Die Sonne hat ein enormes Potenzial als Energielieferant: Was in nur einer Stunde von ihrer Strahlung auf die Erde trifft, entspricht dem jährlichen Energiebedarf der Menschheit. Dafür muss das Licht allerdings nutzbar gemacht werden, zum Beispiel elektrisch, chemisch oder thermisch. Handelsübliche Solar­zellen erzeugen Elektrizität. Für manche Anwendungen etwa im Transport­wesen wäre es praktischer, die Energie direkt auf Brennstoff­moleküle zu übertragen.

Eine viel versprechende Technologie hierfür sind von Licht aktivierte Katalysatoren. Solche so genannten Photokatalysatoren wandeln Sonnenenergie in chemische Energie um und speichern sie in den Bindungen von Brennstoffmolekülen. Fortschritte in deren Entwicklung hängen nicht zuletzt von einem besseren Verständnis davon ab, wie genau elektrische Ladungen in den Photokatalysatoren erzeugt und transportiert werden.

Diese Vorgänge spielen sich auf extrem unterschiedlichen Zeit- und Größenskalen ab …