Kategorie: Forschung

Solarzellen ultrahochauflösend drucken

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Für den präzisen 3D-Druck hat das Team den 3D-Druck in Atomlagen entwickelt. Die Atome werden dabei einzeln auf die Oberfläche aufgetragen (Grafik: Bachmann).

Für den präzisen 3D-Druck hat das Team den 3D-Druck in Atomlagen entwickelt. Die Atome werden dabei einzeln auf die Oberfläche aufgetragen (Grafik: Bachmann).

Besonders dünne Solarzellen mit einem 3D-Drucker herstellen, aus nachhaltigen Materialien und präzise bis auf den Nanometer: Daran forscht Prof. Dr. Julien Bachmann, Lehrstuhl für Chemistry of Thin Film Materials an der FAU. Für sein Projekt erhält er nun den ERC Proof of Concept Grant. Der ERC Proof of Concept Grant wird an Forschende vergeben, die bereits einen ERC Grant erhalten haben und nun ausloten, wie ihre Ergebnisse in der Praxis ökonomischen oder sozialen Mehrwert bringen können.

In seiner früheren Forschung konnte Prof. Bachmann zeigen, wie die Oberflächenstruktur der Halbleiter auf kleinster Ebene die Effizienz der Solarzellen beeinflusst. Mit einem hochauflösenden 3D-Drucker, der auf 0,000001 Millimeter genau ist, will er nun systematisch austesten, bei welche Oberflächengestaltung der Halbleiter am leistungsfähigsten ist. Für den Einsatz nachhaltiger Materialien im Bereich der erneuerbaren Energien ist diese Optimierung notwendig. Weiterlesen

Photonen-Recycling – der Schlüssel zu hocheffizienten Perowskit-Solarzellen

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Forschende der TU Dresden haben in Kooperation mit Teams der Seoul National University (SNU) und der Korea University (KU) die wichtige Rolle der Wiederverwendung von Photonen (bekannt als „Photonenrecycling“) und von Lichtstreuungseffekten in Perowskit-Solarzellen und damit einen Weg zu einer hocheffizienten Solarenergieumwandlung gezeigt.

Zusätzliche Lichtemission wird durch wiederholtes Recycling eingefangener Photonen in Perowskiten erreicht. (© Dr. Changsoon Cho)

Zusätzliche Lichtemission wird durch wiederholtes Recycling eingefangener Photonen in Perowskiten erreicht. (© Dr. Changsoon Cho)

Metallhalogenid-Perowskite sind auf großes Interesse als Halbleiter der nächsten Generation für die Solarenergieumwandlung gestoßen. Seit der ersten Demonstration eines Wirkungsgrades von 3,8 % im Jahr 2009 sind diese rapide gestiegen und hochmoderne Perowskit-Solarzellen weisen Wirkungsgrade von über 25 % auf, nahe den Rekordwirkungsgraden der Silizium-Photovoltaik. Dieses schnelle Wachstum während des letzten Jahrzehnts wirft die Frage auf, ob Perowskit-Solarzellen in der Lage sein werden, die obere (thermodynamische) Grenze des photovoltaischen Wirkungsgrads zu erreichen, die bei 34 % liegt. Um diesem Ziel näher zu kommen, muss die Solarzelle nicht nur ein guter Lichtabsorber, sondern auch ein guter Lichtemitter sein. Weiterlesen

Dünnster optischer Diffusor für neue Anwendungen

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Die Miniaturisierung von optischen Komponenten ist eine Herausforderung in der Photonik. Forschenden des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist es gelungen, einen Diffusor – eine optische Streuscheibe – auf der Basis von Silizium-Nanopartikeln zu entwickeln. Damit können sie Richtung, Farbe und Polarisation von Licht gezielt steuern. Anwendungen kann die neuartige Technologie etwa in transparenten Bildschirmen oder in der Augmented Reality finden.

Die Streuzentren – Silizium-Nanopartikel, hier als schwarze Scheiben dargestellt – auf dem transparenten Substrat streuen (einstellbar) bestimmte Farben von Licht; andere Wellenlängen werden nicht beeinflusst. (Grafik: Dennis Arslan, Universität Jena)

Die Streuzentren – Silizium-Nanopartikel, hier als schwarze Scheiben dargestellt – auf dem transparenten Substrat streuen (einstellbar) bestimmte Farben von Licht; andere Wellenlängen werden nicht beeinflusst. (Grafik: Dennis Arslan, Universität Jena)

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Hart im Nehmen: Sensorsysteme für extrem raue Umgebungen

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© Fraunhofer IZM Keramische Leiterplatte mit Hochtemperatur-fähigen integrierten Schaltungen.

