Eine Sonnenuhr der anderen Art

Eine wissenschaftliche Fragestellung in ein Produkt zu verwandeln, das ist die Anforderung, die die Gewinner des HZB Technologietransferpreises erfüllen sollten. Das Team um Tobias Henschel, Bernd Stannowski und Sebastian Neubert hat dabei mehr als nur einen Preis gewonnen.

Tobias, worum genau geht es in eurem Projekt, für das ihr den Technologietransferpreis bekommen habt?

Tobias: Wir arbeiten an transparenten Solarzellen, die sich nahtlos in all die kleinen elektronischen Helfer integrieren lassen, die wir tagtäglich mit uns herumtragen. Das Display einer Smartwatch, eines Smartphones, eines Navigationsgerätes oder auch eines Tablets wäre damit nicht nur ein Anzeigeelement, sondern gleichzeitig auch ein Energielieferant. Aktuell funktioniert das für Smartwatches sehr gut, die unser Industriepartner Garmin bereits erfolgreich am Markt platziert hat.

Ihr macht Solarzellen also unsichtbar. Das klingt irgendwie nach Science-Fiction.

Bernd: Das Thema ist nicht wirklich neu. Es gibt bereits Technologien, in denen einzelne Bereiche der Solarzelle weggelasert werden, um eine Transparenz zu erreichen. Schott in Deutschland hat sowas beispielsweise schon gemacht. Das ist für den Gebäudebereich ganz gut einsetzbar, für unsere Zwecke aber etwas grobschlächtig. Deshalb sind wir einen anderen Weg gegangen.

Und wie sieht der aus? Was ist euer Geheimnis?

Bernd: Im Projekt wird Fotolithografie genutzt, wie sie auch zur Herstellung von Computerchips verwendet wird. Dadurch können wir extrem kleine Bereiche in der Solarzelle wegätzen. Im Prinzip hat diese dann viele winzige Löcher, wie ein Sieb. Je nachdem wie groß die Strukturen sind und wie viel wir wegätzen, sind sie mehr oder weniger durchsichtig. Wir können die Transparenz also sehr flexibel einstellen. Das Geheimnis dabei ist eine clevere Kontaktierung, die von Garmin entwickelt wurde und die dafür sorgt, dass sich die Energie von der Solarzelle trotz der vielen kleinen Löcher auch abzapfen lässt.

Tobias: Damit man sich das besser vorstellen kann: Aktuell liegt die Breite der einzelnen Solarzelleinheiten bei etwa 10 Mikrometer. Das entspricht etwa einem Fünftel der Dicke eines menschlichen Haares. Und ihre Leistung liegt im Milliwattbereich. Für energiehungrige Smartphones reicht das zwar noch nicht aus. Aber eine 10 bis 20 Prozent längere Akkulaufzeit oder Notfallenergie an Orten ohne Energieversorgung sind damit auf jeden Fall schon heute drin.

Wie seid ihr eigenglich zu dem Projekt gekommen?

Bernd: Ein französisches Unternehmen – Sunpartner – ist uns herangetreten. Das war 2015. Wir haben dann erstmal ein paar Tests gefahren und verschiedene Schichten auf Glas abgeschieden. Welche Idee hinter dem Projekt eigentlich steht, wussten wir da gar nicht so richtig. Und dann wurde es Monat für Monat etwas konkreter. Da Sunpartner mit unserer Arbeit offensichtlich sehr zufrieden war, kamen über das erste Jahr stetig neue Aufträge hinzu. Daraus hat sich schließlich eine feste Kooperation entwickelt. Und dann haben wir erst vollständig realisiert, in welchem Kontext das Ganze stand.

Mit Deinem Background warst Du offensichtlich genau der Richtige für das Projekt.

Bernd: Na ja. Es stimmt, dass ich aus dem Technologiebereich Dünnschichtsilizium komme. Darauf habe ich Ende 2002 in Utrecht in Holland promoviert. Und an dem Thema habe ich auch acht Jahre lang in der Industrie gearbeitet. Deshalb denke ich schon, dass es am Anfang auch meine Erfahrung auf diesem Gebiet war, die den Startschuss gegeben hat. Denn viele Fragen konnte ich eben deshalb schon beantworten, weil ich bereits früher damit zu tun hatte. So konnten wir recht schnell gute Lösungen finden. Das hat dem ganzen Projekt zu Beginn schon sehr geholfen. Etwas später kam Sebastian Neubert dazu, den ich bereits aus meiner Zeit in der Industrie kannte und der sehr viel zum weiteren Gelingen des Projektes am HZB beigetragen hat.

Und Du Tobias, wie bist Du zum Projekt gekommen?

