EMIL an BESSY: Neue Möglichkeiten für die Forschung an Energie-Materialien

Blick auf die 10 Meter lange Ultrahochvakuum-Kammer im EMIL-Labor. Sie ermöglicht, dass Proben vor Ort synthetisiert und ohne Unterbrechung des Vakuums mit harter und weicher Röntgenstrahlung von BESSY II untersucht werden können. Foto: Kerstin Hoppenhaus

Ende 2016 hat EMIL den Betrieb aufgenommen. Das Helmholtz-Zentrum Berlin hat dieses weltweit einzigartige Labor gemeinsam mit der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) an der Synchrotronquelle BESSY II errichtet. EMIL steht für Energy Materials In-situ Laboratory und beinhaltet zwei Laborkomplexe mit unterschiedlicher wissenschaftlicher Ausrichtung: SISSY (Solar Energy Material In-situ Spectroscopy at the Synchrotron) richtet das HZB für Forschung an Energie-Materialien ein. Beim Aufbau des CAT-Labors (Catalysis Research for Sustainable Energy Supply) ist das Fritz-Haber-Institut der MPG federführend. Dort werden (photo-)katalytische Prozesse erforscht.

Enorme Chancen für die Energie-Material-Forschung

EMIL bietet einzigartige Einblicke in Materialien, die Energie umwandeln oder speichern können: Die Materialsysteme können hier in-situ und in-operando analysiert werden. Das heißt konkret: nach der Deposition der dünnen Schichten bleiben die Proben im Vakuum und werden direkt zur Analytik weitergeleitet. An EMIL finden Forscherinnen und Forscher weltweit einzigartige Synthese- und Analysemöglichkeiten für die Energie-Material-Forschung. Die Depositionssysteme im EMIL-Labor erlauben es, viele unterschiedliche Materialkombinationen herzustellen und sie direkt zu charakterisieren (kombinatorische Materialsynthese). Erkenntnisse aus der Analytik fließen wiederum direkt in die Synthese ein. Für die Charakterisierung und Beobachtung der physikalischen und chemischen Prozesse steht das das ganze Spektrum der synchrotronbasierten Analytik an BESSY II zur Verfügung.

Das 1000 Quadratmeter große Laborgebäude ist an den Speicherring BESSY II angebaut und verfügt über zwei eigene Beamlines (Strahlrohre), die weiche und harte Röntgenstrahlung von 60 eV bis 10 keV zur Verfügung stellen. Dies ermöglicht Untersuchungen an der Oberfläche der Materialien ebenso wie in tiefer liegenden Schichten und ist damit perfekt für die Untersuchung an Dünnschichtsystemen geeignet.


SISSY, CAT und 60to6

SISSY heißt der Messplatz, der in EMIL für Untersuchungen von Materialien der Photovoltaik zur Verfügung stehen soll. Die Forschung an Katalysatoren soll im gleichen Labor an einem weiteren Messplatz CAT@EMIL erfolgen, der von der MPG finanziert und aufgebaut wird. Beide Messplätze dienen überwiegend der Eigenforschung; ein Drittel der Messzeit soll jedoch für externe Nutzer von Universitäten und aus der Industrie zur Verfügung gestellt werden. Der dritte geplante Messplatz im EMIL-Projekt (60to6) ist hingegen vor allem für die externen Nutzer gedacht. Da die Beamline hervorragende Strahleigenschaften für Materialuntersuchungen bietet, wird EMIL durch den Aufbau von 60to6@EMIL noch attraktiver für externe Forscherteams werden.

Eine Großinvestition

In den Aufbau von EMIL wurden zirka 20 Millionen Euro investiert. Das BMBF förderte den Bau mit 6,1 Millionen Euro aus der Innovationsallianz „Photovoltaik“. HZB und MPG brachten 6,5 respektive 7,6 Millionen Euro ein. Ergänzend wurden zusätzliche Mittel der MPG bereitgestellt sowie Mittel aus den strategischen Ausbauinvestitionen der Helmholtz-Gemeinschaft für die Einbindung von EMIL in die Helmholtz-Energy-Materials-Characterization-Platform (HEMCP).

Die Eigenforschung des HZB an EMIL konzentriert sich auf Energiematerialien mit einem Fokus auf Dünnschichten. Dies umfasst Dünnschichtsolarzellen aus neuen Materialkombinationen wie Perowskit,  Materialsystemen für die solare Wasserstofferzeugung, Thermoelektrika und funktionale Metalloxidverbindungen sowie Materialien für eine energieeffiziente Informationstechnologie auf der Basis von Spins. 

Webseite EMIL