Orga­ni­sche Solar­zel­len haben Zukunft: Bay­reu­ther Phy­si­ker erhält Preis für her­aus­ra­gen­de For­schungs­ar­bei­ten

Bay­reu­ther Phy­si­ker Frank-Juli­an Kah­le erhält Pro­mo­ti­ons­preis

Der Bay­reu­ther Phy­si­ker Dr. Frank-Juli­an Kah­le (31) ist für sei­ne For­schungs­ar­bei­ten zu orga­ni­schen Solar­zel­len mit dem Pro­mo­ti­ons­preis des Bay­reu­ther DFG-Gra­du­ier­ten­kol­legs “Foto­phy­sik syn­the­ti­scher und bio­lo­gi­scher mul­ti­chro­mo­pho­rer Syste­me” aus­ge­zeich­net wor­den. In sei­ner Dok­tor­ar­beit hat er grund­le­gen­de phy­si­ka­li­sche Erkennt­nis­se erzielt, die zu einer höhe­ren Ener­gie-Effi­zi­enz orga­ni­scher Solar­zel­len bei­tra­gen. Der Preis ist mit 2.000 Euro dotiert und wür­digt exzel­len­te For­schungs­lei­stun­gen von Absol­ven­tin­nen und Absol­ven­ten des Gra­du­ier­ten­kol­legs.

Orga­ni­sche Solar­zel­len bestehen in der Regel aus einem elek­tro­nen­rei­chen und einem elek­tro­nen­ar­men Mate­ri­al. Wenn Licht absor­biert wird, bil­den sich an der Grenz­flä­che die­ser Mate­ria­li­en soge­nann­te Ladungs­trans­fer­zu­stän­de (Char­ge Trans­fer Sta­tes, CTS). Die­se spal­ten sich auf in nega­ti­ve Ladungs­trä­ger (Elek­tro­nen) und posi­ti­ve Ladungs­trä­ger (Löcher), so dass elek­tri­scher Strom fließt. Der Bay­reu­ther Preis­trä­ger hat die­se Pro­zes­se in bis­her uner­reich­ter wis­sen­schaft­li­cher Tie­fe ana­ly­siert und dabei auch ihre Abhän­gig­keit von den Struk­tu­ren der ver­wen­de­ten Mate­ria­li­en unter­sucht. Dadurch konn­te er die in der Fach­welt gän­gi­ge Inter­pre­ta­ti­on von Ladungs­trans­fer­zu­stän­den und dem damit ver­bun­de­nen Ladungs­trans­fer an Grenz­flä­chen revi­die­ren. „Orga­ni­sche Solar­zel­len haben, wie jüng­ste Ver­öf­fent­li­chun­gen und auch mei­ne eige­ne Dis­ser­ta­ti­on zei­gen, ein viel­ver­spre­chen­des Poten­zi­al, das noch kei­nes­wegs aus­ge­schöpft ist. In die­ser Rich­tung soll­te die Erfor­schung und Ent­wick­lung von Solar­zel­len mit Nach­druck wei­ter vor­an­ge­trie­ben wer­den”, erklär­te Dr. Frank-Juli­an Kah­le anläss­lich der Preis­ver­lei­hung.

Von prak­ti­scher Bedeu­tung für den Erfolg der For­schungs­ar­bei­ten war ins­be­son­de­re auch die Zusam­men­ar­beit mit der poly­mer­wis­sen­schaft­li­chen For­schungs­grup­pe von Prof. Dr. Peter Stroh­riegl, die ver­netz­ba­re Mate­ria­li­en für den Solar­zel­len­bau zur Ver­fü­gung stell­te. Die Ver­net­zung von Mole­kü­len erhöht die Lang­zeit­sta­bi­li­tät der Solar­zel­len, indem Mate­ri­al­dif­fu­si­on ver­rin­gert wird. Ent­spre­chend konn­te Kah­le auch nach­wei­sen, wie sich die Dif­fu­si­ons­ko­ef­fi­zi­en­ten elek­tro­nen­ar­mer Mole­kü­le quan­ti­ta­tiv bestim­men las­sen. In ihrer Lau­da­tio wür­dig­te Prof. Dr. Anna Köh­ler einen wei­te­ren Aspekt der Dis­ser­ta­ti­on: den Bau eines allein durch Licht schalt­ba­ren Tran­si­stors: „Dr. Frank-Juli­an Kah­le hat licht­kon­trol­lier­te logi­sche Ope­ra­to­ren gebaut, die sich hin­ter­ein­an­der schal­ten las­sen und es ermög­li­chen, kom­ple­xe Befeh­le durch Licht­si­gna­le zu steu­ern. Dies ist eine sehr viel­ver­spre­chen­de Ent­wick­lung, die in Zukunft wei­ter ver­tieft wer­den soll­te”, beton­te die Bay­reu­ther Expe­ri­men­tal­phy­si­ke­rin, die die preis­ge­krön­te Dok­tor­ar­beit betreut hat.

Dr. Frank-Juli­an Kah­le hat für sei­ne Pro­mo­ti­on in der Bay­reu­ther Gra­du­ier­ten­schu­le für Mathe­ma­tik und Natur­wis­sen­schaf­ten (Bay­NAT) nur drei­ein­halb Jah­re benö­tigt und dabei eine außer­ge­wöhn­li­che wis­sen­schaft­li­che Pro­duk­ti­vi­tät ent­fal­tet: Er ver­öf­fent­lich­te in die­sem Zeit­raum zehn wis­sen­schaft­li­che Fach­bei­trä­ge, davon sechs als Erst­au­tor. Zugleich erhielt er Poster­prei­se auf nam­haf­ten inter­na­tio­na­len Fach­kon­fe­ren­zen. Dar­über hin­aus hat er wäh­rend sei­ner Pro­mo­ti­on zwei Bache­lor- und drei Master­stu­die­ren­de wis­sen­schaft­lich betreut.

Der Preis­trä­ger hat das Johann-Chri­sti­an-Rein­hart-Gym­na­si­um in Hof besucht und schon im Alter von zwölf Jah­ren an den ersten Mathe­ma­tik Olym­pia­den teil­ge­nom­men. Nach sei­nem Abitur mit der Note 1,0 ver­pflich­te­te er sich frei­wil­lig für vier­zehn Mona­te bei der Bun­des­wehr und erhielt am Ende sei­ner Dienst­zeit eine Ehren­me­dail­le. Beim anschlie­ßen­den Stu­di­en­be­ginn an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth wur­de er in das Max Weber-Pro­gramm des Eli­tenetz­werks Bay­ern auf­ge­nom­men. Auf den Bache­lor-Abschluss im Fach Phy­sik folg­te das Phy­sik-Master­stu­di­um, par­al­lel dazu absol­vier­te Kah­le das Bay­reu­ther Stu­di­en­pro­gramm „Macro­mole­cu­lar Sci­ence” im Eli­tenetz­werk Bay­ern.