Lichtgedanken 05

Rubrik 51 05 | LICHT GEDANKEN Weniger als zwei Grad soll sich die Erde im Vergleich zur vorindustriellen Zeit erwärmen. So sieht es das Pariser Klimaabkommen von 2015 vor. Um die- ses Ziel zu erreichen, müssten weltweit die Emissionen klimaschädlicher Treib- hausgase drastisch reduziert werden. Das wiederum setzt eine globale Ener- giewende voraus: Fossile Brennstoffe wie Öl, Gas und Kohle müssten weitge- hend durch erneuerbare Energieträger ersetzt werden. Bekanntermaßen hapert es jedoch an der Umsetzung der Klimaziele. Und das sei nicht allein fehlendem politi- schen Willen geschuldet, ist Dr. Michael Zürch überzeugt. »Die Energiewende ließe sich mit Sicherheit beschleunigen, wenn wir bessere Solartechnik hätten«, sagt der Physiker. Er verweist darauf, dass heute eingesetzte Solarmodule auf Silizium-Basis einen Wirkungsgrad von maximal 20 Prozent haben. Anders ausgedrückt: Rund drei Viertel der Son- nenenergie lässt sich mit den heutigen Modulen überhaupt nicht nutzen. »Wir brauchen Alternativen zu Silizium, die eine effizientere Umwandlung von Son- nenenergie in Strom ermöglichen.« Diese Alternativen hat Zürch in den kommenden vier Jahren intensiv im Blick: Mit Kollegen am Lehrstuhl für Quantenelektronik sowie mit fran- zösischen und US-amerikanischen Partnern hat er das Forschungspro- jekt »Quest for Energy« gestartet. Der Deutsche Akademische Austausch- dienst (DAAD) fördert das Vorhaben im Rahmen der deutsch-französischen Forschungsinitiative »Make our planet great again« bis 2022 mit knapp einer Million Euro. Zweidimensionale Halbleiternano- materialien sollen Silizium ablösen Eine vielversprechende Materialklasse, die Silizium in Solarmodulen ablösen könnte, sind Halbleiternanomaterialien, wie Prof. Dr. Christian Spielmann erläu- tert. »Diese nur wenige Atomlagen dün- nen zweidimensionalen Schichten be- sitzen ganz außergewöhnliche optische und elektronische Eigenschaften, die sie als Halbleiter bestens geeignet machen«, so der Physiker, in dessen Team Zürchs Projekt nun angesiedelt ist. Bekanntes- tes Beispiel solcher 2D-Nanomaterialien ist Graphen. Die Jenaer Physiker wollen jedoch eine neue, bislang kaum unter- suchte Klasse dieser Materialien unter die Lupe nehmen: sogenannte Über- gangsmetall-Dichalcogenide. »Dabei handelt es sich um Verbund- materialien, die je nach Zusammenset- zung in ihren Eigenschaften variieren und so für verschiedene Anwendungen maßgeschneidert werden könnten«, er- läutert Zürch. Allerdings sei bisher nur wenig über die fundamentalen Vorgän- ge in diesen Materialien bekannt, wenn sie mit Licht wechselwirken. Aufgrund ihrer speziellen Nanoeigenschaften lau- fen die physikalischen Prozesse in die- sen Materialien besonders schnell ab. Diese wollen die Physiker nun im Detail untersuchen, um ihre Eignung als So- larmaterial zu prüfen. »Uns geht es kon- kret darum, die Ladungsträger – sprich die Elektronen – in dem Material zu be- obachten, wenn sie mit Licht beleuchtet werden.« Langfristig wollen die Forscher damit den Weg für einen zielgerichteten Ein- satz solcher Verbundmaterialien in der Solartechnik ebnen. Projekte Neue Solartechnik für die Energiewende Deutsch-Französische Forschungsinitiative: Physiker der Universität Jena entwickeln und testen neuartige Mate- rialien für einen möglichen Einsatz als hocheffiziente Solarzellen. Ihr Forschungsvorhaben »Quest for Energy« wird vom Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD) bis 2022 mit etwa einer Million Euro gefördert. TEXT: UTE SCHÖNFELDER Dr. Michael Zürch untersucht Halbleiter- materialien, die Silizium in Solarmodulen ablösen könnten.