A molecular view on dye-sensitized solar cell interfaces with in situ nearfield Raman spectromicroscopy

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Im Hinblick auf die schwindenden fossilen Energiequellen ist die Entwicklung kostengünstiger und flexibler alternativer Energieumwandlungskonzepte unerlässlich. Farbstoffsensitivierte Solarzellen (FS), die Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln, sind ein hervorragendes Beispiel für solche Alternativkonzepte. Modernste FS erreichen allerdings nur etwa 1/3 der theoretisch möglichen Umwandlungseffizienz. Um FS gezielt zu verbessern und die Technologie in Richtung Standardanwendung voranzutreiben, bedarf es molekularer Einblicke in die physikalisch-chemischen Eigenschaften der hochkomplexen Farbstoff/Elektrode/ Elektrolyt-Grenzfläche, an der die Energieumwandlung stattfindet. Im Rahmen des Emmy-Noether-Projektes möchte ich mit Hilfe eines neu zu entwickelnden in situ Nahfeld-Raman-Spektromikroskops Aufschluss über die FS-Grenzflächenprozesse auf molekularer Skala geben. Der ungekannte Blick ins Detail sowohl spektroskopischer als auch topographischer Natur unter realistischen Betriebsbedingungen wird Antworten auf Schlüsselfragen in der FS-Entwicklung geben: Welcher Art sind die Farbstoff-Elektroden-Elektrolyt-Wechselwirkungen und in welchem Zusammenhang stehen sie mit der Oberflächenmorphologie? Kann die Solarzellenaktivität durch Anwesenheit von Defekten oder leistungssteigernden Molekülen oder Partikeln kontrolliert werden? Welche chemischen Prozesse liegen dem Effizienzverlust durch UV-Einstrahlung und/oder die Präsenz von Sauerstoff oder Wasser zugrunde? Der vorgeschlagene neuartige Ansatz ermöglicht eine detaillierte Leistungsbewertung von FS, indem das makroskopische Verhalten von FS direkt zu den zugrundeliegenden molekularen Prozessen unter realistischen Reaktionsbedingungen in Beziehung gesetzt wird, und ebnet damit den Weg für rationale, d.h. ökonomische wie ökologische FS-Entwicklungen.