HZB Newsroom

Anorganische Perowskit-Solarzellen aus CsPbI₃ sind langzeitstabil und erreichen gute Wirkungsgrade. Ein Team um Prof. Antonio Abate hat nun an BESSY II Oberflächen und Grenzflächen von CsPbI₃ -Schichten analysiert, die unter unterschiedlichen Bedingungen produziert wurden. Die Ergebnisse belegen, dass das Ausglühen in Umgebungsluft die optoelektronischen Eigenschaften des Halbleiterfilms nicht negativ beeinflusst, sondern sogar zu weniger Defekten führt. Dies könnte die Massenanfertigung von anorganischen Perowskit-Solarzellen weiter vereinfachen.

Ein verbessertes Ladeprotokoll könnte die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien deutlich verlängern. Das Laden mit hochfrequentem gepulstem Strom verringert Alterungseffekte. Dies zeigte ein internationales Team unter der Leitung von Philipp Adelhelm (HZB und Humboldt-Universität) in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Berlin und der Aalborg University in Dänemark. Besonders aufschlussreich waren Experimente an der Röntgenquelle BESSY II.

Die Wechselwirkungen zwischen Phosporsäure und dem Platin-Katalysator in Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen sind komplexer als bisher angenommen. Röntgen-Experimente an BESSY II in einem mittleren Energiebereich (tender x-rays) haben die vielfältigen Oxidationsprozesse an der Platin-Elektrolyt-Grenzfläche entschlüsselt. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die Feuchtigkeit in der Brennstoffzelle diese Prozesse beeinflusst, so dass sich hier Möglichkeiten bieten, um Lebensdauer und Wirkungsgrad von Brennstoffzellen zu erhöhen. 

Ein HZB-Physiker hat eine neue Methode entwickelt, um Halbleiter durch einen einzigen Messprozess umfassend zu charakterisieren. Der „Constant Light-Induced Magneto-Transport (CLIMAT)“ basiert auf dem Hall-Effekt und ermöglicht es, 14 verschiedene Parameter von negativen wie positiven Ladungsträgern zu erfassen. An zwölf unterschiedlichen Halbleitermaterialien demonstrierte nun ein großes Team die Tauglichkeit dieser neuen Methode, die sehr viel Arbeit spart. 

Seit 2017 vergibt der Allgemeine Deutsche Fahrrad-Club (ADFC) die EU-weite Zertifizierung „Fahrradfreundlicher Arbeitgeber“. Nun hat das Helmholtz-Zentrum Berlin das begehrte Siegel in Silber erhalten. Damit möchte das HZB noch attraktiver als Arbeitgeber sein, gerade auch für internationale Bewerberinnen und Bewerber.

Natrium-Ionen-Akkus haben noch eine Reihe von Schwachstellen, die durch die Optimierung von Batteriematerialien behoben werden könnten. Eine Option ist die Dotierung des Kathodenmaterials mit Fremdelementen. Ein Team von HZB und Humboldt-Universität zu Berlin hat nun die Auswirkung von einer Dotierung mit Scandium und Magnesium untersucht. Um ein vollständiges Bild zu erhalten, hatten die Forscher*innen Messdaten an den Röntgenquellen BESSY II, PETRA III und SOLARIS gesammelt und ausgewertet. Sie entdeckten dadurch zwei konkurrierende Mechanismen, die über die Stabilität der Kathoden entscheiden.

Das neue HZB-Magazin lichtblick ist da! Unsere Themen: Grüner Wasserstoff, Bauprojekte und der grüne Aufbau für die Ukraine, ... Blättern Sie doch gleich mal durch die Online-Ausgabe.

Yan Lu wurde gemeinsam mit dem HZB zur Professorin für Hybridmaterialien für elektrochemische Energiespeicher und Wandler an der Friedrich-Schiller-Universität Jena berufen. Herzlichen Glückwunsch!

Für die Herstellung von Grünem Wasserstoff sind Katalysatoren nötig, die den Prozess der Wasserspaltung in Sauerstoff und Wasserstoff steuern. Doch unter Spannung verändert sich die Struktur des Katalysators, was auch die katalytische Aktivität beeinflusst. Ein Forschungsteam aus den Universitäten in Duisburg-Essen und Twente hat u.a. an BESSY II untersucht, wie die Umwandlung von Oberflächen in Perowskit-Oxid-Katalysatoren die Aktivität der Sauerstoffentwicklungsreaktion steuert.

Anoden für die elektrolytische Aufspaltung von Wasser bestehen meist aus Iridium-basierten Materialien. Um die Stabilität des Iridium-Katalysators zu erhöhen, hat nun ein Team am HZB mit einer Gruppe des HI-ERN eine Probe hergestellt, in der die Konzentration von Iridium und Titanoxiden systematisch variiert. Analysen der einzelnen Probensegmente an BESSY II im EMIL-Labor zeigten, dass sich die Stabilität des Iridium-Katalysators signifikant steigern lässt.

Viele Enzyme versprechen, Kunststoff abzubauen. Doch was im Laborexperiment funktioniert, versagt dann oft doch im großen Maßstab. Nun hat der Biochemiker Gert Weber, HZB, gemeinsam mit Uwe Bornscheuer, Uni Greifswald, und dem Chief Scientific Officer Alain Marty von Carbios eine Studie publiziert. Sie zeigt am Beispiel von vier Enzymen, welche Standards Laborexperimente erfüllen sollten, damit Ergebnisse besser vergleichbar sind und erfolgsversprechende Ansätze rascher identifiziert werden können. 

Ein Team von Forschenden der Universität Potsdam und des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) hat ein Messverfahren entwickelt, um Bodenproben mit Neutronen und Röntgenlicht zu analysieren und daraus 3D-Tomographien zu erstellen: Dies ermöglicht es erstmals, Mikroplastik im Boden genau zu lokalisieren. Die 3D-Tomographien zeigen, wo sich die Partikel im Boden einlagern und wie sich dadurch Strukturen im Boden verändern – was sich wiederum auf Wasserflüsse und Bodeneigenschaften auswirken kann. 

Das HZB ist sich seiner gesellschaftlichen Verantwortung bewusst. Durch die nun vorliegende, extern überprüfte Treibhausgas-Bilanz des HZB stehen die Hauptverursacher bei den Emissionen fest. Der Bericht legt die Basis dafür, die Treibhausgas-Emissionen deutlich zu reduzieren.

Am Donnerstag, den 12. Oktober 2023, nahm Michelle Browne eine besondere Auszeichnung in Hamburg entgegen: Den „Curious Mind Award“ in der Kategorie “Mobilität, Energie und nachhaltige Unternehmen“ des manager magazin. 

Die erste hochrangige Veranstaltung im Rahmen des Projekts Green Deal Ukraina (GDU) fand im Oktober in Kiew, Ukraine mit mehr als 150 Teilnehmenden statt. Diese erste Zusammenkunft und der offizielle Start kommen zu einem wichtigen Zeitpunkt: Die EU wird einen neuen Bericht über die Fortschritte der Länder auf dem Weg in die EU vorlegen, und die Ukraine wird darauf mit einer eigenen Analyse, dem so genannten "Pre-Screening", reagieren.

Es klingt wie Magie: Photoelektroden, die das Treibhausgas CO₂ in Methanol umwandeln oder Stickstoffmoleküle in wertvollen Dünger – und zwar allein mit der Energie des Sonnenlichts. Dass Diamantmaterialien sich dafür eignen, zeigt nun eine Studie aus dem HZB. Durch die Kombination von Röntgen-Spektroskopieverfahren an BESSY II mit weiteren Messmethoden gelang es dem Team um Tristan Petit, erstmals genau zu verfolgen, welche Prozesse an der Oberfläche dieser Materialien durch Licht angeregt werden und worauf es dabei ankommt.

