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Mit Quantenmechanik zu neuen Solarzellen: Forschungspreis für Bayreuther Physikerin

12.12.2017

Für ihre Forschungsarbeiten zu neuartigen Solarzell-Materialien ist die Bayreuther Physikerin Dr. Linn Leppert (31) mit dem Forschungspreis des DFG-Graduiertenkollegs „Fotophysik synthetischer und biologischer multichromophorer Systeme“ ausgezeichnet worden.

Bei den Solarzell-Materialien handelt es sich um Hybrid-Halogenid-Perowskite, mit denen sich überraschend hohe Effizienzgrade bei der Umwandlung von Licht in Strom erzielen lassen. Um die elektronische Struktur und Dynamik dieser sehr komplexen Festkörper mit hoher Genauigkeit zu berechnen, nutzt die Bayreuther Wissenschaftlerin quantenmechanische Methoden der Dichtefunktionaltheorie und der Vielteilchenstörungstheorie.


Schematische Darstellung zweier lichtabsorbierender Pigmente (Bakteriochlorophylle) in Purpurbakterien.

Grafik: Linn Leppert


Dr. Linn Leppert, Universität Bayreuth. Der Bildschirm zeigt einen Ausschnitt eines Hybrid-Perowskits.

Foto: Christian Wißler

Von Berkeley zurück nach Bayreuth

In seiner Laudatio betonte Prof. Dr. Christian Laforsch, Vizepräsident der Universität Bayreuth für den Bereich Forschung und wissenschaftlicher Nachwuchs, dass die Preisträgerin „ausgesprochen anspruchsvolle theoretische Methoden zur Klärung von Fragen mit unmittelbarem Anwendungsbezug und in großer Nähe zum Experiment zum Einsatz bringt.“

Große Teile ihrer Forschungsarbeiten hat sie nach ihrer Bayreuther Promotion als Postdoktorandin am Lawrence Berkeley National Laboratory in den USA durchgeführt. Hierfür erhielt sie ein Feodor Lynen-Forschungsstipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung. Seit ihrer Rückkehr an die Universität Bayreuth leitet sie eine Projektgruppe im Sonderforschungsbereich 840 „Von partikulären Nanosystemen zur Mesotechnologie“.

„Hier versuchen wir die elektronische Struktur schon bekannter Solarzell-Materialien zu verstehen und daraus Prinzipien für das Design neuer, energieeffizienter Materialien abzuleiten. Auch für diese interdisziplinären Arbeiten im Grenzbereich zwischen Physik und Chemie ist die Vielteilchenstörungstheorie unentbehrlich“, erklärt Dr. Linn Leppert.

Von biologischen Systemen lernen

Ab Januar 2018 wird sie an der Universität Bayreuth eine Nachwuchsgruppe im Elitenetzwerk Bayern (ENB) leiten. Hier stehen biologische Systeme im Vordergrund, die Photosynthese betreiben und dadurch chemische Energie aus Sonnenlicht gewinnen. Von besonderem Interesse sind Purpurbakterien. „Wir wissen schon viel darüber, wie es diesen Bakterien gelingt, die Lichtenergie durch Pigmentmoleküle aufzunehmen und in Reaktionszentren zu übertragen, wo die Photosynthese beginnt.

Die meisten der bisherigen Berechnungen beruhen allerdings auf Modellvorstellungen, die der Komplexität der physikalischen Vorgänge nicht immer gerecht werden. Quantenmechanische Verfahren, mit denen sich die Anregungsenergien selbst in großen Pigmentmolekülen berechnen lassen, werden uns deutlich präzisere Erkenntnisse ermöglichen“, sagt die preisgekrönte Physikerin und ergänzt: „Auf dem Bayreuther Campus steht uns für diese umfangreichen Rechenleistungen eine sehr leistungsstarke IT-Infrastruktur zur Verfügung.“

Sie ist zuversichtlich, dass die angestrebten Erkenntnisse zur Absorption und Verwertung von Lichtenergie in der Natur, sei es in Bakterien oder Pflanzen, die Entwicklung hocheffizienter Solarzell-Materialien beschleunigen können: „Diese Materialien werden sich möglicherweise durch Eigenschaften auszeichnen, die den heute noch verwendeten Solarzellen aus Silizium fehlen. Von natürlichen Systemen zu lernen, um künstliche Systeme für die Gewinnung und Nutzung erneuerbarer Energien zu entwickeln, ist eine spannende Vision.“

Foto von der Preisverleihung zum Download:
http://www.uni-bayreuth.de/de/universitaet/presse/pressemitteilungen/2017/151-Fo...

Kontakt:

Dr. Linn Leppert
Physikalisches Institut
Universität Bayreuth
Universitätsstr. 30
95447 Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 / 55-4461
E-Mail: linn.leppert@uni-bayreuth.de

www.leppert.physik.uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth

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