Mit Quan­ten­me­cha­nik zu neu­en Solar­zel­len: For­schungs­preis für Bay­reu­ther Physikerin

Symbolbild Bildung

Für ihre For­schungs­ar­bei­ten zu neu­ar­ti­gen Solar­zell-Mate­ria­li­en ist die Bay­reu­ther Phy­si­ke­rin Dr. Linn Lep­pert (31) mit dem For­schungs­preis des DFG-Gra­du­ier­ten­kol­legs „Foto­phy­sik syn­the­ti­scher und bio­lo­gi­scher mul­ti­chro­mo­pho­rer Syste­me“ aus­ge­zeich­net wor­den. Bei den Solar­zell-Mate­ria­li­en han­delt es sich um Hybrid-Halo­ge­nid-Perow­ski­te, mit denen sich über­ra­schend hohe Effi­zi­enz­gra­de bei der Umwand­lung von Licht in Strom erzie­len las­sen. Um die elek­tro­ni­sche Struk­tur und Dyna­mik die­ser sehr kom­ple­xen Fest­kör­per mit hoher Genau­ig­keit zu berech­nen, nutzt die Bay­reu­ther Wis­sen­schaft­le­rin quan­ten­me­cha­ni­sche Metho­den der Dich­te­funk­tio­nal­theo­rie und der Vielteilchenstörungstheorie.

Von Ber­ke­ley zurück nach Bayreuth

In sei­ner Lau­da­tio beton­te Prof. Dr. Chri­sti­an Laforsch, Vize­prä­si­dent der Uni­ver­si­tät Bay­reuth für den Bereich For­schung und wis­sen­schaft­li­cher Nach­wuchs, dass die Preis­trä­ge­rin „aus­ge­spro­chen anspruchs­vol­le theo­re­ti­sche Metho­den zur Klä­rung von Fra­gen mit unmit­tel­ba­rem Anwen­dungs­be­zug und in gro­ßer Nähe zum Expe­ri­ment zum Ein­satz bringt.“ Gro­ße Tei­le ihrer For­schungs­ar­bei­ten hat sie nach ihrer Bay­reu­ther Pro­mo­ti­on als Post­dok­to­ran­din am Law­rence Ber­ke­ley Natio­nal Labo­ra­to­ry in den USA durch­ge­führt. Hier­für erhielt sie ein Feo­dor Lynen-For­schungs­sti­pen­di­um der Alex­an­der von Hum­boldt-Stif­tung. Seit ihrer Rück­kehr an die Uni­ver­si­tät Bay­reuth lei­tet sie eine Pro­jekt­grup­pe im Son­der­for­schungs­be­reich 840 „Von par­ti­ku­lä­ren Nano­sy­ste­men zur Meso­tech­no­lo­gie“. „Hier ver­su­chen wir die elek­tro­ni­sche Struk­tur schon bekann­ter Solar­zell-Mate­ria­li­en zu ver­ste­hen und dar­aus Prin­zi­pi­en für das Design neu­er, ener­gie­ef­fi­zi­en­ter Mate­ria­li­en abzu­lei­ten. Auch für die­se inter­dis­zi­pli­nä­ren Arbei­ten im Grenz­be­reich zwi­schen Phy­sik und Che­mie ist die Viel­teil­chen­stö­rungs­theo­rie unent­behr­lich“, erklärt Dr. Linn Leppert.

Von bio­lo­gi­schen Syste­men lernen

Ab Janu­ar 2018 wird sie an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth eine Nach­wuchs­grup­pe im Eli­tenetz­werk Bay­ern (ENB) lei­ten. Hier ste­hen bio­lo­gi­sche Syste­me im Vor­der­grund, die Pho­to­syn­the­se betrei­ben und dadurch che­mi­sche Ener­gie aus Son­nen­licht gewin­nen. Von beson­de­rem Inter­es­se sind Pur­pur­bak­te­ri­en. „Wir wis­sen schon viel dar­über, wie es die­sen Bak­te­ri­en gelingt, die Licht­ener­gie durch Pig­ment­mo­le­kü­le auf­zu­neh­men und in Reak­ti­ons­zen­tren zu über­tra­gen, wo die Pho­to­syn­the­se beginnt. Die mei­sten der bis­he­ri­gen Berech­nun­gen beru­hen aller­dings auf Modell­vor­stel­lun­gen, die der Kom­ple­xi­tät der phy­si­ka­li­schen Vor­gän­ge nicht immer gerecht wer­den. Quan­ten­me­cha­ni­sche Ver­fah­ren, mit denen sich die Anre­gungs­en­er­gien selbst in gro­ßen Pig­ment­mo­le­kü­len berech­nen las­sen, wer­den uns deut­lich prä­zi­se­re Erkennt­nis­se ermög­li­chen“, sagt die preis­ge­krön­te Phy­si­ke­rin und ergänzt: „Auf dem Bay­reu­ther Cam­pus steht uns für die­se umfang­rei­chen Rechen­lei­stun­gen eine sehr lei­stungs­star­ke IT-Infra­struk­tur zur Ver­fü­gung.“ Sie ist zuver­sicht­lich, dass die ange­streb­ten Erkennt­nis­se zur Absorp­ti­on und Ver­wer­tung von Licht­ener­gie in der Natur, sei es in Bak­te­ri­en oder Pflan­zen, die Ent­wick­lung hoch­ef­fi­zi­en­ter Solar­zell-Mate­ria­li­en beschleu­ni­gen kön­nen: „Die­se Mate­ria­li­en wer­den sich mög­li­cher­wei­se durch Eigen­schaf­ten aus­zeich­nen, die den heu­te noch ver­wen­de­ten Solar­zel­len aus Sili­zi­um feh­len. Von natür­li­chen Syste­men zu ler­nen, um künst­li­che Syste­me für die Gewin­nung und Nut­zung erneu­er­ba­rer Ener­gien zu ent­wickeln, ist eine span­nen­de Vision.“

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