Ein multidisziplinäres Team vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und Forschungszentrum Jülich (FZJ) erforscht und verbessert neuartige Perowskit-Solarzellen, um sie in die Anwendung zu bringen. Für ihren Ansatz und ihre Forschungsleistung erhielten Steve Albrecht, Antonio Abate und Eva Unger vom HZB sowie Michael Saliba vom FZJ am 27.09.2023 den High Impact Award. Mit der mit 50.000 Euro dotierten Auszeichnung würdigen die Helmholtz-Gemeinschaft und der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft innovative Ansätze, die das Potenzial haben, als Game-Change zu wirken.

Metalloxide eignen sich theoretisch ideal als Photoelektroden für die direkte Erzeugung von Wasserstoff mit Sonnenlicht. Nun gelang es einem Team am Helmholtz-Zentrum Berlin erstmals, die Transporteigenschaften der Ladungsträger in unterschiedlichen Metalloxiden über einen Zeitbereich von neun Größenordnungen zu ermitteln.

Die weltbesten Tandemsolarzellen aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle können heute ca. ein Drittel der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Energie umwandeln. Das sind Rekordwerte, insbesondere für eine potentiell sehr preisgünstige Technologie. Ein Team am HZB liefert nun erstmals die wissenschaftlichen Daten und beschreibt in der renommierten Fachzeitschrift Science, wie diese Entwicklung gelungen ist.

Photoelektrolyseure und Elektrolysezellen können grünen Wasserstoff oder fossilfreie Kohlenstoffverbindungen erzeugen – allerdings benötigen sie Ionenaustausch-Membranen. Ein HZB-Team hat nun in einem hybriden Flüssiggas-Elektrolyseur an der Röntgenquelle BESSY II den Transport von Ionen durch die Membran untersucht. Anders als erwartet treiben Konzentrationsunterschiede aber kaum elektrische Felder Ionen an. Die Diffusion ist also der entscheidende Prozess. Diese Erkenntnis könnte bei der Entwicklung hocheffizienter und deutlich umweltfreundlicherer Membranmaterialien helfen.

Die Friedrich-Schiller-Universität Jena und das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) gründen am 1. Juli 2023 gemeinsam das „Helmholtz-Institut für Polymere in Energieanwendungen" (HIPOLE). Ziel von HIPOLE ist die Entwicklung von nachhaltigen Polymermaterialien für Energietechnologien, die rasch in die Anwendung gebracht werden können, insbesondere von Polymer-basierten Batterien und Perowskit-Solarzellen mit polymeren Additiven. HIPOLE wird mit bis zu 5,5 Millionen Euro pro Jahr vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, 90%) und dem Freistaat Thüringen (10%) gefördert. In der Aufbauphase bis 2028 fördert der Freistaat Thüringen zusätzlich das neue Institut mit über zehn Millionen Euro und übernimmt die Finanzierung der Baukosten der Labore und Büros. 

Wir öffnen zur Langen Nacht der Wissenschaften unsere Türen. Erhalten Sie spannende Einblicke in unsere Energieforschung, besuchen Sie Labore und stellen Sie uns Ihre Fragen rund um die Energiewende. Unser Schülerlabor lädt zu Mitmach-Experimenten ein – und eine Science Show sorgt für Wumms und Staunen! Bitte bringen Sie Ihren Personalausweis mit!       

Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekts, Green Deal Ukraina, ist es, in der Hauptstadt Kyiv gemeinsam mit Partnereinrichtungen in der Ukraine und in Polen einen Energie- und Klima-Think Tank aufzubauen. Dieser soll unabhängig und faktenbasiert beim Wiederaufbau eines nachhaltigen Energiesystems in der Ukraine beraten. Nicht zuletzt ist die Umsetzung der Energie- und Klimagesetzgebung Voraussetzung für den EU-Beitritt der Ukraine. Das Projekt startete am 1. Juni 2023 und erstreckt sich über vier Jahre.

Charlotte Klar und Katharina Austermann (beide 18 J.)  vom Humboldt-Gymnasium aus Tegel sind weit gekommen: Mit ihren Experimenten zu pyrolytischem Graphit versuchen sie ein Rätsel aufzuklären, dass sie in der Fachliteratur über Diamagnetismus gefunden haben. Mit ihrer Arbeit überzeugten sie sowohl die Jugend-forscht-Jury bei Regionalwettbewerb Berlin-Süd als auch beim Berliner Landeswettbewerb. Damit fahren sie nun nach Bremen, wo vom 18. bis 21. Mai der Bundeswettbewerb stattfinden wird.

Prof. Dr. Jens Eisert leitet die Forschungsgruppe Quantenrechnen und -simulation, die von der Freien Universität Berlin und dem HZB finanziert wird. Der theoretische Physiker erhielt vor kurzem einen Advanced ERC-Grant für sein Forschungsprojekt „DebuQC“ vom Europäischen Forschungsrat ERC. Aber Eisert ist nicht nur ein vielfach ausgezeichneter Wissenschaftler, sondern denkt auch über die globale Klimaerhitzung nach. Im letzten Jahr publizierten sein Team und er unter Initiative von Ryan Sweke einen Vorschlag, der Beachtung verdient: Wissenschaftliche Publikationen zu Themen der theoretischen Physik oder Chemie könnten eine einfach strukturierte Tabelle anhängen, in der die Treibhausgase aufgeführt werden, die bei der Forschung emittiert wurden. Das schafft ein Bewusstsein dafür, dass auch Forschung nicht klimaneutral ist.

Dr. Wenxi Wang forscht mit einem Postdoktoranden-Stipendium der Humboldt-Stiftung im Team von Prof. Yan Lu. Der Chemiker hat an der Southern University of Science and Technology in Shenzhen, China, studiert und an der King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien seine Doktorarbeit abgeschlossen. Er hat sich auf das Design von organischen Elektroden für Lithium-Schwefel- und Zink-Ionen-Batterien spezialisiert und untersucht Wechselwirkungen zwischen den Ionen und den Wirtsmaterialien.

Das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid lässt sich durch Elektrolyse zu nützlichen Kohlenwasserstoffen umwandeln. Das Design der Elektrolysezelle ist dabei entscheidend. Für industrielle Prozesse eignet sich vor allem die so genannte Zero-Gap-Zelle. Doch noch gibt es Probleme: Die Kathoden verstopfen schnell. Nun hat ein Team um Dr. Matthew Mayer am HZB untersucht, woran dies liegt und wie sich dieser unerwünschte Prozess verhindern lässt.

Leichter, flexibler und anpassbar - die Innovationsplattform Solar TAP entwickelt innovative Lösungen für Photovoltaik-Anwendungen. Ziel ist es, bereits genutzte Flächen in Landwirtschaft, Gebäudesektor und Verkehr zusätzlich für den Ausbau der Solarenergie mit Solarzellen aus dem Drucker nutzbar zu machen.

Kakaobohnen können giftige Schwermetalle wie Cadmium aus dem Boden aufnehmen. Einige Anbaugebiete, insbesondere in Südamerika, sind mit diesen Schwermetallen zum Teil erheblich belastet. Durch das Zusammenspiel verschiedener Röntgenfluoreszenz-Techniken konnte nun ein Team an BESSY II erstmals nichtinvasiv messen, wo sich Cadmium in den Kakaobohnen anreichert: Weniger im Inneren der Bohne, sondern vor allem in der Schale. Weitere Untersuchungen zeigen, dass die Verarbeitung der Kakaobohnen großen Einfluss auf die Schwermetallbelastung haben kann.

