Solarzelle schaltet auf Molekülebene für zukünftige Computerchips

Schrumpfen die Strukturen auf modernen Computerchips schon auf Maße unter 65 millionstel Millimeter, suchen Forscher intensiv nach noch kleineren Bauteilen. Ein winziges Modul auf der Basis einer Farbstoff-Solarzelle kann hierfür als lichtgesteuerter Schalter dienen.

São Paulo (Brasilien) - Brasilianischen Wissenschaftlern gelang nun der Aufbau dieses Nanobauteils, das je nach Farbe des eingestrahlten Lichts Elektronen entweder in die eine oder die andere Richtung in Bewegung setzt. Ihren Prototyp dieses Molekülschalters präsentieren sie im Fachblatt "Angewandte Chemie".

Koiti Araki und sein Team von der Universidade de São Paulo griffen dazu zu einem Konzept, das bisher in so genannten Farbstoff-Solarzellen - die auch nach dem Erfinder unter dem Namen Grätzel-Zellen bekannt sind - Anwendung findet. Erstmals schufen sie ein optoelektronisches molekulares Gatter, das Licht direkt aufnimmt und elektrische Impulse abgibt. Es besteht aus einer Glaselektrode, auf die ein dünner, nanokristalliner Film aus dem Weißpigment Titandioxid aufgebracht wird. Daran lagerten sie einen Farbstoff aus drei Rutheniumpyrazincarboxylat-Komplexen. Auf der Rückseite dient eine hauchdünne Platinschicht als Elektrode.

Unter Lichteinfall werden Elektronen angeregt, Ladungen werden getrennt und es fließt ein Strom. Doch die Richtung der Elektronen lässt sich durch die Wellenlänge des Lichts steuern. Bei 350 Nanometer Wellenlänge wandern die Elektronen von der Platin- zur Glaselektrode, bei 420 Nanometer in die umgekehrte Richtung. Dadurch erhalten die Forscher einen Schalter, der sich durch Licht nicht nur einfach an- oder ausschalten lässt, sondern in dem man auch die Richtung des Signals mit Hilfe der geeigneten Wellenlänge steuern kann.