Die Hochspannungs-Solarzelle ganz klein

Sie bringen Licht in die Energiewende: Solarzellen, die Hochspannung liefern und Wasser spalten können. Das ZIK SiLi-nano in Halle erforscht die Materialien dafür.

Die Truppe ist bunt gemischt: Wissenschaftler aus Korea, China, Indien, Jordanien, Russland und aus den Niederlanden und Deutschland arbeiten am Zentrum für Innovationskompetenz (ZIK) SiLi-nano in Halle. Das Kurzwort steht für „Silizium in Wechselwirkung mit Licht: von makro zu nano“.

Wissenschaftlerteam um Prof. Dr. Jörg Schilling

International ist das Wissenschaftlerteam um Prof. Dr. Jörg Schilling (unten 1. v.l.). 

Michael Deutsch

Sachverständige sehen in diesen Begriffen Hinweise auf zukunftsorientierte Forschungsfelder. ZIK-Direktor Jörg Schilling spricht von der Erforschung innovativer Materialien für den Einsatz in der Optoelektronik. Mittels Nanotechnologie könnten Silizium und andere Materialien eine Fülle neuer Eigenschaften erhalten, die zum Gelingen der Energiewende beitragen. Die natürliche Ressource Licht sei ausreichend vorhanden, ebenso das Wasser, an dessen Spaltung durch Licht geforscht wird.

ZIK international sichtbar

Einmal im Jahr finden sich die Nachwuchswissenschaftler zu einem dreitägigen Strategieseminar außerhalb der Saale-Stadt zusammen. „Wir wollen den jungen Menschen auch ein paar landeskundliche Kenntnisse mit auf den Weg geben“, sagt Professor Schilling. Aus eigener Erfahrung hält er die Horizonterweiterung über das wissenschaftliche Terrain hinaus für wichtig. Nach seinem Physik-Studium an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg war Schilling Doktorand am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle, arbeitete dann bis 2005 als Postdoc am California Institute of Technology. Ein Forschungsstipendium führte ihn ans Centre for Nanostructured Media an der Queen's University in Belfast. Zurück nach Halle kam er vor zehn Jahren als ein Nachwuchsgruppenleiter am ZIK SiLi-nano, das vom Bundesforschungsministerium im Rahmen der Förderinitiative „Exzellenz schaffen – Talente sichern“ unterstützt wird.

Inzwischen ist Jörg Schilling auch geschäftsführender Direktor des ZIK, das sich als eigenständiges, international sichtbares Forschungszentrum an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg etabliert hat. Physiker, Chemiker, Materialwissenschaftler aus aller Welt bewerben sich hier auf die Doktoranden- und Postdoktorandenstellen. Um auch den begrifflichen Inhalt von „Zentrum für Innovationskompetenz“ zu leben, müssten Wege zur Überbrückung der fachlichen Abgrenzung gefunden, Expertisen gebündelt werden, sagt ZIK-Direktor Schilling. Auch für den Blick über den eigenen Tellerrand hinaus seien die mehrtägigen Seminare gut geeignet. Zum diesjährigen Strategieseminar ging es in die sachsen-anhaltische Domstadt Halberstadt.

Speicherlösungen für Wasserstoff

Aktuell konzentriert sich das ZIK SiLi-nano zum einen auf die Untersuchung von ferroelektrischen Materialien mit photovoltaischen Eigenschaften, die Spannungen bis zu 100 Volt und mehr liefern können. Als kleine Hochspannungs-Solarzellen könnten sie sich Nischen-Anwendungen erobern, etwa in Mini- und Mikroladegeräten beispielsweise für technische Textilien, sagt Jörg Schilling. Aber auch zum bequemen Auslesen von ferroelektrischen Computerspeichern könnten die hohen Spannungen genutzt werden.

Skizze Grundprinzip der fotoelektrochemischen Wasserspaltung unter Verwendung von Nanostrukturen

Grundprinzip der fotoelektrochemischen Wasserspaltung unter Verwendung von Nanostrukturen. 

Adaptiert von Van de Krol and Grätzel (eds), Photoelectrochemical Hydrogen Production

Desweiteren beschäftigen sich seine Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit der Entwicklung von Solarzellen für die durch Licht ausgelöste Wasserstofferzeugung. „Wir entwickeln Nanostrukturen, um eine optimale Lichtabsorption und Energiegewinnung zu erreichen“, sagt Schilling. Im ZIK werde dafür anwendungsorientierte Grundlagenforschung betrieben, um Interessierten aus der Industrie zu zeigen, mit welchen Materialien unter welchen Bedingungen ihr Vorhaben gelingen könnte. Schilling erwähnt die Zusammenarbeit mit dem Zwanzig20-Innovationsnetzwerk HYPOS – Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany. Dessen Ziel ist es, im großtechnischen Maßstab aus erneuerbarem Strom den speicherbaren Grünen Wasserstoff herzustellen. „Wir helfen da beim Finden von Lösungen“, sagt der ZIK-Direktor.