Lithium-Schwefel-Feststoffbatterien bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien das Potenzial für eine wesentlich höhere Energiedichte und mehr Sicherheit. Allerdings ist die Leistungsfähigkeit von Feststoffbatterien derzeit noch unzureichend, was vor allem an sehr langen Ladezeiten liegt - und das, obwohl sie theoretisch eine besonders schnelle Aufladung ermöglichen sollten. Eine neue Studie des HZB zeigt nun, dass die Hauptursache dafür die sehr schleppende Einwanderung von Lithium-Ionen in die Verbundkathode ist.

Die Energiewende stellt uns alle vor große Herausforderungen. Wir brauchen nicht nur Strom aus regenerativen Quellen, sondern auch Speicherlösungen. Das Team von Yan Lu forscht am Standort Wannsee an neuartigen Lithium-Schwefel-Akkus, die viel mehr Energie speichern können als herkömmliche Batterien. Das Labor ist einzigartig in der Berlin-Brandenburger Forschungslandschaft. In der Titelgeschichte erzählt die Abteilungsleiterin, was sie an ihrer Arbeit motiviert.

Mit Sonnenlicht lässt sich grüner Wasserstoff in photoelektrochemischen Zellen (PEC) direkt aus Wasser erzeugen. Bisher waren Systeme, die auf diesem 'direkten Ansatz' basieren, energetisch nicht wettbewerbsfähig. Die Bilanz ändert sich jedoch, sobald ein Teil des Wasserstoffs in PEC-Zellen in-situ für erwünschte Reaktionen genutzt wird. Dadurch lassen sich wertvolle Chemikalien für die chemische und pharmazeutische Industrie produzieren. Die Zeit für die Energie-Rückgewinnung des direkten Ansatztes mit der PEC-Zelle kann damit drastisch verkürzt werden, zeigt eine neue Studie aus dem HZB.

MXene können große Mengen elektrischer Energie speichern und lassen sich dabei sehr schnell auf- und entladen. Damit vereinen MXene die Vorteile von Batterien und Superkondensatoren und gelten als spannende neue Materialklasse für die Energiespeicherung: Das Material ist wie eine Art Blätterteig aufgebaut, die MXene-Schichten sind durch dünne Wasserfilme getrennt. Ein Team am HZB hat nun an der Röntgenquelle BESSY II untersucht, wie Protonen in diesen Wasserfilmen wandern und den Ladungstransport ermöglichen. Ihre Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht und könnten die Optimierung solcher Energiespeichermaterialien beschleunigen.

Dr. Artem Musiienko hat ein renommiertes Maria Skłodowska-Curie-Postdoktorandenstipendium erhalten. Er wird damit am HZB in der Gruppe von Prof. Antonio Abate sein Projekt HyPerGreen vorantreiben, mit dem er die Effizienz von bleifreien Perowskit-Solarzellen auf über 20 % steigern will.

Seit dem 1. Januar 2023 sind für Sie Manfred Weiss, Sebastian Fiechter, Annette Pietzsch und Michael Tovar als Ombudspersonen ansprechbar. Sie beraten gerne zu allen Fragen zur guten wissenschaftlichen Praxis am HZB.

Der aktuelle Weltrekord von Tandemsolarzellen aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle liegt wieder beim HZB. Die neue Tandemsolarzelle wandelt 32,5% der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Energie um. Das Zertifizier-Institut European Solar Test Installation (ESTI) in Italien hat die Tandemzelle vermessen und diesen Wert offiziell bestätigt. Außerdem wurde der Wert in die NREL-Übersicht zu Solarzelltechnologien eingetragen, die vom National Renewable Energy Lab, USA, gepflegt wird.

Um Tandem-Solarzellen vom Labormaßstab in die Produktion zu überführen kooperiert das HZB mit dem Solarmodulhersteller Meyer Burger, der große Expertise in der Heterojunction-Technologie (HJT) für Silizium-Module besitzt. Im Rahmen dieser Kooperation sollen serienreife Silizium-Bottom-Zellen auf Basis der Heterojunction-Technologie mit einer Top-Zelle auf Basis der Perowskit-Technologie kombiniert werden.

Am Dienstag, den 6.12.2022 erhielt Dr. Eike Köhnen den Tiburtius-Preis (Erster Platz) für seine herausragende Dissertation. Eike Köhnen hat dazu beigetragen, den Wirkungsgrad von Tandemsolarzellen aus Perowskit und Silizium deutlich zu steigern, bis hin zu Weltrekord-Werten.

Ende Oktober 2022 hat die Geschäftsführung Ana Sofia Anselmo und Silvia Zerbe als neue Diversitätsbeauftragte ernannt. Gemeinsam werden sie die Vielfalt am HZB thematisieren und mit den Mitarbeitenden vorantreiben. Ana arbeitet im Geschäftsführungsbüro und ist für Internationales verantwortlich. Silvia ist stellvertretende Pressesprecherin des HZB und widmet sich der internen Kommunikation im Zentrum.

Nanodiamant-Materialien besitzen Potenzial als preisgünstige Photokatalysatoren. Doch bisher benötigten solche Kohlenstoff-Nanopartikel energiereiches UV-Licht, um aktiv zu werden. Das DIACAT-Konsortium hat daher Variationen von Nanodiamant-Materialien hergestellt und analysiert. Die Arbeit zeigt: Wenn die Oberfläche der Nanopartikel mit ausreichend Wasserstoff-Atomen besetzt ist, reicht auch die schwächere Energie von Licht im sichtbaren Bereich für die Anregung aus. Photokatalysatoren auf Basis von Nanodiamanten könnten in Zukunft mit Sonnenlicht CO₂ oder N₂ in Kohlenwasserstoffe oder Ammoniak umwandeln.

PEPPERONI ist ein vierjähriges Forschungs- und Innovationsprojekt, das im Rahmen von Horizon Europe kofinanziert und gemeinsam vom Helmholtz-Zentrum Berlin und Qcells koordiniert wird. Das Projekt wird dazu beitragen, die Markteinführung und Massenproduktion von Perowskit/Silizium-Tandem-Photovoltaik-Technologien voranzubringen.

Photoelektroden auf der Basis von BiVO₄ gelten als Top-Kandidaten für die solare Wasserstofferzeugung. Doch was passiert eigentlich, wenn sie mit Wassermolekülen in Kontakt kommen? Eine Studie im Journal of the American Chemical Society hat diese entscheidende Frage nun teilweise beantwortet: Überschüssige Elektronen aus dotierten Fremdelementen oder Defekten fördern die Dissoziation von Wasser, was wiederum sogenannte Polaronen an der Oberfläche stabilisiert. Dies zeigen Daten aus Experimenten eines HZB-Teams an der Advanced Light Source des Lawrence Berkeley National Laboratory. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, bessere Photoanoden für die grüne Wasserstoffproduktion zu entwickeln.

Bestimmte Metalloxide gelten als gute Kandidaten für Photokatalysatoren, um mit Sonnenlicht grünen Wasserstoff zu produzieren. Ein chinesisches Team hat nun in Nature spannende Ergebnisse zu Kupfer(I)oxid-Partikeln veröffentlicht, zu denen eine am HZB entwickelte Methode erheblich beigetragen hat. Die transiente Oberflächen-Photospannungs-Spektroskopie zeigte, dass positive Ladungsträger an Oberflächen im Laufe von Mikrosekunden durch Defekte eingefangen werden. Die Ergebnisse geben Hinweise, um die Effizienz von Photokatalysatoren zu steigern.

