Ein neues Cluster-Tool für EMIL
Ein Cluster-Tool zur Erforschung neuer Materialien und Bauteilstrukturen für Photovoltaik- und Photokatalyse-Anwendungen. (Bildquelle: Altatech)
Das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) und Altatech, ein Unternehmen der Soitec-Gruppe, haben eine Kooperation vereinbart, um neue Materialien für die nächste Generation von hocheffizienten Solarenergiewandlern zu erforschen und zu entwickeln. Dazu gehören insbesondere neue Materialien und innovative Bauteilstrukturen für Photovoltaik- und Photokatalyse-Anwendungen.
Im Rahmen der gemeinsamen Forschungsarbeiten wird Altatech ein speziell angepasstes Silizium-Depositionsclustertool auf Basis seiner sogenannten AltaCVD-Plattform im „Energy Materials In-situ Laboratory (EMIL)” des HZB installieren. Dort – direkt am Berliner Elektronen-Synchrotron BESSY des HZB – wollen das Helmholtz-Zentrum und Altatech gemeinsam neue Materialabscheidungsprozesse, funktionelle Grenzflächen und Bauteile für die Solarenergieumwandlung und -speicherung entwickeln.
Altatechs AltaCVD-System wird in EMIL zum Einsatz kommen, um unter anderem verschiedene Morphologien und Legierungen von Silizium, sowie transparente, leitende Oxide und ultradünne Dielektrika abzuscheiden. Diese Stoffklassen werden bei der Herstellung der nächsten Generation von Solarenergie-Baugruppen eine wichtige Rolle spielen. Das Clustersystem soll im EMIL-Gebäude installiert und dort direkt mit einer Röntgenanalyse-Messstation verbunden werden, die von einer BESSY II-Beamline mit hochbrilliantem Röntgenlicht versorgt wird.
HZB und Altatech wollen im Cluster-Tool Depositionstechniken auf Basis von Atomlagen-Abscheidung, Plasma-unterstützter chemischer Gasphasenabscheidung sowie Kathodenzerstäubung auf Substrate anwenden, die in der Größe von kleinsten Proben bis hin zu industriekompatiblen 6-Inch-Wafern reichen. EMILs weltweit einmalige Analysetechniken sollen dann genutzt werden, um Material- und Baugruppeneigenschaften direkt während bzw. zwischen verschiedenen Schritten des Herstellungsprozesses zu analysieren.
„Mit EMIL wollen wir Materialien für neue Hocheffizienz-Photovoltaikzellen und für katalytische Prozesse erforschen, die für zukünftige Solarenergieumwandlungs- und -speicherkonzepte erforderlich sind“, sagt Prof. Dr. Klaus Lips, EMIL-Projektleiter und Chef der „Advanced Analytics“-Gruppe am HZB: „Wir werden diese Materialien mit Methoden der Grundlagenforschung entwickeln und charakterisieren, diese jedoch mit industrietauglichen Verfahren herstellen, um anschließend eine schnelle industrielle Umsetzung möglich zu machen. Das AltaCVD-System ermöglicht es, sehr flexible Präparationsbedingungen mit einer vollständig industriekompatiblen Abscheidungstechnologie zu realisieren. Das gilt für Temperaturen, Prekursoren oder in-situ plasmachemische Reinigung.”
„Diese Kooperation verstärkt die technologische Führungsrolle des AltaCVD-Systems im Bereich Abscheidungstechniken für Hochtechnologie-Materialien“, sagt Jean-Luc Delcarri, Generalmanager von Soitecs Altatech-Gruppe: „Unsere Zusammenarbeit mit dem HZB ermöglicht es uns, diese Technologie an einem führenden Synchrotron einzusetzen. Gemeinsam mit dem HZB werden wir die Tür öffnen zu neuen Möglichkeiten in der Erforschung von Energiematerialien. So können wir einen Beitrag leisten, dass Wissenschaftler die Herausforderungen der zukünftigen weltweiten Energieversorgung angehen können.“
- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.
- Solarzellen auf Mondglas für eine zukünftige Basis auf dem MondZukünftige Mondsiedlungen werden Energie benötigen, die Photovoltaik liefern könnte. Material in den Weltraum zu bringen, ist jedoch teuer – ein Kilogramm zum Mond zu transportieren, kostet eine Million Euro. Doch auch auf dem Mond gibt es Ressourcen, die sich nutzen lassen. Ein Forschungsteam um Dr. Felix Lang, Universität Potsdam, und Dr. Stefan Linke, Technische Universität Berlin, haben nun das benötigte Glas aus „Mondstaub“ (Regolith) hergestellt und mit Perowskit beschichtet. Damit ließe sich bis zu 99 Prozent des Gewichts einsparen, um auf dem Mond PV-Module zu produzieren. Die Strahlenhärte konnte das Team am Protonenbeschleuniger des HZB getestet.
- Beschleunigerphysik: Erster Elektronenstrahl im SEALabWeltweit zum ersten Mal hat das SEALab-Team am HZB in einem supraleitenden Hochfrequenzbeschleuniger (SRF Photoinjektor) einen Elektronenstrahl aus einer Multi-Alkali-Photokathode (Na-K-Sb) erzeugt und auf relativistische Energien beschleunigt. Dies ist ein echter Durchbruch und eröffnet neue Optionen für die Beschleunigerphysik.