HZB stellt Forschung an Thermoelektrika vor
HZB-Gruppe bei der ICT/ECT2015. Von links nach rechts: Dr. Klaus Habicht (Leiter der Abteilung "Methoden zur Charakterisierung von Transportphänomenen in Energiematerialien"), Dr. Tommy Hofmann, Dr. Katharina Fritsch, Dr. Britta Willenberg, Dr. Katrin Meier-Kirchner
Die "International Conference on Thermoelectrics (ICT)" und die "European Conference on Thermoelectrics (ECT) " fanden in diesem Jahr vom 29.06.2015 bis zum 02.07.2015 in Dresden statt. Das HZB war bei diesem internationalen, multidisziplinären Treffen zum ersten Mal vertreten. Dabei präsentierte die HZB Abteilung "Methoden zur Charakterisierung von Transportphänomenen in Energiematerialien" um Dr. Klaus Habicht ihre Forschung mit zwei Vorträgen und einem Poster.
Dr. Tommy Hofmann präsentierte einen Vortrag zu den thermoelektrischen Eigenschaften von nanostrukturiertem Silizium, das im HZB über ein Ätzverfahren hergestellt und mittels makroskopischer Charakterisierungsmethoden und mikroskopischer Sonden untersucht wird. Dieses Material ist zurzeit von besonders großem Interesse, da Silizium im Gegensatz zu thermoelektrischen Materialien wie Bi2Te3 oder PbTe in der Natur reichlich vorhanden, nicht giftig und preiswert ist. Die Nanostrukturierung dieses einfachen Materials eröffnet neue Möglichkeiten, die thermoelektrische Effizienz des Materials zu erhöhen, indem zum Beispiel die thermische Leitfähigkeit durch künstlich eingebrachte Grenzflächen verringert wird. Die thermische Leitfähigkeit als makroskopische Größe ist wiederum mit dem Transport von Gitterschwingungen oder Phononen auf mikroskopischer Ebene verbunden, zu dem die Techniken der inelastischen Neutronenstreuung am Forschungsreaktor BER II des HZB einen idealen Zugang bieten.
In einem zweiten Vortrag gab Dr. Katharina Fritsch einen Überblick über die am HZB verfügbaren Methoden für die Forschung an Thermoelektrika und stellte beispielhaft ausgesuchte Forschungsprojekte der Abteilung vor. So wurden neben nanostrukturiertem Silizium Experimente zur Gitterdynamik und der elektronischen Bandstruktur in niedrig-dimensionalen thermoelektrischen Einkristallen sowie strukturelle Untersuchungen an Skutteruditverbindungen diskutiert.
Der Zusammenhang zwischen Struktur und Funktionalität in Skutteruditverbindungen war auch Thema des von Dr. Britta Willenberg präsentierten Posters mit dem Titel "Yb-filled skutterudites: a combined macroscopic and microscopic approach", welches die Ergebnisse eines Kooperationsprojekts der Abteilung mit dem Institut für Werkstoff-Forschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln vorstellte.
Insgesamt war die Konferenz eine gute Gelegenheit, Feedback zu unseren Forschungsprojekten zu erhalten und die experimentelle Infrastruktur sowie die Forschungsmöglichkeiten am HZB einem internationalen Publikum vorzustellen. Mit unserem Forschungsprogramm haben wir das Interesse von neuen möglichen Kooperationspartnern geweckt.
- Neues Kontaktmaterial steigert Wirkungsgrad von Perowskit-SolarzellenEin neu entwickeltes Material für den Elektronenkontakt verbessert die Wirkungsgrade von Perowskit-Einzelsolarzellen und Perowskit/Silizium Tandemsolarzellen. Das neue Material basiert auf einem Carboran-Molekül und bietet gegenüber dem bisher genutzten Standardmaterial aus so genannten Fußballmolekülen eine Reihe von Vorteilen, zeigt die Studie, die federführend von einem Team um Steve Albrecht erarbeitet wurde. Inzwischen ist das Material patentiert und kommerziell erhältlich.
- BESSY II: Neue Probenumgebung erlaubt Einblick in thermokatalytische ProzesseEine neuartige Messzelle ermöglicht erstmals Untersuchungen mit weicher und harter Röntgenstrahlung unter hohen Drücken von bis zu 20 bar und Temperaturen von bis zu 400 °C. Dies liefert neue Erkenntnisse über thermokatalytische Prozesse, wie beispielsweise die Fischer-Tropsch-Synthese zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe. Die Entwicklung der Messzelle gilt als Meilenstein im Rahmen des Care-O-Sene-Projekts.
- Präzise Grenzflächenchemie steigert Wirkungsgrad von Perowskit-SolarzellenIm Rahmen einer internationalen Forschungskooperation wurde eine neue molekulare Strategie entwickelt, um eine der Grenzflächen in Perowskit-Solarzellen zu verbessern. Die daraus resultierenden Solarzellen erreichten in der n-i-p-Architektur einen Energieumwandlungswirkungsgrad von 26,19 % bei gleichzeitig hoher Betriebsstabilität unter längerer Bestrahlung und erhöhten Temperaturen. Die Ergebnisse wurden im „Journal of the American Chemical Society“ veröffentlicht.