Fachwissen
Farbmoleküle als Lichtverstärker Forschenden ist es gelungen, chemische Lichtverstärker aus Farbmolekülen zehnfach effizienter zu machen als bisher. Dies lässt sich vielfältig nutzen – etwa für organische Solarpanels, in Sensoren, für ultraschnelle Datenübertragung oder in der Mikroskopie. Text: Rainer Klose, Empa
«Hier sehen wir eine Energieübertragung, die
falls mit Licht. Optische Aufheller in
zum Beispiel Elektronen, transportiert, die
wesentlich schneller abläuft als in jedem
Waschmitteln absorbieren zum Beispiel
gewissermassen durchs Material «hüpfen».
Halbleiter», schwärmt Jakob Heier. Der Phy-
UV-Licht und geben bläuliches (sichtbares)
In J-Aggregaten dagegen schwingen die
siker arbeitet in der Empa-Abteilung «Func-
Licht ab – daher leuchten weisse Klei-
Elektronen nur im Farbstoffmolekül hin und
tional Polymers», und die Entdeckung, die er
dungsstücke im UV-Licht einer Diskothek
her und verlassen dieses nie, es werden also
mit seinem Team gemacht hat, könnte Be-
so kräftig blau.
nur Schwingungen übertragen – ähnlich wie
wegung in vielerlei Bereiche bringen – etwa
Die von Heier und dem Empa-Doktoranden
bei Sende- und Empfangsantennen in der
die Sensorik, die optische Datenübertragung
Surendra
untersuchten
makroskopischen Welt. J-Aggregate können
oder die Fabrikation organischer Solarzellen.
J-Aggregate verhalten sich anders als ein-
Energie in kleinstem Massstab «senden» –
Die Rede ist von Inseln aus Farbstoffmolekü-
zelne Farbmoleküle. In diesen Molekülinseln
extrem schnell, über viele hundert Moleküle
len mit perfekter, innerer Struktur, sogenann-
liegen die Farbstoffmoleküle gut sortiert, eng
hinweg.
te J-Aggregate. Sie sind zwar schon seit mehr
aneinander, ähnlich wie Streichhölzer in
als 80 Jahren bekannt, erfreuen sich aber
einer Schachtel. Das Farbstoffmolekül
Hohe Verluste seit 80 Jahren
wegen ihres besonderen elektronischen In-
«muss» in dieser Konstellation nicht leuch-
Das Phänomen der J-Aggregate und ihrer be-
nenlebens jüngst einer besonderen Aufmerk-
ten, sondern «kann» seine Energie auch an
sonderen Energieübertragung ist bereits 1936
samkeit in der Forschung.
ein Nachbarmolekül weitergeben. Doch im
von Edwin E. Jelley in den USA und Günter
Vergleich zu «klassischen» Halbleitern aus
Scheibe in Deutschland unabhängig vonein-
Moleküle als Energie-Antennen
Silizium wie zum Beispiel Solarzellen gibt es
ander entdeckt worden. Doch bislang gingen
Wenn ein Farbstoff leuchten soll, muss das
einen entscheidenden Unterschied: Die An-
rund 95 Prozent der eingestrahlten Energie
Molekül vorher aktiviert werden – eben-
regungsenergie wird über Ladungsträger,
verloren und konnten nicht weitergeleitet
Anantharaman
werden. Der Grund: Die Moleküle waren in der Realität doch nicht so perfekt aneinandergereiht. Und immer wenn der Energieimpuls bei seiner Reise durch das J-Aggregat auf eine dieser Defektstellen traf, wurde der Transportprozess unterbrochen, es entstand nichts ausser ein bisschen Wärme.
Der perfekte Antennenwald Dem Empa-Team gelang es nun, unterstützt von Forschenden der ETH Zürich, der EPF Lausanne, dem PSI und der IBM ReFoto: Empa
search Zürich, ein Farbstoffsystem zu ent-
Im Fokus eco2friendly-Magazin
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wickeln, in dem bis zu 60 Prozent des eingestrahlten Lichts auch wieder als Licht abgestrahlt wird. Somit können bis zu