Tobias: Ich bin jetzt schon seit gut acht Jahren am HZB. Als Student hatte ich hier ein Praktikum, das führte erst zu meiner Bachelorarbeit und dann auch zur Masterarbeit. So lange arbeite ich auch schon mit Bernd zusammen und bin seit fünf Jahren als Prozessentwicklungsingenieur in seiner Gruppe. Hauptsächlich betreue ich die Anlagen zur plasmaunterstützten Gasphasenabscheidung. Die werden genutzt, um dünne Siliziumschichten abzuscheiden. Nachdem Bernd das Projekt zusammen mit Sebastian Neubert übernahm, habe ich für ihn immer mal wieder Messarbeiten durchgeführt. Und als Sebastian vor zweieinhalb Jahren das Institut verlassen und sein eigenes Technologieberatungsunternehmen gegründet hat, bin ich in seine Fußstapfen getreten. Jetzt leite ich das Projekt und Bernd unterstützt mich mit seinem Knowhow.

Das Projekt läuft ja nun bereits sechs Jahre. Was hat es euch bisher gebracht?

Bernd: Auf jeden Fall eine sehr fruchtbare Kooperation. Durch Forschungs- und Entwicklungsverträge, durch die Pilotproduktion der Solarzellen hier am HZB und in Frankreich und auch durch Lizenzverträge aus der Zeit mit Sunpartner haben wir stetig Einnahmen generiert. Insgesamt hat das Helmholtz-Zentrum Berlin mit dieser Kooperation etwas mehr als 1,3 Millionen Euro eingenommen. Und natürlich dürfen wir auch das Renommée nicht vergessen. Denn das Projekt ist ein wirklich gutes Beispiel dafür, wie eine Kooperation aus Forschung und Industrie aus einer Idee ein Produkt erschafft, dass es heute weltweit zu kaufen gibt.

Tobias: Das stimmt. Und über den Erfolg hinaus ist die Kooperation auch noch eine sehr interessante Erfahrung. Vor allem die komplett andere Herangehensweise an die Entwicklungsarbeit. Für uns Forscher geht es hauptsächlich darum, durch clevere Experimente zu verstehen, warum Dinge funktionieren oder warum sie eben nicht funktionieren. In der Industrie ist die Herangehensweise eine andere. Denn da muss am Ende ein Produkt herauskommen und auch die Deadlines sind viel härter. Da ist man eben schnell mal dabei zu sagen: Dieser Ansatz funktioniert nicht, der wird verworfen. Dann müssen wir als Forscher wiederum einbremsen und sagen: Ja, das funktioniert jetzt gerade nicht. Aber der Ansatz hat viel größeres Potenzial. Wir müssen weiter in diese Richtung arbeiten. Und das der anderen Seite verständlich zu machen, war eine Herausforderung, an der ich wirklich gewachsen bin.

Nun warst Du ja auch bei den asiatischen Fertigern, die die Solarzellen herstellen. Was hat Dich dort am meisten beeindruckt?

Tobias: Es war superspannend, eine riesige Fabrikhalle zu sehen, die ein kompletter Reinraum ist. Reinräume kennen wir natürlich von unserem Institut. In denen arbeiten wir dort ja auch. Aber das sind ganz andere Maßstäbe. Bei uns sind sie gerade mal wohnungsgroß und dort ist die komplette Fabrik ein einziger Reinraum. Ich fand es faszinierend, dort den gleichen Typ der Beschichtungsanlage zu sehen, wie bei uns im Labor. Nur eben fünfmal so groß. Das Gefühl ist unbeschreiblich. In der Fabrik in Asien kann man unter der Anlage hindurchlaufen, während wir uns im Labor für Reparaturarbeiten darunter zwängen müssen. Das ist einfach beeindruckend.

Und nun wurdet ihr für euer Projekt auch noch mit dem HZB Technologietransferpreis ausgezeichnet. War das für Dich eigentlich abzusehen?

Tobias: Na ja, wir haben ein interessantes Projekt, bei dem der Transfer aus der Forschung in die Industrie schon stattgefunden hat. Und es gibt bereits ein Produkt auf dem Markt, von dem schon 100 Millionen Stück verkauft wurden. Deshalb hatten wir uns schon Chancen für den Preis ausgerechnet. Aber natürlich hatten auch die anderen Teilnehmer wahnsinnig interessante Projekte. Dass wir letzten Endes gewonnen haben, ist ein wirklich ein gutes Gefühl. Das ehrt nicht nur das Engagement des ganzen Teams, sondern verschafft uns auch mehr Sichtbarkeit für unsere anderen Projekte.

Das ist aber sicher nicht das Ende dieser spannenden Geschichte? Worauf dürfen wir in Zukunft noch gespannt sein.

Tobias: Vom Forschungsstand sind wir mittlerweile so weit, dass wir dieses Prinzip auch auf größere Flächen übertragen können. Perspektivisch sollte die Technologie also auf jedes denkbare Display anwendbar sein. Allerdings muss man schauen, was wirklich Sinn macht. Denn ein Smartphone, das fast immer in der Tasche steckt, wird eher weniger von einer transparenten Solarzelle profitieren. Aber es gibt ja noch andere Geräte und Anwendungsbereiche. Welche genau das sind, dürfen wir aber aktuell noch nicht verraten. Ihr müsst also noch ein klein wenig gespannt bleiben.