NSERC-DFG SUSTAIN - Verbesserte Solarenergie-Gewinnung durch Optimierung der Auf- und Abkonversion in organischen Molekülen

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk M. Guldi; Professor Dr. Michael Thoss
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534268920

Die vorgeschlagenen Arbeiten umfassen einen interdisziplinären Plan zur Erweiterung der Grenzen der Sonnenenergiegewinnung und -umwandlung durch die Synthese kohlenstoffreicher Moleküle und Materialien. Strategisch konzipierte organische Moleküle werden eingesetzt, um die thermodynamischen Einschränkungen zu überwinden, die der aktuellen Generation von Prozessen zur Umwandlung von Licht in Elektrizität innewohnen. Insbesondere kann molekulares Design verwendet werden, um sowohl grundlegende als auch angewandte Fragen zu zwei Prozessen zu beantworten: singlet fission (SF) und triplet-triplet annihilation upconversion (TTA-UC). Die Kombination dieser beiden Prozesse in organischen Materialien bietet das Potenzial für eine verbesserte Effizienz in der nächsten Generation von Solarzellen. Wir schlagen vor, dass die schrittweise Substitution von Acenen den Einbau von Gruppen ermöglicht, die für Stabilität, Löslichkeit und Funktion sorgen können (Acene = Moleküle mit einer linear kondensierten Sequenz von Benzolringen). Eine genaue Kontrolle der Struktur von Acenen wird die Umwandlung von Sonnenenergie durch SF und TTA-UC erleichtern. Sorgfältiges molekulares Design wird dann mit weltweit führender theoretischer und photophysikalischer Charakterisierung kombiniert, um organische Moleküle in Solarzellen zu verstehen, zu optimieren und zu implementieren. Photophysikalische Analysen werden durch Femto-, Piko-, Nano- und Mikrosekunden-aufgelöste Experimente ein detailliertes mechanistisches Verständnis von SF und TTA-UC liefern. Mit anderen Worten: Wir nutzen Spektroskopie, um Moleküle über Zeiträume von einer Billiardstel Sekunde bis hin zu einer Tausendstelsekunde zu "beobachten". Um grundlegende Aspekte von SF und TTA-UC zu verstehen, werden wir uns auf moderne theoretische Methoden zur Behandlung der elektronischen Struktur und der Dynamik stützen. Diese Simulationen liefern theoretisch abgeleitete Modelle der ultraschnellen Prozesse, die spektroskopisch beobachtet werden, nachdem die Moleküle Licht absorbiert haben. In Verbindung mit experimentellen Messungen wird ein ganzheitliches Bild entwickelt, um sowohl einzelne Molekülklassen zu verstehen als auch deren Implementierung in Solarumwandlungssysteme zu planen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kanada
• Partnerorganisation: Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada
• Kooperationspartner: Professor Dr. Rik Tykwinski; Professor Jonathan Veinot, Ph.D.