Tandem-Solarzellen, die zwei verschiedene Perowskit-Halbleiter kombinieren, versprechen hohe Wirkungsgrade und lassen sich mit sehr geringem Energieaufwand herstellen. Solche Module könnten sogar biegsam sein. Zusammen mit Partnern aus Industrie und Forschung arbeitet Prof. Dr. Steve Albrecht am HZB daran, diese Vision zu realisieren. Seinem Team ist es kürzlich gelungen, eine Vollperowskit-Tandemsolarzelle mit einem zertifizierten Wirkungsgrad von 27.2 % herzustellen. Ein Gespräch über die Chancen und die Herausforderungen der Perowskit-Perowskit-Technologien.

Das internationale Forschungsprojekt CARE-O-SENE (Catalyst Research for Sustainable Kerosene) hat vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Förderbescheide in Höhe von 30 Mio. Euro erhalten. Zusätzlich steuern die industriellen Konsortiumspartner 10 Millionen Euro bei. Ziel des Projektes ist es, neuartige Fischer-Tropsch-Katalysatoren zu entwickeln und damit die Produktion von nachhaltigem Kerosin im industriellen Maßstab zu optimieren. Auch das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ist daran beteiligt.

Am HZB wird ein Labor für automatisierte Röntgen-Tomographie an Festkörper-Batterien eingerichtet. Das Besondere: 3D-Daten während der Lade/Entladeprozesse (operando) können mit Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) rascher und vielseitiger ausgewertet werden. Das Bundesministerium für Forschung und Bildung fördert das Projekt „TomoFestBattLab“ mit 1,86 Millionen Euro.

Mit der Elektrokatalyse von Wasser lässt sich elektrische Energie aus Sonne oder Wind zur Erzeugung von grünem Wasserstoff nutzen und so speichern. Ein Überblicksbeitrag in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie zeigt, wie moderne Röntgenquellen wie BESSY II die Entwicklung von passenden Elektrokatalysatoren vorantreiben können. Insbesondere lassen sich mit Hilfe von Röntgenabsorptionsspektroskopie die aktiven Zustände von katalytisch aktiven Materialien für die Sauerstoffentwicklungsreaktion bestimmen. Dies ist ein wichtiger Beitrag, um effiziente Katalysatoren aus günstigen und weit verbreiteten Elementen zu entwickeln.

Mal angenommen, es gibt Solaranlagen auf jedem Dach. Was bringt das? Und was ist, wenn die Sonne mal länger nicht schein? Folgen Sie dem Gedankenexperiment des Tagesschau-Podcast. Mit dabei ist unser Solarexperte und Architekt Thorsten Kühn.

Die außeruniversitären Forschungseinrichtungen in Berlin arbeiten in Zukunft noch enger zusammen. Ihr 2020 gegründeter Verbund Berlin Research 50 (BR50) hat sich am 04.10.2022 zu einem eingetragenen und gemeinnützigen Verein zusammengeschlossen. Gemeinsam wollen die Mitglieder den Wissenschaftsraum Berlin weiterentwickeln und stärken.

Auf dem Programm stehen ein Rundgang durch das Reallabor des Helmholtz-Zentrum Berlin gefolgt von Fachvorträgen sowie einem Austausch mit Experten*innen vor Ort.

Am 1. September begrüßte das HZB 15 neue Mitarbeitenden, die eine Ausbildung, ein duales Studium oder ein Freiwilliges Ökologisches Jahr am HZB beginnen. Bei einer Einführungsveranstaltung am Standort Wannsee hieß der kaufmännische Geschäftsführer des HZB, Thomas Frederking, die neuen Mitarbeitenden willkommen und wünschte ihnen ein gutes Einleben am Forschungszentrum.

Wie umgehen mit begrenztem Platz? Städte und Kommunen müssen sich jetzt auf die Folgen des Klimawandels vorbereiten. Gründächer, begrünte Fassaden und großflächige Entsiegelungen könnten zu einem besseren Mikroklima beitragen. Aber wird der Platz nicht auch für Photovoltaik benötigt?

In einem kontroversen Gespräch loten die Experten Björn Rau (HZB, BAIP) und Jens Hasse (Deutsches Institut für Urbanistik) die Optionen aus und finden neue Lösungen.

Dr. Michelle Browne baut ab August am HZB ihre eigene Nachwuchsgruppe auf, die von der Helmholtz-Gemeinschaft für die kommenden fünf Jahre mitfinanziert wird. Die Elektrochemikerin aus Irland forscht an elektrolytisch aktiven neuartigen Materialsystemen und will Elektrokatalyseure der nächsten Generation entwickeln, zum Beispiel für die Wasserstoffproduktion. Damit findet sie am HZB eine passende Umgebung für ihr Forschungsthema.

Bei industriellen Prozessen entstehen immer auch feinkörnige Rückstände. Diese finden nur selten den Weg zurück in die industrielle Wertschöpfungskette, sondern werden meist entsorgt und stellen ein potenzielles Umweltrisiko dar. Das Projekt FINEST erfasst und untersucht verschiedene dieser Feinststoffströme mit dem Ziel, neue Konzepte zu entwickeln, um sie im Kreislauf zu halten und verbliebene Reststoffe gefahrlos abzulagern. FINEST konnte sich beim Nachhaltigkeitswettbewerb der Helmholtz-Gemeinschaft durchsetzen und wird nun 5 Millionen Euro gefördert.

Eine Studie hat erstmals die Umweltauswirkungen von industriell hergestellten Perowskit-auf-Silizium-Tandem-Solarmodulen über den gesamten Lebenszyklus bewertet. Dabei stellte Oxford PV die Tandem-Solarmodule sowie Prozessdaten aus seiner Serienfertigung in Deutschland zur Verfügung. Das Ergebnis: Die innovativen Tandem-Solarmodule sind über ihre Lebensdauer sogar noch umweltfreundlicher als herkömmliche Silizium-Heterojunktion-Module. Die Studie wurde im Fachjournal Sustainable Energy & Fuels veröffentlicht.

Wichtige Info: Am HZB gilt zur LNDW die FFP2-Maskenpflicht in Innenräume ab 14 Jahren.

Wie lassen sich Solarzellen noch effizienter herstellen? Wieso ist „grüner“ Wasserstoff so wichtig für unsere Zukunft? Warum braucht Berlin einen Beschleuniger, um Materialien zu durchleuchten? Die Antworten gibt es bei der Langen Nacht der Wissenschaften. Am 2. Juli 2022 öffnet das HZB von 17 bis 24 Uhr am Standort Adlershof seine Türen und lädt Groß und Klein zum Experimentieren und Staunen ein.

Die Stiftung Werner-von-Siemens-Ring hat Prof. Dr. Olga Kasian in Anerkennung ihrer herausragenden wissenschaftlichen Leistungen in ihr Netzwerk aufgenommen. Olga Kasian leitet eine Nachwuchsgruppe zu Elektrokatalyse am HZB und ist Professorin an der Universität Erlangen-Nürnberg. Die Stiftung zeichnet seit 1977 junge Forscher*innen der Technik- und Naturwissenschaften aus und bietet ihnen einzigartige Möglichkeiten zur interdisziplinären Vernetzung.

Teams aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und dem University College London (UCL) haben zum ersten Mal die Wasserverteilung in einer Brennstoffzelle dreidimensional und in Echtzeit visualisiert. Dafür werteten sie Messdaten aus, die noch an der Neutronenquelle BER II am HZB gewonnen wurden. Die Analyse öffnet neue Möglichkeiten zu effizienteren und damit kostengünstigeren Brennstoffzellen.

Am Helmholtz-Zentrum Berlin arbeiten Menschen aus vielen verschiedenen Ländern und bereichern das Zusammenleben. Für unser Kochbuch haben Mitarbeitende und Gastforschende aus sechs Kontinenten ihre Lieblingsrezepte zusammengetragen.

