Ladungsträgermultiplikation: Wege zur Optimierung der Singulett-Spaltung durch molekulares Design von Pentacen-Dimeren - TwoforOne2.0

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk M. Guldi
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454839818

Ziel von TwoforOne2.0 ist die Integration molekularer Schalter in Singulett-Spaltungs-(SF)-Materialien, mit dem übergeordneten Ziel, ein mechanismusbasiertes Design zu entwickeln, das die Lichtumwandlungseffizienz in praxisnahen Solarzellen auf bis zu 200 % steigert und gleichzeitig die höchstmögliche elektromotorische Kraft erreicht. Eine grundlegende Fragestellung für die gesamte Bauteilentwicklung ist, wie sich molekulare Strukturen optimal gestalten lassen, um die Effektivität der Singulett-Spaltung zu maximieren. Mit unserem TwoforOne2.0-Vorhaben gehen wir weit über den bloßen Nachweis des Trägermultiplikationskonzepts hinaus. Wir streben eine gezielte Optimierung an, die aus den Synergien ultraschneller Spektroskopien (wie ultraschnelle elektronische Absorptions- und Infrarotspektroskopie) und neu entwickelter SF-Materialien mit einer breiten Palette molekularer Schalter resultiert. Um die Leistungsumwandlungseffizienz über die detaillierte Balancegrenze hinaus zu steigern, nutzen wir das volle Potenzial der Untersuchung von i-SF entlang der gesamten Reaktionskoordinate in molekularen Systemen. In der ersten Förderperiode haben wir die Grundlagen der i-SF etabliert. Unsere bisherigen Arbeiten konzentrierten sich auf den Einsatz eines Baukastens molekularer Spacer zur Modulation der räumlichen Orientierung sowie zur gezielten Abstimmung der interdiabatischen elektronischen Kopplungen in i-SF. In der kommenden Förderperiode liegt unser Fokus darauf, i-SF mittels molekularer Schalter über externe Stimuli gezielt zu steuern. Dies erfolgt in vier eng miteinander verknüpften Arbeitspaketen, in denen Protonen, Photonen und Elektronen sowie offene Schalenzustände genutzt werden, um verschiedene i-SF-Prozesse gezielt an- und auszuschalten. Unsere fortgeschrittenen experimentellen Studien sind strategisch in einen multidisziplinären Forschungsansatz eingebettet, der bahnbrechende Beiträge aus der Synthesechemie, theoretischen Chemie sowie zeitaufgelösten Elektronen-Paramagnetresonanz-(EPR)-Spektroskopie umfasst. Gemeinsam verfolgen wir das übergeordnete Ziel, die thermodynamische Grenze der Energieumwandlung mit kostengünstigen, anpassbaren und stabilen molekularen Materialien zu erreichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kanada, USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Rik Tykwinski; Professor Dr. Michael R. Wasielewski
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Carolin Müller