JGU erhält moderne Computersysteme im Wert von 450.000 US-Dollar / Computersimulationen sollen Wirkungsgrad von Solarzellen verbessern
12.02.2010
Die Firma IBM hat einen weltweit ausgeschriebenen Preis an die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) vergeben, um damit die Forschungsarbeiten von Prof. Dr. Claudia Felser für die Verbesserung von Solarzellen zu unterstützen. Im Rahmen einer Feierstunde nahm Felser den IBM Shared University Research (SUR) Grant Wissenschaftspreis entgegen. Mit der Auszeichnung stellt IBM der Universität hochmoderne Computersysteme im Wert von rund 450.000 US-Dollar zur Verfügung. Die Rechner dienen für Computermodellierungen, um neue Materialien für Solarzellen zu erforschen, die den Wirkungsgrad der Photovoltaik erhöhen und gleichzeitig schädliche Inhaltsstoffe vermeiden. Bei der Feier betonten Bundeswirtschaftsminister Rainer Brüderle und die rheinland-pfälzische Wissenschaftsministerin Doris Ahnen die große Bedeutung universitärer Forschung und deren Kopplung mit außeruniversitären Partnern, um zukunftsweisende Technologien voranzutreiben.
"Heute geht von Mainz ein starkes Signal aus: Deutschlands Forscher sind Spitze. Unsere Hochschulen können sich weltweit sehen lassen. Zu diesem Erfolg gratuliere ich herzlich. Frau Prof. Felser forscht über eine echte Zukunftstechnologie. Dank ihrer Arbeit kann die Produktivität von Solarzellen erhöht werden", so der Bundesminister für Wirtschaft und Technologie, Rainer Brüderle.
Nach den Worten der rheinland-pfälzischen Wissenschaftsministerin Doris Ahnen sieht die Landesregierung in Wissenschaft, Forschung und Technologie und im Wissenstransfer entscheidende Grundlagen für die Zukunft: "Forschung und Entwicklung an Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen sind die Basis für Wettbewerbsfähigkeit, soziale Sicherheit und Wohlstand einer modernen Volkswirtschaft. Die Forschungs- und Innovationspolitik des Landes Rheinland-Pfalz schlägt daher eine Brücke von der Förderung der Grundlagenforschung über die angewandte Forschung bis zu deren Umsetzung im Innovationsprozess. In den glücklichsten Fällen manifestiert sich dies an Personen, wie Frau Professor Felser!"
IBM schreibt den SUR Grant Wissenschaftspreis zwei- bis dreimal jährlich aus, um die Kooperation mit Forschungseinrichtungen weltweit zu unterstützen. Die Vergabe an die JGU basiert auf einer fast 15-jährigen Zusammenarbeit zwischen IBM und Prof. Dr. Claudia Felser, einer herausragenden Expertin auf dem Gebiet des computergestützten Materialdesigns. In ihrer Arbeitsgruppe am Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie arbeiten Forscher seit zwei Jahren an der Computermodellierung von Dünnschicht-Solarzellen, um den Wirkungsgrad zu verbessern und den Anteil umweltschädlicher und seltener Elemente wie Cadmium und Indium zu verringern.
Prof. Dr. Johannes Windeln, Materialwissenschaftler bei der IBM, der das Projekt mit der JGU leitet, betont dessen Wichtigkeit: "Mit dieser Technologie unterstützen wir den Umstieg von konventionellen hin zu erneuerbaren Energien und helfen damit, die kommenden Herausforderungen auf dem Energiesektor besser zu meistern. Mit dieser Schenkung an die Universität Mainz ist ein Weltrekord auf dem Gebiet der Dünnschichtsolarzellen in greifbare Nähe gerückt." Windeln hat bereits im IBM Forschungslabor Rüschlikon wichtige Forschungsprojekte im Bereich Halbleitertechnologie geleitet.
"Auch wenn Universitäten zuallererst ein Ort der Grundlagenforschung sind, so sind wir dennoch gesellschaftlich dazu verpflichtet, unsere Erkenntnisse der Gesellschaft zur Verfügung zu stellen, wo immer sich das anbietet", erklärt der Präsident der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Prof. Dr. Georg Krausch. "Claudia Felser – eine unserer herausragenden Spitzenforscherinnen – gelingt es geradezu beispielhaft, die Brücke zwischen Grundlagenforschung und Anwendung der Forschungsergebnisse zu schlagen. Ich freue mich daher sehr über die Auszeichnung, die Frau Professor Felser und der Universität insgesamt zugutekommt."
