Solarzellen und organische LEDs drucken
Das aus einer Kupferlösung aufgedruckte HySPRINT-Logo (Helmholtz Innovation Lab) symbolisiert, wie sich dünnste Materialschichten kostengünstig herstellen lassen. Mögliche Anwendungen sind Solarzellen, organische LEDs und Transitoren. Herstellung und © Humboldt-Universität zu Berlin/List-Kratochvil
Humboldt-Universität zu Berlin und Helmholtz-Zentrum Berlin gründen gemeinsames Labor und Forschergruppe „Generative Fertigungsprozesse für Hybride Bauelemente“.
Solarzellen, LEDs und Detektoren aus organischen und hybriden Halbleitern lassen sich einfach drucken und dabei sogar mit winzigen Nanostrukturen versehen, die ihre Funktionen verbessern. Die Entwicklung von preiswerten Druckverfahren für elektronische und optoelektronische Bauteile steht im Mittelpunkt der neuen gemeinsamen Forschergruppe und des gemeinsamen Labors des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) und der Humboldt-Universität zu Berlin (HU).
In der neuen Forschergruppe kooperieren die HU-Arbeitsgruppe „Hybrid Devices“ unter der Leitung von Prof. Dr. Emil List-Kratochvil, die HZB-Nachwuchsgruppe von Dr. Eva Unger, das Helmholtz Innovation Lab HySPRINT und das von Prof. Dr. Rutger Schlatmann geleitete Kompetenzzentrum Photovoltaik Berlin (PVcomB) miteinander. Die Partner bauen ein Joint Lab an der Humboldt-Universität zu Berlin auf, das den Forschenden die Anschaffung und Nutzung komplementärer Laborinfrastrukturen für verschiedene Beschichtungsverfahren ermöglicht.
Prof. Emil List-Kratochvil ist Leiter der HU-Arbeitsgruppe „Hybrid Devices“ am IRIS Adlershof und beschäftigt sich seit 15 Jahren mit der Entwicklung von elektronischen und optoelektronischen Hybridbauteilen, ressourceneffizienten Abscheidungstechniken (Inkjetdruck) und in-situ Nanostrukturierungs- und Syntheseverfahren. Diese Expertise ergänzt die Zielsetzungen der HZB-Nachwuchsgruppe um Dr. Eva Unger. Sie will lösungsbasierte Herstellungsverfahren entwickeln, um Perowskit-Halbleiterschichten für Solarzellen auf größeren Flächen abzuscheiden. „Die neue Forschergruppe mit Herrn List-Kratochvil ist für uns ein großer Gewinn. Durch seine Erfahrungen in gedruckten elektronischen Bauteilen ist er für uns ein idealer Kooperationspartner“, sagt Unger.
Pilotlinie für Druck hybrider Bauelemente
Ihrem Ziel, im Rahmen des Helmholtz Innovation Lab HySPRINT großflächige hybride Tandem-Solarmodule zu entwickeln, ist die Forscherin mit ihrem Team in den letzten Monaten schon näher gekommen. Nun ist das Upscaling der Prozesse der nächste notwendige Schritt, um die Marktreife der neuartigen Solarzellen voranzutreiben. Für die Entwicklung industriell relevanter Herstellungsverfahren ist das Kompetenzzentrum für Photovoltaik (PVcomB) der geeignete Partner. Die gemeinsame Forschergruppe strebt den Aufbau einer Pilotlinie an, um Prototypen von hybriden Bauelementen zu entwickeln.
- MXene als „Rahmen“ für zweidimensionale Wasserfilme zeigt neue EigenschaftenEin internationales Team unter Leitung von Dr. Tristan Petit und Prof. Yury Gogotsi hat MXene mit eingeschlossenem Wasser und Ionen an der BESSY II untersucht. Dabei ging das Wasser mit steigender Temperatur vom Zustand als lokalisierte Eiskluster in einen quasi-zweidimensionalen Wasserfilm über. Das Team entdeckte dabei, dass diese strukturellen Veränderungen des eingeschlossenen Wassers im MXene einen reversiblen Phasenübergang bewirken: vom Metall zum Halbleiter. Dies könnte die Entwicklung neuartiger Bauelemente oder Sensoren auf Basis von MXenen ermöglichen.
- Iridiumfreie Katalysatoren für die saure Wasserelektrolyse untersuchtWasserstoff wird künftig eine wichtige Rolle spielen, als Brennstoff und als Rohstoff für die Industrie. Um jedoch relevante Mengen an Wasserstoff zu produzieren, muss Wasserelektrolyse im Multi-Gigawatt-Maßstab machbar werden. Ein Engpass sind die benötigten Katalysatoren, insbesondere Iridium ist ein extrem seltenes Element. Eine internationale Kooperation hat daher Iridiumfreie Katalysatoren für die saure Wasserelektrolyse untersucht, die auf dem Element Kobalt basieren. Durch Untersuchungen, unter anderem am LiXEdrom an der Berliner Röntgenquelle BESSY II, konnten sie Prozesse bei der Wasserelektrolyse in einem Kobalt-Eisen-Blei-Oxid-Material als Anode aufklären. Die Studie ist in Nature Energy publiziert.
- Lithium-Schwefel-Batterien mit wenig Elektrolyt: Problemzonen identifiziertMit einer zerstörungsfreien Methode hat ein Team am HZB erstmals Lithium-Schwefel-Batterien im praktischen Pouchzellenformat untersucht, die mit besonders wenig Elektrolyt-Flüssigkeit auskommen. Mit operando Neutronentomographie konnten sie in Echtzeit visualisieren, wie sich der flüssige Elektrolyt während des Ladens und Entladens über mehrere Schichten verteilt und die Elektroden benetzt. Diese Erkenntnisse liefern wertvolle Einblicke in die Mechanismen, die zum Versagen der Batterie führen können, und sind hilfreich für die Entwicklung kompakter Li-S-Batterien mit hoher Energiedichte.