Perowskite - Grundlagen und Anwendungen
Belastungen im Physikstudium
Im Gedenken
Sommerlesetipps
Seit einigen Jahren machen Perowskite als neue Klasse von Halbleitermaterialien von sich reden, vor allem in der Photovoltaik.
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Physik Journal 7 / 2024
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Meinung
Aktuell
• 7/2024 • Seite 6
Quanten voraus!
Die Vereinten Nationen rufen für 2025 das Internationale Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie aus.
• 7/2024 • Seite 7 • DPG-Mitglieder
Neue Dimension für österreichische Physik
Am 4. Juni startete mit dem Spatenstich der Bau des Graz Center of Physics.
• 7/2024 • Seite 8 • DPG-Mitglieder
Über den Wolken
Ende Mai startete der europäisch-japanische Umweltsatellit EarthCARE.
• 7/2024 • Seite 10 • DPG-Mitglieder
Präsidialer Besuch in Dresden
Im Rahmen eines Staatsbesuchs wurde am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme in Dresden ein Memorandum of Understanding unterzeichnet.
• 7/2024 • Seite 11 • DPG-Mitglieder
Wer führt wo?
Das Centrum für Hochschulentwicklung hat untersucht, wie heterogen Führungskräfte an Hochschulen sind.
• 7/2024 • Seite 11 • DPG-Mitglieder
Satelliten auf dem Laserradar
Vor fünfzig Jahren haben Forschende auf dem Telegrafenberg erstmals einen Satelliten mittels eines Lasers angepeilt.
• 7/2024 • Seite 12 • DPG-Mitglieder
Voyager 1 sendet wieder
Dank einer Umprogrammierung sendet die Sonde Voyager 1 wieder sinnvolle Daten aus einer Entfernung von rund 24 Milliarden Kilometern.
• 7/2024 • Seite 12 • DPG-Mitglieder
Nachhaltige Raumfahrt
Zwölf Nationen haben die „Zero Debris Charta“ unterzeichnet.
• 7/2024 • Seite 13 • DPG-Mitglieder
Zeit für neue Ideen
Verschiedene Stellungnahmen zum nächsten Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Union fordern teils massive Änderungen im Vergleich zu Horizon Europe.
• 7/2024 • Seite 14 • DPG-Mitglieder
Spektakuläre Bilder und beeindruckende Daten
Die ESA-Mission Euclid hat mit den „Early Release Observations“ verschiedene astronomische Objekte in den Blick genommen.
• 7/2024 • Seite 15 • DPG-Mitglieder
Mit Matheproblemen rechnen
Die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (acatech) hat die Leistungen von Schülerinnen und Schülern im Fach Mathematik untersucht.
7/2024 • Seite 15 • DPG-Mitglieder
Rechenmacht in grün
Zwei deutsche Superrechner gehören zu den zehn energieeffizientesten der Welt.
• 7/2024 • Seite 16 • DPG-Mitglieder
USA: ExoMars macht mobil; Bröckelnde Infrastruktur; Planungsstopp am Südpol
High Tech
Brennpunkt
Geschichte
• 7/2024 • Seite 22 • DPG-MitgliederLudwig Richard Apt (1876 – 1945)
Der Physiker machte Karriere in der Kabelindustrie. Die Emigration bewahrte ihn nicht vor der Deportation.
Ludwig Richard Apt war das älteste von vier Kindern des jüdischen Ehepaares Siegmund [Samuel] Apt und dessen Frau Martha geb. Ebstein. Während die mütterliche Seite in Berlin ansässig war, lebte die väterliche Familie seit mehreren Generationen in Kempen (Provinz Posen), einem Ort, in dem im 19. Jahrhundert zeitweise mehr als die Hälfte der 3000 Einwohner Juden waren.
Siegmund Apt war seit spätestens 1869 in Hamm in Westfalen als Kaufmann tätig. Dort kam Ludwig Richard am 15. Januar 1876 zur Welt. Die Familie zog bald nach Berlin, wo sie sich um drei weitere Kinder vergrößerte: Ernst Bruno, Johanna und Charlotte. Unter der als Inhaberin geführten Ehefrau wurde die Firma „M. Apt“ gegründet, die zunächst mit Blech und Eisenwaren handelte. Das bescherte der Familie einen Wohlstand, der auch den Erwerb eines Sommerhauses im Harz möglich machte.
Richard Apt begann nach neun Jahren auf dem Berliner Friedrichs-Gymnasium 1893 an der Berliner Universität mit dem Studium der Physik, Mathematik, Chemie und Philosophie, wo er noch zu den Hörern des im Folgejahr verstorbenen August Kundt gehörte. Das Sommersemester 1894 verbrachte er in Freiburg. Dort besuchte er unter anderem Vorlesungen von Emil Warburg. Damals konnte er noch nicht wissen, dass er bei der Fortsetzung seines Studiums in Berlin wieder auf Warburg als Nachfolger von Kundt treffen würde, der dann auch sein Doktorvater werden sollte. Bei Apts Dissertation handelte es sich um die experimentelle Untersuchung einer schon „von Hertz angegebenen und von Lecher vervollkommneten Anordnung“ zur Erzeugung elektrischer Drahtwellen, mit der sich deren Wellenlängen bestimmen ließ. Warburg bewertete die Arbeit in seinem Gutachten vom 19. Januar 1897 mit „eruditionis documentum probabile“ („voraussichtlich ein Nachweis von Gelehrsamkeit“) und beantragte die Zulassung zur Prüfung. Max Planck, den Apt in der Würdigung seiner Lehrer neben Warburg noch besonders hervorgehoben hatte, schloss sich dem ohne weiteren Kommentar am 28. Januar an. (...)