Die Forschungsarbeiten unter der Leitung von Dr. Thomas Gruhn konzentrieren sich auf CIGS-Solarzellen, die nur wenige Mikrometer dick sind und bisher schon einen Wirkungsgrad von knapp 20 Prozent aufweisen. Sie lassen sich kostengünstig und mit geringem Energie- und Materialbedarf herstellen. Weil sie so dünn und daher auch leicht und flexibel sind, können sie auf Kleidungsstücken oder Zeltplanen aufgebracht werden. Nachteil ist allerdings, dass bisher noch kein geeignetes Material gefunden wurde, um das umweltbelastende Schwermetall Cadmium in diesen Solarzellen zu ersetzen. Die Hoffnung der Mainzer Gruppe richtet sich auf einen Ersatzstoff aus sogenannten Halb-Heusler-Verbindungen. Halb-Heusler-Verbindungen und die strukturell ähnlichen Heusler-Materialien sind intermetallische Verbindungen aus drei Elementen, die eine kubische Kristallstruktur bilden. Felser ist eine der weltweit führenden Spezialistinnen auf diesem Gebiet.
Die neuen Rechenmöglichkeiten erlauben es, die Suche nach dem optimalen Material auf weitere Kandidaten auszudehnen und deren Verhalten mithilfe von Computermodellierungen vorherzusagen, noch bevor sie im Labor getestet werden. Ein weiteres Ziel ist es, die Effizienz der Dünnfilm-Solarzellen zu erhöhen. Hierbei geben die CIGS-Solarzellen den Wissenschaftlern ein seit Jahren ungeklärtes Rätsel auf: das Indium-Gallium-Rätsel. Das Verhältnis der beiden Elemente zueinander ist für den Wirkungsgrad der Solarzellen entscheidend. Solarzellen mit einem größeren Anteil von Indium zeigen in der Praxis einen besseren Wirkungsgrad als Solarzellen mit höherem Gallium-Anteil – ganz entgegen den rechnerischen Erwartungen der Wissenschaftler. Warum das so ist, können vielleicht schon bald neue Computersimulationen erklären. Dann wäre es möglich, den bisher schon guten Wirkungsgrad der CIGS-Solarzellen noch weiter zu erhöhen.
IBM und die Johannes Gutenberg-Universität Mainz arbeiten an der Verbesserung von Dünnschicht-Solarzellen in einem Forschungsprojekt des Bundesumweltministeriums zusammen, an dem außerdem die Schott AG in Mainz, das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie und die Universität Jena beteiligt sind. Als eine Schlüsseltechnologie soll die Photovoltaik dazu beitragen, den Anteil erneuerbarer Energien am gesamten Stromverbrauch in den nächsten zehn Jahren auf mindestens 20 Prozent zu steigern. "Wir hoffen, dass wir mit unseren Arbeiten zu diesem Ziel einen entscheidenden Beitrag liefern können", so Felser anlässlich der Vergabe des IBM-Wissenschaftspreises.
Claudia Felser ist seit 2003 Professorin an der JGU und befasst sich am Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie sowohl mit neuen Materialien für die Computertechnologie als auch mit Hochtemperatur-Supraleitern. Sie ist Sprecherin der DFG-Forschergruppe "Neue Materialien mit hoher Spinpolarisation" und Direktorin der Graduiertenschule "Materials Science in Mainz", die in der Bundesexzellenzinitiative erfolgreich war. Für die Einrichtung eines Schülerlabors an der Universität hat sie den Landesverdienstorden von Rheinland-Pfalz erhalten. Im Herbst 2009 bekam sie für die Erforschung von Werkstoffen in der Spintronik eine der renommiertesten internationalen Ehrungen auf dem Gebiet des Magnetismus: die Auszeichnung als Distinguished Lecturer durch die US-amerikanische Fachgesellschaft IEEE Magnetics Society. Derzeit hält sich die Wissenschaftlerin zu besonderen Forschungsarbeiten an der Stanford University in Kalifornien in den USA auf.
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