© Fraunhofer IZM
Keramische Leiterplatte mit Hochtemperatur-fähigen integrierten Schaltungen.

Bislang fehlt es der Industrie an robusten Sensoren, die extrem hohe Temperaturen und Drücke aushalten. Im Leitprojekt »eHarsh« haben acht Fraunhofer-Institute jetzt eine Technologieplattform für den Bau solcher Sensorsysteme entwickelt. Diese können sogar das Innere von Turbinen und tiefen Bohrlöchern für die Geothermie überwachen. Weiterlesen

Material für künftige Quantencomputer

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Messung mit dem 4-Spitzen-Rastertunnelmikroskop Copyright: Forschungszentrum Jülich / Vasily Cherepanov

Messung mit dem 4-Spitzen-Rastertunnelmikroskop
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Vasily Cherepanov

Physikern des Forschungszentrums Jülich ist ein wichtiger Schritt hin zur Realisierung neuartiger elektronischer Bauelemente geglückt. Sie konnten mithilfe eines speziellen Vierspitzen-Rastertunnelmikroskops erstmals die außergewöhnlichen elektrischen Eigenschaften messen, die in ultra-dünnen topologischen Isolatoren bestehen. Diese resultieren daraus, dass der Elektronen-Spin an die Stromrichtung gekoppelt ist, was eine Voraussetzung für den Einsatz in einem topologischen Quantencomputer ist. Weiterlesen

Simultankonzept beschleunigt Elektrodenherstellung

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Rasterelektronenmikroskopischer Querschnitt durch eine mehrlagige Elektrode: Für die einzelnen Schichten werden verschiedene Aktivmaterialien eingesetzt und simultan appliziert. (Abb.: J. Schmatz, Microstructures and Pores GmbH, und J. Kumberg, KIT)

Rasterelektronenmikroskopischer Querschnitt durch eine mehrlagige Elektrode: Für die einzelnen Schichten werden verschiedene Aktivmaterialien eingesetzt und simultan appliziert. (Abb.: J. Schmatz, Microstructures and Pores GmbH, und J. Kumberg, KIT)

Trocknungszeiten deutlich reduziert ohne Kapazitätseinbußen bei der Batterie

Ein innovatives Konzept für die simultane Beschichtung und Trocknung zweilagiger Elektroden haben Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt und erfolgreich angewendet. Dadurch gelingt es, Trocknungszeiten auf unter 20 Sekunden zu verkürzen, was gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik eine Reduktion auf die Hälfte bis ein Drittel bedeutet – ohne dass es zu Kapazitätseinbußen bei der Batterie kommt. Das Konzept ermöglicht, Lithium-Ionen-Batterien schneller und kostengünstiger zu produzieren. Weiterlesen

Von Medizintechnik bis zum Sportartikel – biokompatible und nachhaltige Kunststoffe

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© Fraunhofer IAP Schläuche für die Medizintechnik sind eines von vielzähligen Anwendungsgebieten für Polyurethane. Fraunhofer-Forschende stellten diesen Kunststoff nun ohne toxische Isocyanate und gleichzeitig nachhaltig auf Basis von Kohlenstoffdioxid her.

© Fraunhofer IAP
Schläuche für die Medizintechnik sind eines von vielzähligen Anwendungsgebieten für Polyurethane. Fraunhofer-Forschende stellten diesen Kunststoff nun ohne toxische Isocyanate und gleichzeitig nachhaltig auf Basis von Kohlenstoffdioxid her.

