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Der Sonne entgegen: Nachwuchsforscher soll am Max-Planck-Institut die Solarzellen der Zukunft entwickeln

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Die Sonne liefert das 10.000fache des derzeitigen Weltenergiebedarfs. Doch mit auf Silizium basierenden Solarzellen wird bislang nur einen geringer Teil dieser Energie in Elektrizität umgesetzt, weil ihre Herstellung aufwändig und teuer ist.

Eine interessante Ergänzung zu diesen herkömmlichen anorganischen Solarzellen sind organische Solarzellen, die aus einer Mischung kleiner Farbstoffmoleküle und Polymeren bestehen. Organische Materialien ermöglichen eine preiswerte und einfache Herstellung der benötigten Strukturen. Im Gegensatz zu den anorganischen sind organische Solarzellen außerdem flexibel und wesentlich leichter und damit besonders interessant für tragbare Anwendungen wie zum Beispiel Handys.

Diese wegweisende Technologie wird ab August 2008 von dem Nachwuchswissenschaftler Dr. Frédéric Laquai am Max-Planck-Institut für Polymerforschung erforscht. Das Mainzer Forschungsinstitut richtet Laquai, der schon 1999 bei "Jugend forscht" brillierte und dessen akademische Karriere ihn trotz seines jungen Alters von nur 29 Jahren bereits von Oldenburg und Marburg über Mainz nach Cambridge führte, zu diesem Zweck eine Nachwuchsforschergruppe ein, um ihn an das Institut zurückzuholen und die zukunftsweisenden Materialien in Mainz zu erforschen.

Den neuartigen Solarzellen müssen nämlich für den großflächigen Einsatz noch die Kinderkrankheiten ausgetrieben werden. Laquai erklärt: "Zurzeit sind die organischen Solarzellen für eine kommerzielle Nutzung noch nicht effizient genug und die organischen Materialien sind langfristig nicht stabil." Daher ist erst einmal Grundlagenforschung gefragt - eine Stärke der Polymerforscher in Mainz. "Unsere Gruppe wird die grundlegenden photophysikalischen Prozesse und bisherigen Schwachpunkte in organischen Solarzellen untersuchen", sagt Frédéric Laquai.

Organische Solarzellen bestehen aus zwei Komponenten. Der so genannte Elektronendonor transportiert Ladungen durch die Zelle, während eine andere Komponente die Funktion des Elektronenakzeptors und -transporters übernimmt. Um die Dynamik angeregter Zustände in solchen Donor-Akzeptor-Systemen zu untersuchen, werden vor allem spektroskopische Methoden eingesetzt.
Neben den bereits am MPI-P vorhandenen Instrumenten für zeitaufgelöste und verzögerte Photolumineszenz-Spektroskopie, die noch weiter ausgebaut werden sollen, ist der Neuaufbau eines Systems für so genannte ultraschnelle transiente Absorptionsspektroskopie geplant. Besonders interessant ist für Frédéric Laquai, wie die Struktur des organischen Materials die Leistungsparameter der Solarzellen beeinflusst, insbesondere die so genannte Ladungsträgermobilität.

Schlussendlich sollen alle Ergebnisse der Spektroskopie, Bauteilcharakterisierung, Morphologieuntersuchungen und Ladungstransportmessungen zusammenfließen, um so ein vollständiges Bild der photophysikalischen Vorgänge zu erlangen und um anschließend in Zusammenarbeit mit den organischen Chemikern des Instituts neue und bessere Materialien zu entwickeln. Darüber hinaus plant Laquai, neue Anwendungen für organische Materialien zu erschließen. Hierbei werden Versuche zur Umwandlung der Wellenlänge nicht kohärenten Lichtes in verschiedenen Energietransfersystemen sowie die potenzielle Anwendung organischer Materialien in der Photokatalyse eine wichtige Rolle spielen.

Der Nachwuchswissenschaftler Laquai entdeckte bereits früh seine Begeisterung für die Photophysik und weiß um deren Bedeutung in Zeiten knapper werdender Rohstoffe und steigender Energiepreise: "Die Entwicklung alternativer Technologien zur effizienten Gewinnung und Umwandlung von Energie wird immer wichtiger."

Nach dem Chemiestudium wählte der Kekulé-Stipendiat zur Promotion die Gruppe von Prof. Dr. Gerhard Wegner am MPI-P, da hier "von der Materialentwicklung über die Charakterisierung bis zur Anwendung alle Möglichkeiten geboten werden, die für interdisziplinäre Spitzenforschung nötig sind." Anschließend arbeitete Laquai zwei Jahre als DFG-Stipendiat in der Optoelectronics Group von Prof. Sir Richard Friend am berühmten Cavendish Laboratory in Cambridge, England.

Seit fast dreißig Jahren ermöglicht die Max-Planck-Gesellschaft außerordentlich begabten jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern im Rahmen der auf fünf Jahre befristeten "Selbstständigen Nachwuchsgruppen" die Grundlage für einen erfolgreichen beruflichen Weg als Wissenschaftler zu legen.

Babette Knauer | Quelle: Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen: www.mpip-mainz.mpg.de

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