Transparent, leitend, ressourcenschonend
Carl-Zeiss-Stiftung fördert Konstanzer Forschungskonsortium mit einer Million Euro.
Viele technische Geräte haben Bauteile, die seltene chemische Elemente enthalten. Die Entwicklung von neuen Materialien, die genauso gut oder sogar besser sind, aber ohne diese seltenen und teuren Elemente auskommen, stellt eine große wissenschaftliche Herausforderung und gleichzeitig einen Schlüsselschritt für die Entwicklung zukünftiger Produkte dar. Ein konkretes Beispiel sind optisch transparente und gleichzeitig elektrisch leitende Beschichtungen, die unter anderem für Displays von Handys, in Flachbildschirmen, aber auch Solarzellen nötig sind. An der Universität Konstanz hat sich ein Forschungskonsortium gebildet, das sich zum Ziel gesetzt hat, in entsprechenden Materialien wie Indium-Zinn-Oxid (ITO) das seltene Indium zu ersetzen, ohne dass das Material an positiven Eigenschaften einbüßt. Unter dem Titel Ressourcenschonende Wege zu leitfähigen Filmen für neue Anwendungen in energietechnologisch relevanten Systemen, REFINE, fördert die Carl-Zeiss-Stiftung das Konsortium über einen Zeitraum von vier Jahren mit bis zu einer Million Euro.
Das Display eines Handys funktioniert, indem es durch eine angelegte elektrische Spannung optische Signale erzeugt. Ähnlich funktionieren Solarzellen, dabei muss der obere Kontakt lichtdurchlässig sein, sodass Strom fließen und gleichzeitig Licht in das Gerät kommt. Sowohl die Sichtbarkeit der Anzeige auf Displays bzw. die Lichtdurchlässigkeit auf Solarzellen als auch die Leitfähigkeit von Strom werden durch eine unsichtbare Beschichtung, einen Film, bewirkt, der transparent und elektrisch leitfähig ist. Leitfähige transparente Schichten sind in vielen Bereichen relevant. „Wir nehmen uns ein zentrales Gebiet vor“, erläutert Sebastian Polarz als Sprecher von REFINE, „indem wir uns mit Materialien beschäftigen, die häufig vorkommende Elemente enthalten und somit ressourcenschonend sind, die aber dennoch die gleichen Eigenschaften haben wie zum Beispiel ITO-Materialien.“
Solche häufig vorkommenden Elemente sind beispielsweise Kohlenstoff, Aluminium, Zink oder Titan. Wird beispielsweise in Zinkoxid ein Zink-Atom durch ein Aluminium-Atom ersetzt, bleiben die gewünschten Eigenschaften erhalten , aber nur dann, wenn das Aluminium-Atom genau den richtigen Platz einnimmt. „In der Grundlagenforschung ist zu diesem Thema noch sehr viel zu tun. Wir werden versuchen einen Grundstein zu legen“, sagt der Chemiker Polarz. Gedacht wird jedoch längerfristig – von der Grundlagenforschung über die angewandte Forschung bis hin zur industriellen Applikation. Am Ende sollen Innovationsimpulse für die Produktion industrieller Produkte stehen.
Zu Beginn verfügt das Konsortium über vier Kernkompetenzen. Der Arbeitsbereich des Physikers Lukas Schmidt-Mende beschäftigt sich mit nanostrukturierten Solarzellen. Giso Hahn soll mit seiner Solarzellenforschung die Brücke zur industriellen Anwendung schlagen. Der Stefan Mecking ist mit Untersuchungen zu leitfähigen, organischen Polymeren mit dabei, und Sebastian Polarz selbst widmet sich oxydischen Halbleitermaterialien. Die Carl-Zeiss-Stiftung finanziert zunächst vier interdisziplinär betreute Doktorarbeiten, deren Zahl mit der geplanten Erweiterung durch weitere Arbeitsbereiche auf bis zu zehn aufgestockt werden soll. Dazu können sich weitere Arbeitsgruppen und auch Industrieunternehmen an das Konsortium anschließen, wozu auch eine so genannte Seed-Finanzierung zur Initiierung von Forschungsprojekten zur Verfügung gestellt werden kann.
U. Konstanz / OD
