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hzbEMIL • Watching the Secret Lives of Atoms

From Solar Cells to Green IT - New Materials for Energy Transition

authored a year ago:

Die Kunst, Photonen zu addieren

Die Umwandlung von Sonnenenergie in Wasserstoff ist einer der Forschungsschwerpunkte bei Emil. Der Australier Rowan MacQueen arbeitet daran, Photonen miteinander zu kombinieren, um das Sonnenlicht für Solarzellen oder die Wasserstofferzeugung besser zu nutzen. Emil kann ihm dabei helfen, die elektrochemischen Prozessen an den Grenzschichten seiner Bauteile zu betrachten.

Seit Mai 2016 forscht MacQueen als Postdoktorrand am Institut für Nanospektroskopie des HZB. Dort beschäftigt er sich mit kleinen Molekülen, die einfallendes Licht auf höhere Energien bringen. Dabei werden sozusagen Photonen mit geringer Energie zu Photonen mit höheren Energien kombiniert. „Im Grunde können wir also rotes in blaues Licht umwandeln“, fasst der promovierte Chemiker zusammen. So könnten beispielsweise Solarzellen einen größeren Bereich des Sonnenspektrums nutzen oder eine effizientere Wasserstofferzeugung gelingen.

„Meine Arbeit könnte eine Voraussetzung dafür schaffen, um neue hocheffizientere Bauelemente für die Energieumwandlung zu entwickeln: Würde man molekulare Lichtwandler in Solar Fuel Devices anwenden, könnte man ein breiteres Spektrum des Lichts effizienter für die Wasserstofferzeugung aus Licht nutzen. Heute geht die Energie des niederenergetischen Lichts normalerweise verloren, da die Photonen im Material nicht absorbiert werden können. Auf der anderen Seite sind organische Lichtwandler ein interessantes Testfeld, um die grundlegenden photochemischen Prozesse in organischen Materialien zu verstehen“, erklärt MacQueen (mehr dazu in dieser Presseinformation).

Bei seiner Arbeit behält MacQueen also mögliche Anwendungen im Hinterkopf, die eines Tages leistungsfähige Bauelemente ermöglichen könnten. Für ihn geht es allerdings vorrangig um das Verständnis der Materialien und zugrundeliegenden Prozesse, sprich: Grundlagenforschung.

„Meine Idee, an der ich arbeite, profitiert von vielen verschiedenen Untersuchungsmethoden“, sagt MacQueen. Am HZB bekommt er den Zugang zu unterschiedlichen Instrumenten. Zukünftig wird auch EMIL dazugehören: „EMIL gibt uns die Möglichkeit auch verdeckte Grenzschichten zu beobachten, das ist sehr hilfreich für meine Arbeit“, erklärt MacQueen. Besonders die große Energiebandbreite findet der Australier beeindruckend. Da die Synchrotronstrahlung je nach Energie unterschiedlich tief in ein Material eindringen kann, können dadurch verschiedene bzw. verdeckte Grenzschichten innerhalb eines Materials betrachtet werden.