Zahlreiche Kunststoffprodukte bestehen aus Polyurethanen. Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher haben eine Herstellungsweise für Polyurethane entwickelt, die auf toxische Isocyanate verzichtet und gleichzeitig Kohlenstoffdioxid als Ausgangsmaterial nutzt. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie entwickelt Fraunhofer Polyurethane mit konstanter, reproduzierbarer Qualität. Weiterlesen

Einsatz von Zementbeton für den Ständer einer Werkzeugmaschine

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Abstract

Strukturkomponenten von Werkzeugmaschinen werden überwiegend aus den Materialien Stahl oder Gusseisen hergestellt. Daneben wird jedoch auch angestrebt Potenzial zur Reduktion von Kosten zu erschließen und das dynamische Maschinenverhalten durch den Einsatz alternativer Materialien zu verbessern. Der Einsatz von zementgebundenem Beton stellt hierbei aufgrund seiner hohen Materialdämpfung und vergleichsweise geringen Materialkosten einen vielversprechenden Ansatz dar. In einem aktuellen Forschungsprojekt am WZL der RWTH Aachen werden daher Rahmenbedingungen für einen zielgerichteten Einsatz von Zementbeton in Werkzeugmaschinen untersucht. In diesem Artikel werden die Ergebnisse der dynamischen Maschinenuntersuchung an einer Fräsmaschine mit einem Fahrständer aus Zementbeton erläutert und mit den Ergebnissen eines Fahrständers aus Gusseisen verglichen. Weiterlesen

Durchbruch in der Magnonik? Neue Eigenschaft in Quantenmaterialien entdeckt

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Jülicher Forscher haben gemeinsam mit Kollegen aus Deutschland, Frankreich und China eine neue Eigenschaft in Quantenmaterialien entdeckt, die großes Potential für neuartige technische Anwendungen bietet. Für die Entdeckung synthetisierte und charakterisierte das 17-köpfige Team mit viel Arbeitsaufwand so genannte zweidimensionale Materialien, die einmal verschiedenste Funktionen in atomar dünnen Schaltkreisen übernehmen könnten, die auf der Zukunftstechnologie Magnonik basieren. Noch handelt es sich um Grundlagenforschung, die zukünftig jedoch die gezielte Entwicklung verwandter Materialien mit verschiedensten nutzbaren Eigenschaften vereinfachen soll. Im Erfolgsfall könnten Magnonik-Bausteine in die Halbleiter-Technologie integriert werden und geringeren Energieverbrauch und neue Funktionen ermöglichen.

Künstlerische Darstellung magnonischer Wellen an den Kanten eines 2D-van-der-Waals-Materials (grün hervorgehoben). Die Pfeile symbolisieren die magnetischen Momente, die in drei Schichten jeweils bienenwabenförmig angeordnet sind. Copyright: Forschungszentrum Jülich

Künstlerische Darstellung magnonischer Wellen an den Kanten eines 2D-van-der-Waals-Materials (grün hervorgehoben). Die Pfeile symbolisieren die magnetischen Momente, die in drei Schichten jeweils bienenwabenförmig angeordnet sind.
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Grüner Wasserstoff zu wirtschaftli­chem Preis

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© panthermedia

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Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Das Erreichen der Klimaneutralität in Deutschland bis zum Jahr 2045 erfordert eine Transformation in nahezu allen Lebensbereichen. Erneuerbare Energien werden zukünftig das Rückgrat moderner Volkswirtschaften darstellen. Häufig müssen etablierte Technologien, die auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe basieren, durch elektrische Alternativen ersetzt werden. Dies wird besonders beim Thema Elektromobilität deutlich. In der Praxis können jedoch nicht alle Prozesse auf die Nutzung energiereicher Brennstoffe verzichten. So sind zum Beispiel die Stahlindustrie oder der Flugverkehr auf energiereiche Brennstoffe angewiesen. Gleichzeitig stellt die hohe Volatilität, also die intensiven Schwankungen regenerativer Energiequellen, die Elektroenergieversorgung vor große Herausforderungen. Für beide Probleme stellt die Erzeugung von Grünem Wasserstoff eine attraktive Lösung dar. So kann mit überschüssiger Elektroenergie Wasserstoff erzeugt und als regenerativer Brennstoff verwendet werden. Allein in Deutschland wird der zukünftige jährliche Wasserstoff-Bedarf mehrere Hundertmillionen Tonnen betragen. Das Thema Wasserstoff stellt für die deutsche Industrie eine große Chance dar, die Zukunft zu gestalten. Notwendig sind effiziente, langlebige, robuste, kostengünstige, skalierbare und netzfreundliche Elektrolyseanlagen. Weiterlesen