Solarzellen ultrahochauflösend drucken

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

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

Neue Weichmacher-Generation aus nachwachsenden Rohstoffen

Verbundprojekt entwickelt Alternative als Teil der Kreislaufwirtschaft

Plastik ist heute weltweit ein selbstverständlicher Bestandteil des Alltags. Zu finden ist es unter anderem in Autoreifen, Lebensmittelverpackungen, Spielzeug und Infusionsschläuchen. Viele Kunststoffe enthalten Weichmacher – Studien zeigen jedoch, dass sie toxisch wirken, auch ist für ihre Herstellung klimaschädliches Erdöl nötig. In einem Verbund-Forschungsprojekt der Technischen Universität Hamburg, dem Chemieunternehmen BASF SE und der Universität Bielefeld ist es nun gelungen, nachwachsende Ausgangsstoffe für eine biobasierte Alternative zu nutzen. Leiter des Bielefelder Teilprojekts ist Professor Dr. Harald Gröger von der Arbeitsgruppe Industrielle Organische Chemie und Biotechnologie. Weiterlesen

Grüner Wasserstoff zu wirtschaftli­chem Preis

© 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

Umweltfreundliche Herstellung von Batterieelektroden

© Fraunhofer IWS Dresden DRYtraec®-Anlagen benötigen keine langen Trocknungsstrecken und nehmen daher deutlich weniger Platz ein als herkömmliche Anlagen zur Herstellung von Batterieelektroden.

© Fraunhofer IWS Dresden DRYtraec®-Anlagen benötigen keine langen Trocknungsstrecken und nehmen daher deutlich weniger Platz ein als herkömmliche Anlagen zur Herstellung von Batterieelektroden.

Herkömmliche Prozesse zur Herstellung von Batterieelektroden sind auf den Einsatz von meist toxischen Lösungsmitteln angewiesen und benötigen viel Platz und Energie. Nicht so DRYtraec® – ein neu entwickeltes Trockenbeschichtungsverfahren des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS. Die Technologie ist umweltfreundlich und kosteneffizient, kann breit eingesetzt werden und hat so das Potenzial, die Batterieelektrodenherstellung zu revolutionieren. Weiterlesen

Bleifreie Perowskit-Solarzellen – Wie Fluor-Additive die Qualität verbessern

Die Beigabe von Fluor-Additiven steigert die Qualität der Perowskit-Schicht. Analysen an BESSY II zeigen nun, warum. © M. Künsting/HZB

Die Beigabe von Fluor-Additiven steigert die Qualität der Perowskit-Schicht. Analysen an BESSY II zeigen nun, warum. © M. Künsting/HZB

Zinnhalogenid-Perowskite gelten aktuell als beste Alternative zu den bleihaltigen Analogen, sind jedoch im Vergleich zu diesen noch deutlich weniger effizient und stabil. Nun hat ein Team um Prof. Antonio Abate aus dem HZB die chemischen Prozesse in der Perowskit-Vorläuferlösung und deren Fluoridchemie eingehend analysiert. Durch eine raffinierte Kombination von Messmethoden an BESSY II mit Kernspinresonanz konnten sie zeigen, dass Fluorid die Oxidation von Zinn verhindert, was zu einer homogeneren Filmbildung mit weniger Defekten führt und die Qualität der Halbleiterschicht erhöht. Weiterlesen

Carbon Black aus Autoreifen recyceln

© Fraunhofer IBP Oben, Primärprodukt von links nach rechts: Roh-rCB, Clean rCB (96+), perliertes Clean rCB (96+). Unten, gewonnene Sekundärprodukte aus der Asche von links nach rechts: »Wasserglas«, gefälltes SiO2, gefälltes ZnSO4.

© Fraunhofer IBP
Oben, Primärprodukt von links nach rechts: Roh-rCB, Clean rCB (96+), perliertes Clean rCB (96+). Unten, gewonnene Sekundärprodukte aus der Asche von links nach rechts: »Wasserglas«, gefälltes SiO2, gefälltes ZnSO4.

Altreifen werden bislang vorwiegend zur Gewinnung von Energieträgern genutzt: Das darin enthaltene Carbon Black wird nur zu geringen Anteilen recycelt, da es etwa 20 Prozent mineralische Asche enthält. Mit einem neuen Verfahren des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP lässt sich diese Asche nahezu vollständig abtrennen – und so sowohl das Carbon Black als auch die Mineralien aus der Asche erneut nutzen. Weiterlesen

Polypropylen-Recycling aus Teppichabfällen

 © ISOPREP Zerkleinerte Teppichabfälle, die anschließend gereinigt und mit ionischem Liquid versetzt werden.

© ISOPREP
Zerkleinerte Teppichabfälle, die anschließend gereinigt und mit ionischem Liquid versetzt werden.

Teppichabfälle bestehen zu einem erheblichen Teil aus erdölbasiertem Polypropylen. Bislang sind sie jedoch nicht recycelbar; sie werden daher verbrannt oder deponiert. Über ein neuartiges Lösungsmittel lässt sich das Polypropylen aus Teppichabfällen in Primärqualität zurückzugewinnen – ohne merkliche Qualitätseinbußen. Auch in punkto Kosten ist das Verfahren des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP und seiner Partner durchaus konkurrenzfähig. Entwickelt wurde es im EU-Projekt »ISOPREP«. Weiterlesen

Kajaks auf der Einwelle

Bild 1: Zweistufige Zerkleinerungsanlage

Zweistufige Zerkleinerungsanlage
© WEIMA

Im britischen Exeter recycelt das Unternehmen Devon Contract Wasteeine breite Vielfalt an Hartkunststoffen. Dazu gehören auch nicht ganz alltägliche Dinge wie Kraftstofftanks, Kajaks und Straßenkegel. Zentraler Bestandteil der Recyclinganlage ist ein WEIMA WLK 1500 Einwellen-Zerkleinerer.

Seit der Gründung im Jahr 1989 ist Devon Contract Waste (DCW) das führende unabhängige Unternehmen für das Recycling von Gewerbeabfällen im Südwesten Großbritanniens. Mit der Mission, den nachhaltigen Umgang mit Abfällen in der Region weiter voranzutreiben, unterstützt DCW Unternehmendabei, so viel Müll wie nur möglich zu recyceln. Weiterlesen

Mit aktivem maschinellem Lernen zu neuen Solarzellen

Aktiv selbst lernend bewegt sich der Algorithmus immer weiter durch die unendlichen Weiten des molekularen Raums und schlägt immer wieder neue Moleküle vor, die die Basis für die nächste Generation von Solarzellen sein könnten. Bild: Christian Kunkel / TUM

Aktiv selbst lernend bewegt sich der Algorithmus immer weiter durch die unendlichen Weiten des molekularen Raums und schlägt immer wieder neue Moleküle vor, die die Basis für die nächste Generation von Solarzellen sein könnten.
Bild: Christian Kunkel / TUM

Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) und des Fritz-Haber-Instituts in Berlin nutzt maschinelles Lernen bei der Suche nach geeigneten molekularen Materialien für neue organische Halbleiter, die Basis für organische Feldeffekt-Transistoren (OFETs), Licht emittierende Dioden (OLEDs) und organische Solarzellen (OPVs). Um mit der endlosen Vielfalt möglicher Materialien effizient zurechtzukommen, bestimmt die Maschine selbst, welche Daten sie braucht.

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