JOHANNESBURG, Südafrika, 24. Mai 2022:  Im Forschungsprojekt CARE-O-SENE entwickeln Partner aus Deutschland und Südafrika neue Katalysatoren für grüne Flugtreibstoffe.

Das Unternehmen Sasol und das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) werden ein Konsortium leiten, das Katalysatoren der nächsten Generation entwickeln und optimieren will. Diese spielen eine Schlüsselrolle für die Entwicklung nachhaltiger Flugtreibstoffe (sustainable aviation fuels - SAF) und sind Grundlage für einen nachhaltigen Luftfahrtsektor.

Um die besonders günstigen Eigenschaften von Perowskit-Halbleitern für Solarzellen zu erklären, kursieren verschiedene Hypothesen. So sollten Polaronen oder auch ein gigantischer Rashba-Effekt eine große Rolle spielen. Ein Team an BESSY II hat diese Hypothesen nun experimentell widerlegt. Damit grenzen sie die möglichen Ursachen für die Transporteigenschaften weiter ein und ermöglichen bessere Ansätze zur gezielten Optimierung dieser Materialklasse.

Um mit Sonnenlicht Wasser elektrolytisch aufzuspalten, werden Photoelektroden gebraucht. Kostengünstige Metalloxid-Dünnschichten mit hoher elektronischer Qualität eignen sich sehr gut dafür, doch ihre Herstellung ist komplex. Insbesondere lässt sich die Qualität der Metalloxid-Dünnschichten nur durch eine thermische Behandlung bei sehr hohen Temperaturen verbessern. Dabei würde jedoch das darunter liegende leitfähige Glassubstrat schmelzen. Ein Team am HZB-Institut für Solare Brennstoffe hat dieses Dilemma nun gelöst: Ein hochintensiver Lichtpuls heizt die halbleitende Metalloxid-Dünnschicht blitzschnell direkt auf, ohne das Substrat zu beschädigen.

Das HZB ist ein Arbeitgeber, der die Diversität seiner Mitarbeitenden umfassend stärkt und pflegt. Dazu bekennt sich das HZB öffentlich durch die Unterzeichnung der Charta der Vielfalt. Träger der Charta ist ein Verein, der sich dafür einsetzt, Diversity in der Arbeitswelt zu verankern.

Die Beratungsstelle BAIP für bauwerkintegrierte Photovoltaik ist als Wissenstransfer-Projekt in 2019 gestartet, gefördert aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft. BAIP informiert die Bauwelt über die vielfältigen Möglichkeiten gebäudeintegrierter Photovoltaik – und das mit sehr großem Erfolg. Nach einer sehr guten Evaluierung übernimmt das HZB die Beratungsstelle nun in die Grundfinanzierung.

Q CELLS und das Helmholtz-Zentrum Berlin haben eine serienreife Silizium-Bottom-Zelle auf Basis der Q.ANTUM-Technologie und eine Top-Zelle auf Basis der Perowskit-Technologie kombiniert. Die 2-Terminal-Tandem-Solarzelle erreicht einen Wirkungsgrad von 28,7% und damit einen neuen Weltrekord.

Viele unterschiedliche Halbleitermaterialien kommen für Solarzellen in Frage. In den letzten Jahren haben insbesondere die Perowskit-Halbleiter Aufsehen erregt, die sowohl preiswert als auch leicht zu verarbeiten sind und hohe Wirkungsgrade ermöglichen. Nun zeigt eine Studie mit 15 Forschungseinrichtungen, wie sich mit Terahertz- (TRTS) und Mikrowellen-Spektroskopie (TRMC) zuverlässig Mobilität und Lebensdauer der Ladungsträger ermitteln lassen. Aus diesen Messdaten ist es möglich, den potenziellen Wirkungsgrad der Solarzelle vorherzusagen und die Verluste in der fertigen Zelle einzuordnen.  

Die Massenfertigung von Silizium-Solarzellen nutzt so genannte PERC-Zellen, sie gelten als „Arbeitspferde“ der Photovoltaik. Nun haben zwei Teams vom HZB und dem Institut für Solarenergie-Forschung in Hameln (ISFH) gezeigt, dass solche Standard-Silizium-Zellen als Basis für Tandemzellen mit Perowskit-Topzellen geeignet sind. Aktuell liegt der Wirkungsgrad der Tandemzelle zwar noch unterhalb dem von optimierten PERC-Zellen allein, könnte aber durch gezielte Optimierungen rasch auf bis zu 29,5 % gesteigert werden. Die Forschung wurde im Rahmen eines Verbundprojekts durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.

Lithium-Schwefel-Akkus (Li/S) haben deutlich höhere Energiedichten als konventionelle Lithium-Ionen-Akkus, altern allerdings sehr rasch. Nun hat ein Team am HZB erstmals Li/S-Akkus im industrierelevanten Pouchzellen-Format mit unterschiedlichen Elektrolyten untersucht. An der Studie waren auch Teams der TU Dresden sowie des Fraunhofer-IWS beteiligt. Mit einer eigens entwickelten Messzelle können Impedanz, Temperatur, und Druck zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst und mit radiographischen Aufnahmen kombiniert werden. Die Auswertung zeigt, wie sich der Elektrolyt auf die Bildung von unerwünschten Schwefelpartikeln und Polysulfiden auswirkt. Die Studie ist im renommierten Fachjournal Advanced Energy Materials publiziert.

Am 17. Februar 2022 wurde zum 20. Mal der Dissertationspreis Adlershof verliehen. Dr. Amran Al-Ashouri (3.v.r.) aus der HZB-Nachwuchsgruppe „Perowskit-Tandemsolarzellen“ erhielt die mit 3.000 Euro dotierte Auszeichnung. Der Physiker erforscht, wie sich mithilfe neuer organischer Kontaktschichten hocheffiziente Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen optimieren lassen.

Grüner Wasserstoff benötigt hocheffiziente (Elektro-)Katalysatoren. Auch für die chemische Industrie, die Düngemittelproduktion und andere Wirtschaftszweige sind Katalysatoren unerlässlich. Neben den Übergangsmetallen sind inzwischen eine Vielzahl anderer metallischer oder nichtmetallischer Elemente in den Fokus der Forschung gerückt. In einem Übersichtsartikel geben Experten des CatLab am HZB und der Technischen Universität Berlin einen Überblick über den aktuellen Wissensstand und einen Ausblick auf zukünftige Forschungsfragen.

Den wissenschaftlichen Nachwuchs am HZB bestmöglich zu begleiten – dieses Ziel verfolgt das HZB seit langem. Nun soll diese Aufgabe noch stärker strategisch gestaltet werden. Dafür hat sich im Januar 2022 ein neues Gremium, „HZB Succeed“ gegründet.

Eine wissenschaftliche Fragestellung in ein Produkt zu verwandeln, das ist die Anforderung, die die Gewinner des HZB Technologietransferpreises erfüllen sollten. Das Team um Tobias Henschel, Bernd Stannowski und Sebastian Neubert hat dabei mehr als nur einen Preis gewonnen.

Aus mehr als 15 000 Fachveröffentlichungen hat ein internationales Expertenteam Daten zu Metallhalogenid-Perowskit-Solarzellen gesammelt und eine Datenbank dafür entwickelt. Die Datenbank mit ihren Visualisierungsoptionen und Analysetools ist Open Source und soll den Überblick über rasch anwachsenden Wissensstand sowie die offenen Fragen in dieser spannenden Materialklasse ermöglichen. Die Studie wurde von der HZB-Wissenschaftlerin Dr. Eva Unger initiiert und von Ihrem Postdoc Jesper Jacobsson umgesetzt und koordiniert.

