Glas, das Licht verwandeln kann

Dass die Sonne Energie im Überfluss – quasi frei Haus – liefert, das ist heute eine weit verbreitete Erkenntnis. Warum dennoch längst nicht jedes Dach mit einer Photovoltaikanlage ausgestattet ist, liegt vermutlich vor allem an den hohen Investitionskosten. Künftig könnte sich die Investition in eine eigene Solaranlage trotzdem deutlich stärker lohnen.

Denn: Eine neue Forschergruppe der Friedrich-Schiller-Universität Jena will in den kommenden drei Jahren neuartige photonische Gläser entwickeln und diese für industrielle Anwendungen optimieren. Ein Ergebnis dieses Forschungsvorhabens, in dem Wissenschaftler des Instituts für Optik und Quantenelektronik und des Otto-Schott-Instituts für Glaschemie zusammenarbeiten, könnte sein, dass die Effizienz heute gängiger Solarzellen deutlich gesteigert wird. Die neue Forschergruppe zum Thema „Angepasste Laser- und Konvertergläser für photonische Anwendungen“ – kurz ALASKA – wird dabei vom Freistaat Thüringen aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds mit 500.000 Euro unterstützt.

„Während ein breites Spektrum an sichtbarem und ultraviolettem Licht der Sonne die Erdoberfläche erreicht, können heutige Solarmodule nur einen Teil des sichtbaren Spektrums nutzen“, weiß Prof. Dr. Malte Kaluza. Der Lehrstuhlinhaber am Institut für Optik und Quantenelektronik der Jenaer Universität leitet die neue Forschergruppe gemeinsam mit seinem Fachkollegen Prof. Dr. Gerhard Paulus. „Wir wollen Konvertergläser entwickeln, mit denen sich beispielsweise das kurzwellige UV-Licht in den längerwelligen sichtbaren Bereich umwandeln lässt“, erläutert Prof. Paulus. Solarzellen, die mit einem solchen Glas ausgerüstet wären, könnten deutlich mehr der eingestrahlten Sonnenstrahlung für die Erzeugung elektrischer Energie ausnutzen.

Doch auch in anderen Bereichen bieten sich Anwendungsmöglichkeiten solcher Konvertergläser. „Neben einem Einsatz in Leuchtdioden sind diese auch für den stark wachsenden Markt der Laserverstärker interessant“, so Prof. Kaluza. Dabei werden ganz ähnliche Konvertergläser genutzt, um Laserlicht zu verstärken. Diese Gläser sind zuvor mit Licht einer kürzeren Wellenlänge „gepumpt“ worden, um so Energie für die anschließende Verstärkung des Laserlichts zur Verfügung stellen zu können. Bei der dem Laser zugrundeliegenden Lichtverstärkung spielen prinzipiell ganz ähnliche Effekte eine Rolle. Zur Entwicklung dieser neuartigen Konvertergläser haben die Physiker innerhalb der Forschergruppe mit den Glaschemikern der Universität Jena ideale Partner gefunden. „Die Kollegen bringen eine ausgewiesene Expertise im Bereich der Glasherstellung und -forschung mit“, betont Prof. Kaluza. In enger Abstimmung werden die Chemiker des Otto-Schott-Instituts um Direktor Prof. Dr. Christian Rüssel verschiedene Glas-Proben herstellen, die dann von den Physikern umfassend charakterisiert werden. „Neben der Fähigkeit, Strahlung bestimmter Wellenlänge in einen anderen Wellenlängenbereich umzuwandeln, müssen die Gläser noch eine Reihe weiterer Eigenschaften aufweisen, wenn sie auf dem Markt bestehen wollen“, sagt Prof. Paulus. Dazu gehören beispielsweise thermische und mechanische Stabilität und Haltbarkeit. Auch der Preis spielt eine nicht zu unterschätzende Rolle.

Dass aus den Grundlagenforschungen der ALASKA-Gruppe mittel- und langfristig neue optisch aktive Gläser bis zur Marktreife entstehen, dafür ist durch die Einbindung verschiedener Thüringer Optikunternehmen in den Beirat der Forschergruppe gesorgt. Außerdem arbeitet die Forschergruppe eng mit dem Kompetenznetz „Optonet“ zusammen, wodurch sich weiterführende Projekte ergeben werden. „So decken wir die gesamte Wertschöpfungskette bis zur potenziellen Anwendung ab“, ist Prof. Kaluza überzeugt.

Kontakt:
Prof. Dr. Malte Kaluza, Prof. Dr. Gerhard Paulus
Institut für Optik und Quantenelektronik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947280, 03641 / 947200
E-Mail: Malte.Kaluza[at]uni-jena.de, ggpaulus[at]ioq.uni-jena.de
Prof. Dr. Christian Rüssel
Otto-Schott-Institut für Glaschemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Fraunhoferstr. 6, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 948500
E-Mail: ccr[at]uni-jena.de