Die perfekte Geometrie von Solarzellen

Für Solarzellen der dritten Generation können dank Nanostrukturierung – im Gegensatz zu den Silizium-Solarzellen der ersten Generation – kostengünstige und nachhaltige Materialien verwendet werden. Für den Ausbau von regenerativen Energien ist das ein großer Vorteil. Doch ist die modernere Technologie weniger effizient als die etablierten Siliziumzellen. Ein möglicher Grund dafür liegt in der ungeordneten Geometrie der verwendeten Nanostrukturen.

Im Gegensatz dazu finden bei Mutter Natur Energieumwandlungen an hochgeordneten nanostrukturierten Oberflächen statt. Während der Photosynthese beispielsweise wird dank optimal abgestimmter Strukturen im Nanomaßstab die Energie des Sonnenlichts direkt in chemischer Form als Brennstoff gespeichert. Und hier setzt das Forschungsprojekt von Professor Bachmann an: Er will die Grenzflächen der Materialien auf der Nanoebene gezielt geometrisch gestalten, um deren Eigenschaften systematisch untersuchen zu können.

In den kommenden fünf Jahren konzentrieren sich Bachmann und seine Arbeitsgruppe auf zylindrische Nanostrukturen. Indem sie die Geometrie der Materialien variieren, wollen sie klären, welche physikalischen und chemischen Prozesse die Effizienz der Solarzellen in welcher Form wie beeinflussen. Dabei sind die perfekten Flächenmaße nämlich von zentraler Bedeutung. Denn was die Effizienz betrifft, gibt es beim Design von Solarzellen einen intrinsischen Gegensatz:

Je größer die Fläche zwischen den beiden Materialien – zwei unterschiedlichen Halbleitern – ist, desto mehr Licht wird absorbiert und folglich mehr Strom erzeugt. Umso größer diese Fläche durch längere Nanostrukturen jedoch gestaltet wird, desto weiter müssen die Elektronen wandern, um Strom zu erzeugen, wobei es verstärkt zu Verlusten kommt und weniger Strom erzeugt wird. Aus diesem Gegensatz durch die perfekte Geometrie optimale Eigenschaften zu erzielen, ist Bachmanns Ziel.

Prof. Julien Bachmann ist seit 2012 Inhaber einer Professur für Anorganische Chemie an der FAU. Er bringt Kenntnisse in zwei wissenschaftlichen Bereichen mit: der Synthesechemie und der Festkörperphysik. Nach seinem Studium der Molekülchemie an der Universität Lausanne, Schweiz, promovierte Bachmann in der Anorganischen Chemie am Massachusetts Institute of Technology (MIT), USA.

Ab 2006 forschte er als Alexander von Humboldt-Stipendiat am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle und an der Universität Hamburg, wo er 2009 eine Juniorprofessur im Fachbereich Physik antrat. Im Jahr 2013 erhielt Bachmann einen EAM Starting Grant. Mit diesem Programm fördert das Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials (EAM) der FAU seine besten Nachwuchswissenschaftler. Mit Erfolg, wie sich an Prof. Bachmann zeigt: Er gehört nun zum exklusiven Kreis der Preisträger, die einen ERC Consolidator Grant erhalten. Der ERC vergibt diese Grants ausschließlich für als bahnbrechend und exzellent bewertete Forschungsvorhaben.

Weitere Informationen für die Medien:
Prof. Dr. Julien Bachmann
Tel.: 09131/85-27396
julien.bachmann@fau.de