Drei HZB-Teams unter der Leitung von Prof. Christiane Becker, Prof. Bernd Stannowski und Prof. Steve Albrecht haben es gemeinsam geschafft, den Wirkungsgrad von komplett in-house hergestellten Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen auf den neuen Rekordwert von 29,80 % zu steigern. Der Wert ist nun offiziell zertifiziert und in den NREL-Charts verzeichnet. Damit rückt die 30-Prozent-Marke in greifbare Nähe.

Welche technischen und naturbasierten Möglichkeiten sowie politischen Entscheidungen können Deutschland darin unterstützen CO₂-neutral zu sein? Diese Fragen beantwortet der neue Web-Atlas des Climate Service Center Germany (GERICS) am Helmholtz-Zentrum Hereon. Das neue Tool wendet sich an Politikerinnen und Politiker, Expertinnen und Experten sowie die interessierte Öffentlichkeit. Auch das HZB hat zum Web-Atlas beigetragen.

In der Mechanochemie werden die Reagenzien fein gemahlen und gemischt, so dass sie sich auch ohne Lösungsmittel zum gewünschten Produkt verbinden. Durch den Verzicht auf Lösungsmittel könnte diese Technologie in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur "grünen", umweltfreundlichen Herstellung von Chemikalien leisten. Allerdings gibt es noch große Lücken im Verständnis der Schlüsselprozesse, die bei der mechanischen Behandlung und Reaktion ablaufen. Ein internationales Team unter Leitung der Bundesanstalt für Materialforschung (BAM) hat nun an BESSY II eine Methode entwickelt, um diese Prozesse in situ mit Röntgenstreuung zu beobachten. 

Als erste außeruniversitäre Forschungseinrichtung hat das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) das Diversity Audit „Vielfalt gestalten“ des Stifterverbandes durchlaufen. Das Zertifikat überreichte der stellvertretende Generalsekretär des Stifterverbands, Volker Meyer-Guckel, am 11.1.2021 dem HZB bei einer Festveranstaltung. Die Zertifizierung bescheinigt dem HZB chancengerechte Konzepte und Maßnahmen für diverse Personengruppen.

Dr. Olga Kasian untersucht, warum Katalysatoren für die solare Wasserstoffproduktion im Wirkungsgrad begrenzt sind. Nun hat die Chemikerin einen Ruf an die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) angenommen. Die W2-Professur trägt den Titel „Materialien für die elektrochemische Energieumwandlung“ und ist an der Fakultät für Ingenieurswesen angesiedelt.

Ein Team am HZB und der Charles Universität in Prag hat untersucht, wie in den so genannten MAPI-Perowskit-Halbleitern Ladungsträger mit unterschiedlichen Defekten wechselwirken. Die Studie zeigt, dass ein großer Teil der Defekte eingefangene Ladungsträger schnell wieder freigibt. Die Ergebnisse können dazu beitragen, die Eigenschaften von Perowskit-Solarzellen weiter zu verbessern.

Am 26. September wird nicht nur der Bundestag, sondern auch das Berliner Abgeordnetenhaus neu gewählt. In einem Positionspapier betonen nun die in Berlin Research 50 zusammengeschlossenen außeruniversitären Einrichtungen der Hauptstadt, worauf es nach der Wahl für die Forschung ankommt. Darin formulieren sie 10 Forderungen, die der künftige Senat umsetzen sollte, um Berlin als Wissenschaftsmetropole weiter zu stärken.

Im Beisein des Staatssekretärs für Wirtschaft, Energie und Betriebe des Landes Berlin, Christian Rickerts, hat das HZB am 6. September 2021 die Solarfassade eines Forschungsneubaus offiziell in Betrieb genommen. Das Besondere daran: Die elegante Fassade erzeugt nicht nur bis zu 50 Kilowatt Strom (Peak-Leistung). Sie liefert gleichzeitig auch wichtige Erkenntnisse über das Verhalten der Solar-Module bei verschiedenen Witterungsbedingungen.   

Metall-organische Perowskit-Materialien versprechen kostengünstige und leistungsstarke Solarzellen. Einer Gruppe am HZB ist es nun gelungen, verschiedene Effekte genauer zu unterscheiden, die an einer SAM-Passivierungsschicht auftreten und die Verluste an den Grenzflächen verringern. Ihre Ergebnisse tragen dazu bei, solche funktionalen Zwischenschichten zu optimieren.

Ende 2019 wurde die Berliner Neutronenquelle BER II planmäßig abgeschaltet. Damit die hochwertigen Instrumente weiter für die Forschung genutzt werden können, ziehen sie an geeignete Neutronenquellen im In- und Ausland um. Nun ist ein weiterer Umzug vereinbart worden: Das Instrument für Kleinwinkelstreuung (VSANS) wird im Frühjahr 2022 am Breazeale-Forschungsreaktor an der Penn State University, USA, eine neue Heimat finden.

Kristallines Kobalt-Arsenid ist ein Katalysator für die Sauerstoffentwicklung bei der elektrolytischen Wasserspaltung für die Erzeugung von Wasserstoff. Das Material gilt als Modellsystem für eine interessante Gruppe von Katalysatoren, deren Leistungen sich im Lauf der Elektrolyse unter bestimmten Bedingungen steigern. Nun hat ein Team um Marcel Risch an BESSY II aufgeklärt, dass zwei gegenläufige Entwicklungen dafür verantwortlich sind. Einerseits nimmt die katalytische Aktivität der einzelnen Katalysezentren im Verlauf der Elektrolyse ab, aber gleichzeitig verändert sich auch die Morphologie der Katalysatorschicht. Unter günstigen Bedingungen kommen dadurch wesentlich mehr Katalysezentren in Kontakt mit dem Elektrolyten, so dass die Leistungsfähigkeit des Katalysators insgesamt steigen kann.

Wie sich am Südpol mit Sonnenlicht Wasserstoff erzeugen lässt und welche Methode dafür am meisten verspricht, hat nun ein Team vom HZB-Institut für Solare Brennstoffe, der Universität Ulm und der Universität Heidelberg untersucht. Ihr Fazit: In extrem kalten Regionen kann es deutlich effizienter sein, die PV-Module direkt am Elektrolyseur anzubringen, also thermisch zu koppeln. Denn die Abwärme aus den PV-Modulen steigert die Effizienz der Elektrolyse. Die Ergebnisse dieser Studie, die nun in Energy & Environmental Science publiziert wurde, sind auch für andere kalte Regionen der Erde interessant, zum Beispiel Alaska, Kanada, oder Hochgebirgsregionen. Dort könnte grüner Wasserstoff fossile Brennstoffe wie Erdöl und Benzin ersetzen.

Perowskit-Halbleiter ermöglichen extrem günstige und leistungsstarke Solarzellen. Viele Forschungsergebnisse zu dieser Materialklasse werden in europäischen Laboren gewonnen. So haben Arbeitsgruppen am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) bereits mehrere Weltrekorde mit Perowskit-Solarzellen erzielt. Nun kooordiniert das HZB das große Verbundprojekt VIPERLAB, um neue Chancen für die europäische Solarindustrie zu erschließen. An dem Projekt VIPERLAB beteiligen sich 15 renommierte Forschungseinrichtungen aus Europa, der Schweiz und Großbritannien. Es wird im Rahmen des EU-Programms Horizont 2020 in den kommenden dreieinhalb Jahren mit insgesamt 5,5 Millionen Euro gefördert, das HZB erhält daraus knapp 840.000 Euro. 

