekt ist thematisch in vier untereinander wechselwirkende Teilbereiche aufgeteilt: die Fabrikation organischer Solarzellen bestehend aus Kohlenstoff, Bauteile zur Lichtdetektion, Solarzellen, welche Farbstoffe beinhalten, ebenfalls gänzlich bestehend aus Kohlenstoff, sowie die Herstellung chemischer und biologischer optischer Sensoren. Die Herstellung von Solarzellen wird die Verwendung von nach Chiralität sortierten Kohnlenstoffnanoröhren einschließen, welche eine erhöhte Absorption und Koversionseffizienz des Sonnenlichtes bewirken. Eine anschließende chemische Modifikation von sortierten einwandigen Kohlenstoffnanoröhren mit Porphyrinen und anderen metallorganischen Farbstoffen wird den Wellenlängenbereich für Lichtabsorption erweitern und die Konversionseffizienz weiter erhöhen. Die Separation einwandiger Kohlenstoffnanoröhren wird weiterhin Verwendung in der Entwicklung von Sensorenarrays finden. Unter Ausnutzung der einzigartigen Separation von Kohlenstoffnanoröhren werden Lichtsensoren entwickelt mit direkter Anwendung im Bereich der Spektroskopie als Detektor. In einem komplementären Ansatz mit chemisch modifizierten separierten Kohlenstoffnanoröhren sollen hochsensitive biologische und chemische Sensoren entwickelt werden, welche in der Lage sind autonom, angetrieben durch Sonnenenergie, zu operieren.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: GPC system ; Solar simulator measurement ; Spectral characterization of solar cell devices ; Ultracentrifuge
• Gerätegruppe: 1210 Ultrazentrifugen (über 25.000 1/Min) ; 1350 Flüssigkeits-Chromatographen (außer Aminosäureanalysatoren 317), Ionenaustauscher ; 5600 Spektrallichtquellen ; 5650 Monochromatoren (außer Röntgen- 405)