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Regenerative Energiegewinnung braucht nachhaltige Materialien

Interdisziplinäres SustEnMat-Projekt an der TU Ilmenau

An der Technische Universität (TU) Ilmenau begann am 1. Oktober ein großangelegtes Forschungsprojekt zur Nachhaltigkeit hocheffizienter Energiematerialien. Mit derartigen Materialien kann zum Beispiel der Wirkungsgrad von Solarzellen im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumsolarzellen erheblich gesteigert werden. Gleichzeitig soll die Bereitstellung regenerativer Energie aber auch ressourcenschonend, ökologisch verträglich und wirtschaftlich sein.

Die Fachgebiete „Grundlagen von Energiematerialien“ „Werkstoffe der Elektrotechnik“ nehmen die Energiematerialien in den Blick. | Fotos: Michael Reichel

Zur Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische oder chemische Energie wird anspruchsvolle Halbleitertechnologie eingesetzt. Die Eigenschaften von Silizium, dem am häufigsten eingesetzten Halbleiter, sind aber für eine Anwendung in besonders hochwertigen Bauelementen nicht optimal. Sogenannte III-V-Verbindungshalbleiter haben dagegen hervorragende Eigenschaften für das gesamte Spektrum optoelektronischer Bauelemente. Dabei handelt es sich um eine Verbindung von Materialien der chemischen Hauptgruppe III (Erdmetalle/Borgruppe) und V (Stickstoff-Phosphor-Gruppe), deren Kombination die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern besitzt. Sie ermöglicht damit Rekordwerte nicht nur bei der Effizienz von Solarzellen und der direkten solaren Erzeugung von Wasserstoff, sondern auch bei der Umwandlung von Kohlendioxid in solare Brennstoffe. Allerdings ist das Gruppe-III-Element Indium rar, es findet sich so selten wie zum Beispiel Silber, und auch Gallium und Germanium kommen auf der Erde nur relativ selten vor. Ein weiteres Problem: Die Gruppe-V-Elemente Arsen und Antimon sind giftig und gesundheitsgefährdend.

Ziel: Ersatz kritischer Materialien

Ziel des SustEnMat-Projekts ist es, die kritischen, weil seltenen oder giftigen Materialien durch den verstärkten Einsatz von Aluminium und Phosphor zu reduzieren oder gar zu ersetzen. Zudem soll die Halbleitertechnologie moderner Tandem- und Mehrfachsolarzellen so optimiert werden, dass die Anwendungen für hocheffiziente Solarenergiekonversion ressourcenschonender, ökologisch verträglicher und wirtschaftlicher werden. Mit dem SustEnMat-Projekt beschleunigt die TU Ilmenau Innovationen im Bereich höchsteffizienter Photovoltaik, Wasserstofferzeugung und Synthese chemischer Energieträger und hilft, den Material- und Energieeinsatz in der Produktion zu minimieren.

Wer bezahlt das Projekt?

Die Projektförderung für SustEnMat in Höhe von knapp fünf Millionen Euro kommt von der Carl-Zeiss-Stiftung. Sie hat sich zum Ziel gesetzt, Freiräume für wissenschaftliche Durchbrüche zu schaffen. Als Partner exzellenter Wissenschaft unterstützt sie sowohl Grundlagenforschung als auch anwendungsorientierte Forschung und Lehre in den MINT-Fachbereichen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). Sie wurde 1889 vom Physiker und Mathematiker Ernst Abbe in Jena gegründet, wo sie auch heute noch einen ihrer beiden Sitze hat. Die Carl-Zeiss-Stiftung ist eine der ältesten und größten privaten wissenschaftsfördernden Stiftungen in Deutschland. Sie ist alleinige Eigentümerin der Carl Zeiss AG und Schott AG. Projekte wie SustEnMat werden aus den Dividendenausschüttungen der beiden Stiftungsunternehmen finanziert. (tl)