Mit der Methode der Kleinwinkelstreuung an der PTB-Röntgen-Beamline von BESSY II konnte ein HZB-Team experimentell die kolloidale Chemie von Perowskit-Vorläuferlösungen für Solarzellen untersuchen. Die Ergebnisse sind hilfreich, um Herstellungsverfahren und Qualität dieser spannenden Halbleitermaterialien gezielt und systematisch zu optimieren.

Metalloxide wie Rost eignen sich als Photoelektroden, um „grünen“ Wasserstoff mit Sonnenlicht zu erzeugen. Doch trotz jahrzehntelanger Forschung an diesem preisgünstigen Material sind die Fortschritte begrenzt. Ein Team am HZB hat nun gemeinsam mit Partnern von der Ben-Gurion-Universität und dem Technion, Israel, die optoelektronischen Eigenschaften von Rost (Hämatit) und anderen Metalloxiden in bisher nicht gekanntem Detail analysiert. Ihre Ergebnisse zeigen, dass der maximal erreichbare Wirkungsgrad von Hämatit-Elektroden deutlich geringer ist als bisher angenommen. Die Studie gibt darüber hinaus konkrete Hinweise, wie sich neue Materialien für Photoelektroden realistischer bewerten lassen.

Solarzellen aus kristallinem Silizium erreichen Spitzenwirkungsgrade, insbesondere in Verbindung mit selektiven Kontakten aus amorphem Silizium (a-Si:H). Ihre Effizienz wird jedoch durch Verluste in diesen Kontaktschichten begrenzt. Nun hat erstmals ein Team am HZB und der University of Utah, USA, experimentell gezeigt, wie solche Kontaktschichten auf der Nanometerskala Verlustströme generieren und was deren physikalischer Ursprung ist. Mit einem leitfähigen Atom-Kraftmikroskop tasteten sie die Solarzellenoberflächen im Ultrahochvakuum ab, und wiesen winzige, nanometergroße Kanäle für die nachteiligen Dunkelströme nach, die auf Unordnung in der a-Si:H Schicht beruhen.

Seit 2011 ist das HZB als familienfreundlicher Arbeitgeber zertifiziert. Nun stellte sich das Forschungszentrum erneut erfolgreich dem Re-Auditierungsprozess und erarbeitete weitere Maßnahmen zur Föderung einer lebensphasenbewussten Arbeitskultur. Das Zertifikat gilt als Qualitätssiegel für die betriebliche Vereinbarkeitspolitik und wird vom Kuratorium der berufundfamilie Service GmbH vergeben.

Die HZB „Promovierendenkoordinierung“ wird zum HZB Graduate Center. Bereits seit Anfang 2018 baut die Promovierendenkoordinierung die Angebote und Standards am HZB für Promovierende und deren Betreuende kontinuierlich aus. Wegweisend dabei sind die Ideen und Anregungen, die in Gesprächen mit zahlreichen Stakeholdern und in verschiedenen HZB Gremien zu diesem Thema gesammelt werden konnten. Sie gehen ein in den Aufbau einer einheitlichen HZB-weiten Dachstruktur für Promovierende und deren Betreuende – dem HZB Graduate Center.

Photoanoden aus Metalloxiden gelten als praktikable Lösung für die Erzeugung von Wasserstoff mit Sonnenlicht. So besitzt α-SnWO₄ optimale elektronische Eigenschaften für die photoelektrochemische Wasserspaltung, korrodiert jedoch rasch. Schutzschichten aus Nickeloxid können die Korrosion verhindern, reduzieren jedoch die Photospannung und damit den Wirkungsgrad. Nun hat ein Team am HZB an der Synchrotronquelle BESSY II untersucht, was an der Grenzfläche zwischen der Photoanode und der Schutzschicht genau passiert. Kombiniert mit theoretischen Methoden deuten die Messdaten darauf hin, dass sich dort eine Oxidschicht bildet, die den Wirkungsgrad der Photoanode beeinträchtigt.

Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und die Humboldt-Universität zu Berlin (HU) haben eine Kooperationsvereinbarung geschlossen mit dem Ziel, ein gemeinsames Forschungs­labor für Katalyse im IRIS-Forschungsbau der HU in Adlershof aufzubauen. Der IRIS-Forschungsbau bietet optimale Bedingungen für die Erforschung und Entwicklung von komplexen Materialsystemen.

In Science berichtet ein HZB-Team, wie es den aktuellen Weltrekord von 29,15 % in einer Tandemsolarzelle aus Silizium und Perowskit erreichen konnte. Die Tandemzelle zeigt selbst ohne Verkapselung über 300 Stunden eine stabile Leistung. Die Gruppe um Steve Albrecht hat dafür physikalische Prozesse an den Grenzflächen untersucht und gezielt den Ladungsträgertransport verbessert.

In Berlin-Adlershof wird ein innovatives Labor- und Bürogebäude für die Katalyseforschung entstehen: CatLab soll zum internationalen Leuchtturm für die Katalyseforschung werden und die Entwicklung neuartiger Katalysatormaterialien vorantreiben, die insbesondere für die Erzeugung von grünem Wasserstoff für die Energiewende dringend benötigt werden. Nun wurde der Architekturwettbewerb entschieden und vier Siegerentwürfe vorgestellt. Das Besondere: Alle Entwürfe legen großes Gewicht auf Nachhaltigkeit und Klimaschutz.

Für die Herstellung von hochwertigen Perowskit-Dünnfilmen für großflächige Photovoltaikmodule werden oft optimierte „Tinten“ verwendet, die eine Mischung von Lösungsmitteln enthalten. Ein HZB-Team hat nun an BESSY II analysiert, wie die Kristallisationsprozesse in solchen Mischungen ablaufen. Mit einem neu entwickelten Modell ist es zudem nun möglich, die Kinetik der Kristallisationsprozesse für verschiedene Lösungsmittelgemische vorab zu bewerten. Dies ist hilfreich für die Produktion von Perowskit-Modulen im industriellen Maßstab.

Wasserstoff lässt sich klimaneutral mit Sonnenlicht produzieren. Aber auf dem Weg vom Labormaßstab zu einer großtechnischen Umsetzung gibt es noch Hürden. Nun hat ein Team am HZB eine Methode vorgestellt, um Strömungsprozesse im Elektrolyten sichtbar zu machen und mit einem Modell vorab zuverlässig zu simulieren. Die Ergebnisse sind hilfreich, um Design und Aufskalierung dieser Technologie zu unterstützen und wurden in der renommierten Zeitschrift Energy and Environmental Science veröffentlicht.

Forscherinnen und Forscher am HZB haben verschiedene Zusammensetzungen von Cäsium-basierten Halogenidperowskiten (CsPb(Br_xI_1-x)₃ (0 ≤ x ≤ 1)) gedruckt und untersucht. In einem Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und 300 Celsius beobachten sie strukturelle Phasenübergänge, die die elektronischen Eigenschaften beeinflussen. Die Studie bietet eine schnelle und einfache Methode zur Bewertung neuer Zusammensetzungen von Perowskitmaterialien, um Kandidaten für Anwendungen in Dünnschichtsolarzellen und optoelektronischen Bauelementen zu identifizieren.

In kräftigem Blau schimmern die Solarmodule an der Fassade einer neuen Halle am HZB. Es sind spezielle CIGS-Dünnschichtmodule, die in Deutschland produziert werden und speziell für die Integration in die Gebäudehülle entwickelt wurden. Die Solarfassade deckt nicht nur einen Teil des Strombedarfs, sondern ist gleichzeitig auch selbst ein Real-Labor: Ein HZB-Team überwacht das Verhalten der Module im Langzeitverlauf und bei unterschiedlichen Außenbedingungen und wertet die Daten aus. 

