Nanopartikuläre Kompositelektroden aus oxidischen Halbleitern und Farbstoff-Sensibilisatormolekülen


Betreuer:                Dr. habil. Achim Kittel

Doktorand:             Jens Reemts 

Projektbeginn:        November 2001

Projektziel:             Herstellung von Halbleiter-Farbstoff Kompositelektroden mit optimierter Effizienz zur Solarenergiekonversion

Projektbeschreibung:  Die Arbeitsgruppe NLD ist in ein Forschungsprojekt der Volkswagenstiftung involviert. Es sollen nanopartikuläre Kompositelektroden aus oxidischen Halbleitern (ZnO, SnO2, TiO2) und Farbstoff- Sensibilisatormolekülen (Phtalocyanine, Porphyrine, Perylentetracarbonsäurederivate, Xanthin) durch elektochemische Selbstorganisation hergestellt werden. Geringe Mengen dieser Farbstoff wirken stark strukturdirigierend auf die Morphologie der Materialien. Ziel ist es die Kontrolle der Nanostruktur der porösen Materialien während des Kristallwachstums durch gezielte Veränderungen der strukturdirigierenden Farbstoffmoleküle zu optimieren. Die NLD wird verschiedene elektrische, magnetische und thermische Charakterisierungsmethoden einsetzen, um die Mechanismen der Ladungsträgergeneration und des Ladungstransportes in dem Kompositmaterial zu untersuchen.

 

Abbildung 1: Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer ZnO-Probe ohneFarbstoff. Die Zugabe von Farbstoffen bewirkt eine drastische Änderung der Morphologie.

Die Mechanismen des Ladungstransports sollen mit Hilfe von temperaturabhängigen Impedanzmessungen charakterisiert werden. Die Ladungsträgermobilität kann mit temperaturabhängigen Magnetowiderstand und Hall-Effekt-Messungen bestimmt werden. Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) Messungen ermöglichen die Charakterisierung von Defektzuständen innerhalb der Bandlücke des oxidischen Halbleiters. Die Ergebnisse dieser Messungen werden es erlauben auf die Ladungsträgerkonzentration im Metalloxid und den Einfluß von strukturellen Defekten und Farbstoffabsorption zu schließen.

Die oben genannten Methoden liefern immer nur räumlich gemittelte Werte. Da aber gerade die räumliche Variation von Energiezuständen und Transportprozessen von erheblichem Interesse sind, werden wir die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit der Proben auf mikroskopischer Basis durch Raster-Tunnel-Mikroskop und Raster-Thermo-Mikroskop Messungen untersuchen.  

Die Kombination der Ergebnisse der einzelnen Kooperationspartner wird dazu benutzt werden, Kriterien abzuleiten, um Elektroden mit optimierter Effizienz zur Solarenergiekonversion in photoelektrochemischen Zellen zu präparieren.

Kooperationspartner:

Fachbereich Chemie der   Universität Oldenburg Fachbereich Chemie der  Universität Bremen Fachbereich Chemie der  Universität Bremen Faculty of Engineering der Universität Gifu, Japan
Prof. Dr. Katharina Al-Shamery

PD Dr. Derck Schlettwein 

Prof. Dr. Nils Jaeger

Dr. Michael Wark

Prof. Dr. Dieter Wöhrle Prof. Dr. Hideki Minoura

Dr. Tsukasa Yoshida

Physikalische Chemie 1 Institut für Angewandte und Physikalische Chemie Institut für Organische und Makromolekulare Chemie Environmental and Renewable Energy Systems Division (ERES)



17.06.2002 Webmaster