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Mit Quantenmechanik zu neuen Solarzellen

Verantwortlicher Autor: Karl J. Pfaff Bayreuth, 13.12.2017, 11:22 Uhr
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Bayreuth [ENA] Die Bayreuther Physikerin Dr. Linn Leppert (31) ist 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 (Calzium-Titan-Oxide), 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. 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.

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 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.

Dr. Linn Leppert 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.“ Kontakt: Dr. Linn Leppert Physikalisches Institut Universität Bayreuth Universitätsstr. 30 95447 Bayreuth Telefon: +49 (0)921 / 55-4461 www.leppert.physik.uni-bayreuth.de (P.S.)

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