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Die "Vielseitigkeit" organischer Moleküle

Physiker stellen freiere Materialwahl bei Solarzellen in Aussichten.

Nach gängiger Meinung ist die Energie, die man benötigt, um einem Molekül ein Elektron zu entreißen, die so genannte Ionisationsenergie, eine molekulare Kenngröße – also ein fester Wert für jedes Molekül. Die Forschergruppe um Norbert Koch und den Physikprofessor Jürgen P. Rabe hat nun gezeigt, dass dies nicht mehr stimmt, sobald Moleküle in einem geordneten Verbund vorliegen, dessen Ausdehnung vergleichsweise groß ist: In diesem Fall hängt die Ionisationsenergie von der Orientierung der Moleküle relativ zu der Oberfläche einer geordneten molekularen Schicht ab.

Um zu dieser Aussage zu gelangen, präparierten die Wissenschaftler besonders wohl definierte Schichtsysteme von stäbchenförmigen organischen Molekülen und brachten sie ganz gezielt dazu, auf einer Unterlage entweder zu liegen oder zu stehen. „Das überraschende Ergebnis stellt nicht nur das etablierte Konzept der Ionisationsenergie von Molekülen in schwach gebundenen Festkörpern in Frage, den so genannten van der Waals Festkörpern“, erklärt Rabe. „Es hat auch grundlegende Bedeutung für die organische Elektronik. Hier spielen die relativen Ionisationsenergien von Molekülen untereinander sowie von Molekülen und Kontakten nämlich eine ganz entscheidende Rolle.“ So ist zu Austritt eines Elektrons aus einem molekularen System: Auf denWeg kommt es an. erwarten, dass man zukünftig organische Solarzellen einfacher aus strukturierten Materialien herstellen kann, da durch die Orientierungsabhängigkeit der Ionisationsenergie nun ein zusätzlicher Freiheitsgrad für die Wahl der Materialien zur Verfügung steht. Nicht nur Solarzellen, auch elektronische und optoelektronische Bauelemente wie Transistoren oder Leuchtelemente könnten dann statt aus Silizium oder anderen anorganischen Halbleitern aus einfacher und daher billiger zu verarbeitenden molekularen Materialen hergestellt werden. Die auf einem Zusammenwirken von Experiment und Theorie basierenden Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ erschienen. Annette Zerpner