„Ich finde es bemerkenswert und ermutigend, dass sich immer mehr Bürgerinnen und Bürger den Protesten der jungen Generation anschließen und eine Wende für den Klimaschutz fordern“, sagt Prof. Bernd Rech, wissenschaftlicher Geschäftsführer des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB). In einer offenen Videobotschaft anlässlich des für Freitag geplanten weltweiten Klimatags begrüßt er, dass HZB-Mitarbeitende an den Aktionen teilnehmen wollen. Zugleich fordert er die Menschen dazu auf, keine Angst vor technischen Veränderungen zu haben. „Die Technologien für eine klimafreundliche Energieversorgung stehen zur Verfügung. Wir müssen sie jetzt schnell einsetzen, aber auch verbessern und neue Optionen schaffen.“

Seit September 2020 ist das Helmholtz-Zentrum Berlin wieder Mitglied der IGAFA – der Initiativgemeinschaft außeruniversitärer Forschungseinrichtungen in Adlershof. Prof. Dr. Jan Lüning, wissenschaftlicher Geschäftsführer des HZB, wurde in den Vorstand des Vereins gewählt.

Dr. Tristan Petit erhält einen Starting Grant des Europäischen Forschungsrats und wird mit 1,5 Millionen Euro in den nächsten fünf Jahren gefördert. Der Materialforscher untersucht damit eine neue Materialklasse für die Speicherung elektrischer Energie, die so genannten MXene. Sie können extrem schnell große Mengen an elektrischer Energie speichern und abgeben. Damit könnten MXene neben Batterien und Superkondensatoren eine wichtige Rolle bei der Energiespeicherung spielen. Der ERC Starting Grant ist eine der wichtigsten europäischen Auszeichnungen.

Eine der vielversprechendsten Strategien, um die Verfügbarkeit der Sonnenenergie zu steigern, ist die Umwandlung überschüssiger Energie in Wasserstoff. Das Projekt PECSYS untersuchte, welche Kombinationen aus Werkstoffen und Technologien sich am besten für einen solchen Vorgang eignen.

Im September veranstaltet die Beratungsstelle für bauwerkintegrierte Photovoltaik (BIPV) „BAIP“ zusammen mit der Architektenkammer Niedersachsen ein Seminar für Architekt*innen zum Thema Bauwerkintegrierte Photovoltaik: Architektur-Gestaltung und Ausführung

Mit einem interdisziplinären Architekturwettbewerb startet das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ein großes neues Vorhaben: Ein innovatives Labor- und Bürogebäude für die Katalyseforschung, in dem die wissenschaftliche Zusammenarbeit des HZB mit der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) ausgebaut werden soll. Das Catlab soll zum internationalen Leuchtturm für die Katalyseforschung werden und die Entwicklung neuartiger Katalysatormaterialien vorantreiben, die für die Energiewende dringend benötigt werden.

Die Wiesen sind saftig grün, die Eisheiligen (fast) vorüber: Jetzt ist der perfekte Zeitpunkt für die Rückkehr der Schafe und Ziegen aus dem Winterquartier! Bis in den späten Herbst werden sie nun den naturnahen HZB-Campus in Wannsee beweiden und der natürlichen Landschaftspflege dienen – ganz ohne Rasenmäher.

Am 14. Mai 2020 wurden in Nähe des BESSY II-Hauptgebäudes zwei Ladesäulen für Elektroautos installiert. Hier soll aber nicht nur die Hybrid-Dienstwagenflotte geladen werden. Demnächst haben auch Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter die Möglichkeit, an einer Säule ihre privaten PKWs gegen eine Gebühr aufzuladen.

Die besten Perowskit-Solarzellen schaffen zwar enorme Wirkungsgrade, enthalten aber giftiges Blei. Bleifreie Perowskit-Solarzellen erreichten bislang nur geringe Wirkungsgrade, die zudem schnell abnehmen. Eine neue Arbeit einer internationalen Kooperation zeigt nun, wie sich stabile Perowskit-Schichten herstellen lassen, die Zinn anstelle von Blei enthalten. Dabei schützen organische Verbindungen das Zinn vor Oxidation und sorgen für Stabilität.

Eigens für eine Entwicklung aus dem HZB gibt es nun in der Grafik für Solarzellen-Weltrekorde einen neuen Zweig. Die neue Weltrekord-Zelle besteht aus den Halbleitern Perowskit und CIGS, die zu einer monolithischen „zwei-Terminal“-Tandemzelle verschaltet sind. Aufgrund der verwendeten Dünnschichttechnologien überleben solche Tandemzellen im Weltall deutlich länger und können sogar auf biegsamen Folien produziert werden. Die neue Tandemzelle erreicht einen zertifizierten Wirkungsgrad von 24,16 Prozent.

Die Lage in den Berliner Arztpraxen spitzt sich immer weiter zu, weil wichtige Schutzkleidung und Desinfektionsmittel fehlen. Einige Praxen mussten aus diesem Grund bereits schließen. Das HZB hat sich deshalb zur schnellen Hilfe entschlossen und 65 Kisten mit Schutzkleidung gespendet, die normalerweise für die Arbeit in den Laboren und Reinräumen vorgesehen ist. Die Kisten wurden am 27.03.2020 der Kassenärztlichen Vereinigung Berlin übergeben.

Eine neue Materialklasse kann elektrische Energie sehr schnell speichern. Es handelt sich um zweidimensionale Titankarbide, so genannte MXene. Wie eine Batterie speichern sie durch elektrochemische Reaktionen große Mengen elektrischer Energie - aber im Gegensatz zu Batterien können sie in Sekundenschnelle geladen und entladen werden. In Zusammenarbeit mit der Drexel-Universität hat ein Team am HZB gezeigt, dass die Einlagerung von Harnstoffmolekülen zwischen den MXene-Schichten die Kapazität solcher "Pseudokondensatoren" um mehr als 50 Prozent erhöhen kann. An BESSY II haben sie analysiert, welche Veränderungen der MXene-Oberflächenchemie nach der Harnstoffeinlagerung dafür verantwortlich sind.

Berlin als internationale Wissenschaftsmetropole zu stärken, ist Ziel einer gemeinsamen Initiative der außeruniversitären Forschungseinrichtungen der Hauptstadt. Sie haben sich zur BR 50 (Berlin Research 50) zusammengeschlossen, um künftig gemeinsam Strategien für die Forschung und den Austausch mit Politik und Gesellschaft zu entwickeln. Auch das Helmholtz-Zentrum Berlin hat sich der Initiative angeschlossen. Die Kooperation mit den Berliner Universitäten wird hierdurch erleichtert und verstärkt.

Was ist ultraviolette Strahlung? Wofür nutzt man Röntgenstrahlen? Und was ist nochmal Radioaktivität? Im Physikunterricht stehen diese Fragen zwar auf dem Lehrplan, aber anschauliche Versuche zu diesen Themen gibt es selten. Vom 5. bis 13. März 2020 können Schülerinnen und Schüler genau zu diesen Themen im Schülerlabor des HZB in Adlershof experimentieren. Am 12. März sind alle Interessierten eingeladen.    

Blei aus metall-organischen Perowskitverbindungen wird deutlich stärker von Pflanzen aufgenommen als beispielsweise Blei aus anorganischen Quellen. Dies zeigt eine Studie von HZB-Forscher Antonio Abate mit Partnern aus China und Italien, die in Nature communications veröffentlicht ist.

Seit 1. Januar 2020 bezieht das HZB seinen Strom zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien. Dadurch reduziert das HZB den CO₂-Ausstoß jährlich um zirka 17.400 Tonnen (bezogen auf das Jahr 2018). Mit der Umstellung auf Ökostrom bekennt sich das HZB zu der Verantwortung, einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.