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Solarzellen effizienter machen

Physikprofessor Klaus Lips eröffnet an diesem Donnerstag neues Labor in Adlershof / Kooperation von Freier Universität und Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie

11.04.2013

Der Physiker Klaus Lips entwickelt in Berlin-Adlershof neue Technologien für die Energiewende.
Der Physiker Klaus Lips entwickelt in Berlin-Adlershof neue Technologien für die Energiewende. Bildquelle: Bianca Schröder

Dunkelblau glitzern sie auf den Dächern vieler Privathäuser, Bürogebäude oder öffentlicher Einrichtungen: Solarmodule aus Silizium, die Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. Wie dies noch effektiver geschehen kann, untersucht Klaus Lips, Physiker am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie und Professor für „Analytik für die Photovoltaik“ an der Freien Universität Berlin. An diesem Donnerstag eröffnet er gemeinsam mit seinen Kollegen Professor Robert Bittl und Professor Thomas Risse von der Freien Universität das Berlin Joint EPR-Lab – kurz: BeJEL. In dem Zusammenschluss von mehreren Laboren sollen unter anderem die physikalischen Prozesse analysiert werden, die in Solarzellen ablaufen.

Dass Klaus Lips in Adlershof gelandet ist, hat mit den Zufällen zu tun, die das Leben bestimmen. Bis Mitte der Neunzigerjahre war der gebürtige Hesse „kein großer Berlin-Fan", wie er sagt. Damals hatte er als Physiker eine Postdoc-Stelle in den USA, genoss das Land und sein neues Hobby: das Fliegen. Kurzzeitig überlegte Lips sogar, Pilot zu werden. Seine Pläne änderten sich abrupt, als sein Doktorvater  Walther Fuhs 1995 einen Ruf an das Hahn-Meitner-Institut in Adlershof annahm, um dort ein Photovoltaikinstitut zu leiten. Und Lips eine Stelle anbot. Damit fiel für Lips die Entscheidung für die Forschung – und für Berlin: „Mein erster Besuch fiel in die Zeit, als Christo den Reichstag verhüllt hat. Diese spannende Stadt und das Potenzial von Adlershof – wo es damals allerdings noch chaotisch aussah – haben mich fasziniert.“

Atomare Unordnung ordnen

Chaotisch sieht es heute in Adlershof nicht mehr aus, das Potenzial des Berliner Ortsteils hat Lips richtig eingeschätzt. Mit seinen Kollegen am Helmholtz-Zentrum will er dort die Forschung an Dünnschichtsolarzellen und Materialien für die Katalyse gemeinsam vorantreiben. Dünnschichtsolarzellen bestehen zwar wie herkömmliche Solarzellen aus Silizium, allerdings nicht wie diese aus zentimetergroßen Siliziumkristallen, sondern aus dem gleichen Element in seiner polykristallinen oder amorphen Form.

Sie sind günstig herzustellen, ihre Leistungskraft ist aber durch die Unordnung auf atomarer Ebene deutlich geringer. Mithilfe einer ultrahochempfindlichen Spektroskopie – der sogenannten Elektronenparamagnetischen Resonanz – wollen Lips und seine Kollegen neue Erkenntnisse über das Siliziummaterial gewinnen. Wie das gehen kann, scheint grundsätzlich schon klar: „Man muss dafür sorgen, dass Imperfektionen oder Instabilitäten im Atomgefüge der Solarzellen so gering wie möglich gehalten werden“, sagt Lips. Schließlich könnten diese  den Stromfluss beeinflussen.

Herstellungsprozesse von Solarzellen verbessern

Die Elektronenparamagnetische Resonanz ist Lips zufolge für die erforderlichen Untersuchungen besonders vielversprechend: Der Wirkungsgrad von Solarzellen wird häufig durch Defekte auf atomarer Ebene eingeschränkt, die während des Herstellungsprozesses entstehen – etwa winzige Verunreinigungen des Materials, die zu Fehlern im Aufbau ultradünner Schichten für Solarzellen führen. Diese Fehler können mithilfe der Elektronenparamagnetischen Resonanz ermittelt werden, durch die Fehleranalyse können die Herstellungsprozesse von Solarzellen verbessert werden.

Schon im Studium Interesse an Photovoltaik

Für die Photovoltaik interessiert sich Lips seit vielen Jahren: Während seines Studiums und der Promotion an der Universität Marburg befasste er sich mit Solarzellen aus amorphem Silizium, danach ging er als Postdoc ans National Renewable Energy Laboratory in Colorado. 1996 kam Lips ans Hahn-Meitner-Institut, das sich 2008 mit der BESSY GmbH zum Helmhotz-Zentrum Berlin zusammenschloss. Dort ist Lips heute unter anderem wissenschaftlicher Leiter des Großprojektes EMIL, bei dem das Helmholtz-Zentrum  gemeinsam mit der Max-Planck-Gesellschaft ein neues Forschungslabor für Energiematerialien an der Synchrotronquelle BESSY II aufbaut.

Forschung trotz Krise am Solarmarkt

Lips ist optimistisch, dass die großen Wissenschaftseinrichtungen auch weiterhin in die Photovoltaik-Forschung investieren werden, trotz der Krise am Solarmarkt. „Die Helmholtz-Gemeinschaft engagiert sich stark in der Energieforschung, und das hat ja seinen Grund: Die Energiewende muss schließlich getragen werden von neuen Ideen, neuen Technologien“, sagt er.

Neben der Lehre und Forschung an der Freien Universität wird der Physiker am Helmholtz-Zentrum wirken. Der Tätigkeit an beiden Einrichtungen gewinnt er viele positive Aspekte ab: „Ich lehre gern und freue mich darauf, mein Wissen weiterzugeben. Gleichzeitig ermöglicht mir der Kontakt zu den Studierenden, Nachwuchs für die Forschung zu gewinnen“, sagt Lips.

Er und sein Team werden im Berlin Joint EPR Lab unter anderem neue Katalysatoren erforschen, mit deren Hilfe fluktuierende Energien wie Sonne und Wind in Form von Wasserstoff gespeichert werden können. Bei diesem Vorhaben werde die Zusammenarbeit von Forschern des Helmholtz-Zentrums und der Freien Universität besonders gewinnbringend sein, sagt Lips: „Wir haben viele Anknüpfungspunkte, bei denen wir einander unterstützen.“