Für eine effizientere und nachhaltige Nutzung von Sonnenenergie

FAU-Chemiker Prof. Dr. Dirk Guldi im Interview über SolTech

Im Forschungsnetzwerk „Solar Technologies Go Hybrid (SolTech)“ arbeiten Wissenschaftler/-innen von fünf bayerischen Universitäten seit 2012 an neuen Konzepten, um Sonnenenergie in Strom umzuwandeln. Vor kurzem hat der Freistaat Bayern dem Verbund weitere 1,7 Millionen Euro zugesagt. Im Interview erklärt Prof. Dr. Dirk Guldi vom Lehrstuhl für Physikalische Chemie I und Koordinator des SolTech-KeyLabs an der FAU, was der Verbund bereits erreicht hat und was in den nächsten Jahren im Fokus steht.

Herr Prof. Guldi, das KeyLab an der FAU heißt „Kohlenstoffreiche Hybride“. Was muss ich mir darunter vorstellen, was erforschen Sie dort genau?

Die Ziele des Key Labs „Kohlenstoffreiche Hybride“ beinhalten, die Erlanger Kompetenzen zu bündeln, um eine schlagkräftige und international sichtbare Plattform zur Grundlagenentwicklung auf dem Gebiet der Photokatalyse und Photovoltaik auf der Basis kohlenstoffreicher Hybridmaterialien zu schaffen. Die Realisierung dieser ambitionierten Ziele hängt von einem vertieften Verständnis der jeweiligen Mechanismen der Lichtabsorption, der Ladungstrennung, des Stofftransports und der katalytischen Reaktionen ab. Dabei spielt die im FAU Key Lab gelebte Synergie zwischen Synthese, photo-physikalischen Messungen, Theorie und Bausteinentwicklung eine große Rolle in der grundlegenden chemischen und physikalischen Exploration von leistungsstarken und nachhaltigen Materialien, die in der Konversion von Sonnenenergie in Elektrizität und chemische Energieträger Einsatz finden.

Ziel von Soltech ist es, nach dem Vorbild der in Pflanzen stattfindenden Photosynthese mittels Lichtenergie chemische Brennstoffe zu erzeugen. Welche Fortschritte haben Sie in den vergangenen Jahren auf dem Gebiet gemacht?

Im Key Lab an der FAU forschen wir an der Implementierung einer eng vernetzten Prozesskette, die aus Synthese, Charakterisierung, Funktion und Theorie besteht. Im Mittelpunkt stehen Fragestellungen des Photonenmanagements –  von Elektronentransferprozessen bis hin zu Reaktionsmechanismen in kohlenstoffreichen Hybriden.

Unsere Forschungsgruppe hat zum Beispiel einen „intelligenten“ Photokatalysator entwickelt. Dieser kann zwischen Lichtfarben rot, grün und blau unterscheiden. Dadurch können wir die gewünschte chemische Reaktion einprogrammieren. Das macht den Prozess nachhaltiger. Ein weiterer großer Erfolg ist unserem Team im Bereich des Hochdurchsatz-Screenings gelungen: Um einen möglichst guten Katalysator zu entwickeln, bieten sich Verfahren an, bei dem das Hochdurchsatz-Screening, das sehr viele Daten erzeugt, durch maschinelles Lernen unterstützt und geleitet wird. Im FAU Key Lab haben wir ein Setup entworfen, mit der man Photokatalysator-Bibliotheken auf SBS-Platten oder Wafer auftragen kann. Damit kann jeder einzelne Pixel elektrochemisch charakterisiert werden; auch unter Einstrahlung von Licht.

Ein drittes Beispiel sind unsere Erkenntnisse zur Singulettspaltung, bei der ein Lichtteilchen zwei Elektronen anregt. Diese Ladungsträgervervielfachung birgt das Potential, das theoretische Effizienzlimit für Solarzellen um ein Drittel von 33 Prozent auf 44 Prozent zu steigern. Dank unserer Forschungsergebnisse rückt die Realisierung der Effizienzsteigerung von Solarzellen einen weiteren Schritt näher.

Was ist das Ziel für die nächsten Jahre?

In dieser Förderperiode konzentrieren wir uns darauf, das reichlich vorhandene und aus Sicht der Umwelt unbedenkliche Element Kohlenstoff in seinen vielseitigen Aggregatszuständen als Ersatz für seltene katalytisch-aktive Metalle oder gar toxische Elemente wie Blei zu nutzen. Es könnte beispielsweise in der photokatalytischen Erzeugung von Brennstoffen aus Kohlendioxid sowie in Solarzellen der nächsten Generation eingesetzt werden – bei sehr geringen Energiekosten bei der Herstellung sowie erheblich höheren Effizienzen als die herkömmliche Technologie.

Neben den erwarteten wissenschaftlichen Fortschritten ist es ein wichtiges Ziel von SolTech, eine neue Generation junger Forscherinnen und Forscher auszubilden, die die bayerische Industrie auf dem Weg in eine klimaneutrale Zukunft mit der dazu notwendigen Expertise unterstützen zu können.

Mehr über SolTech lesen Sie auf der Webseite des Verbunds sowie auf der Webseite des Departments für Chemie und Pharmazie.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Dirk Guldi
Lehrstuhl für Physikalische Chemie I
Tel.: 09131/85- 27340
dirk.guldi@fau.de