Auricher Wissenschaftstage –
Forum einer dritten Kultur
Aufenthalt im Hahn-Meitner-Institut (HMI) in Berlin
vom 10. bis zum 20. März 2008
Von Wilko Neu
In den Osterferien absolvierte ich, Wilko Neu, Schüler des 11. Jahrgangs der BBS2 Aurich, ein Praktikum am Hahn-Meitner-Institut in Berlin.
Das Praktikum wurde mir dank eines Stipendiums der Auricher Wissenschaftstage ermöglicht. Es fand vom 10. bis zum 20. März 2008 statt.
Das Hahn Meitner Institut ist ein naturwissenschaftliches Forschungszentrum des Bundesministeriums für Bildung und Forschung und beschäftigt ungefähr 800 Mitarbeiter. In dem von mir besuchten Bereich „Heterogene Materialsysteme“ werden neue Arten von Solarzellen erforscht, unter anderem organische Solarzellen. Auf diesem Gebiet forscht Dr. Marin Rusu, in dessen Labor mein Praktikum stattfand und der mit alles genau erklärte.
Mit Hilfe von organischen Materialien erhoffen sich die Forscher günstigere Solarzellen, da die Herstellungs- und Materialkosten geringer als bei konventionellen Siliziumzellen sind. Jedoch treten bei organischen Solarzellen Probleme auf, die es bei normalen Siliziumzellen nicht gibt: Die organischen Materialien verändern sich bei Kontakt mit Sauerstoff und sind sehr empfindlich gegen UV Strahlung. Außerdem erreichen die bisher hergestellten Zellen einen Wirkungsgrad von rund 3%, was im Gegensatz zu Siliziumzellen mit einem Wirkungsgrad von bis zu 15% noch sehr wenig ist.
Ziel der Forscher ist es nun, Materialien und Herstellungsverfahren zu finden, um den Wirkungsgrad zu optimieren und damit auch die Zellen für industrielle Herstellung interessant zu machen.
Eine mögliche Methode der Herstellung von organischen Solarzellen ist die OVPD (Organic Vapour Phase Deposition) Methode mit CuPc (Kupfer-Phthalocanin) und C60 als organische Halbleitermaterialien.
In der OVPD-Anlage werden die organischen Materialien erhitzt und mit Stickstoff umspült, um diese dann zu den Substraten zu transportieren, wo die Materialien sich ablagern. Die komplette Bearbeitung, Transport und Messung der Solarzellen findet unter Schutzatmosphäre statt.
OVPD-Anlage zur Beschichtung von Substraten
Es gibt viele Faktoren, die den Wirkungsgrad der Zellen beeinflussen. Die Hauptarbeit der Forscher besteht darin, Zellen unter unterschiedlichen Bedingungen herzustellen, zum Beispiel die Abscheidungsrate oder Substrattemperatur zu variieren und die Leistung der Zellen zu bestimmen. Hat man einen Parameter so weit optimiert, dass gute Ergebnisse erzielt werden, wird der nächste untersucht. Von der Herstellung bis zur eigentlichen Messung dauert es mehrere Tage.
Eine besondere Bedeutung kommt der Schichtdicke der Halbleitermaterialien zu, deren Dicke im Nanometer-Bereich liegt. Diese Maße werden ständig unter dem Rasterelektronenmikroskop nachgemessen, da produktionsbedingt unterschiedliche Stärken entstehen.
REM-Aufnahme einer CuPc-Schicht auf Silizium
Wichtig ist, in welchem Wellenbereich die einzelnen Schichten das meiste Licht absorbieren. Es werden die Materialien und Schichtdicken so gewählt, dass möglichst viel Licht absorbiert wird. Um diese Wellenbereiche zu bestimmt, maß ich an einem Reflektions- und Absorptionsmessgerät die Absorption und wertete die Ergebnisse aus.
Absorption von CuPc
Besonders gefallen hat mir die umgängliche Art der Forscher und die Hilfsbereitschaft. Beeindruckt hat mich die Sauberkeit und Präzision der Arbeit, Methoden und Aufzeichnungen.
Ich bedanke mich sehr herzlich bei den Auricher Wissenschaftstagen für die Vermittlung des Praktikums, sowie ganz besonders beim Hahn-Meitner Institut, wo sich Herr Dr. Marin Rusu und Herr Sven Wiesner sehr viel Zeit für mich nahmen.