Überblick
• 7/2024 • Seite 25 • DPG-MitgliederPerowskite im Rampenlicht
Dieser Artikel beleuchtet die außergewöhnlichen Eigenschaften
dieses neuartigen Halbleiters.
Halbleiter sind seit 50 Jahren ein fester Bestandteil des menschlichen Alltags. Eine Entwicklung, die mit sperrigen Transistoren in Radios begann, findet heute Einzug in praktisch alle uns umgebenden Technologien, beispielsweise Leuchtdioden, Displays, Haushaltsgeräte, Autos, Computer oder Solarzellen. Zurzeit dominieren kristalline anorganische Halbleiter den Markt, doch auch neuartige Dünnschicht-Halbleitermaterialien finden mittlerweile vermehrt Anwendungsbereiche.
Seit einigen Jahren macht eine neue Klasse von Halbleitermaterialien von sich reden, vor allem im Zusammenhang mit der Photovoltaik: die Perowskite. Nach etwa einem Jahrzehnt intensiver Forschung erreichen diese nun Wirkungsgrade, welche gleichauf sind mit denen von einkristallinem Silizium und diejenigen etablierter Dünnschichttechnologien (etwa organische, CdTe- oder CIGS-basierte Solarzellen) sogar übertreffen. Aber nicht nur für Solarzellen besitzen Perowskite vielversprechende Eigenschaften. Die potenziellen Anwendungen erstrecken sich auch auf Bereiche wie Leuchtdioden, Feldeffekttransistoren oder Röntgendetektoren. Aufgrund der vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten und den aufsehenerregenden Bauteileffizienzen befinden wir uns in einem regelrechten Perowskit-Boom. So gab es etwa in den letzten beiden Jahren täglich im Schnitt mehr als 30 Publikationen. Auch Forschende in Deutschland beteiligen sich federführend an diesem Forschungsfeld, beispielsweise im DFG-Schwerpunktprogramm „Perowskit-Halbleiter: Von grundlegenden Eigenschaften zu Bauelementen“ (www.perovskite-research.de).
Aber es bleibt noch viel zu entdecken über diese außergewöhnliche Materialklasse und ihre vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten. In zwei Artikeln möchten wir daher das Forschungsfeld der Perowskite beleuchten. Während es im ersten Teil um die Materialeigenschaften und Herstellungsverfahren geht, widmet sich der zweite Artikel den Anwendungen in Solarzellen und Leuchtdioden. (...)
• 7/2024 • Seite 31 • DPG-MitgliederPerowskite in der Anwendung
Als Halbleitermaterialien mit hervorragenden Eigenschaften lassen sich Perowskite
bestens für Solarzellen und Leuchtdioden nutzen.
Das Interesse von Forschung und Industrie an den im vorherigen Artikel vorgestellten Halogenid-basierten Perowskiten ist groß, da diese hervorragende Halbleiter sind. Dünne Schichten lassen sich mit wenig Aufwand prozessieren, und die Zusammensetzung des Materials erlaubt es, die Bandlücke dieses Halbleiters einzustellen. Die exzellenten Eigenschaften der Perowskit-Halbleiter lassen sich vielfältig optoelektronisch nutzen. Dieser Artikel behandelt die beiden häufigsten und daher am besten untersuchten Anwendungen: Solarzellen und Leuchtdioden.
Mit photovoltaischen Solarzellen bestückte Hausdächer oder Freiflächen gibt es immer häufiger – auch aufgrund der voranschreitenden Energiewende. Aktuell dominiert als Halbleiter Silizium den Markt für Solarzellen. Um die Kosten weiter zu senken und die Effizienz der Bauteile zu steigern, werden verschiedene Alternativen erforscht. Seit der ersten Publikation zu Perowskit-Solarzellen von 2009 [1] hat sich deren Wirkungsgrad von anfänglich 3,8 Prozent rasant entwickelt: 2023 erreichten mehrere Forschungsgruppen Wirkungsgrade von 26 Prozent [2]. Damit liegen Perowskit-Solarzellen fast gleichauf mit Silizium-Solarzellen, deren Bestmarke beim Wirkungsgrad unter unkonzentriertem Licht 26,8 Prozent beträgt.
Die zahlreichen Entwicklungsschritte betreffen die Bauteilarchitekturen und die Perowskitkompositionen, die in Solarzellen zum Einsatz kommen. Anfangs handelte es sich meist um MAPbI3 (Methylammoniumbleiiodid), da sich seine Bandlücke von etwa 1,5 eV gut für Solarzellen eignet (Infokasten „Charakteristika einer Solarzelle“). Außerdem besteht es nur aus drei Bausteinen und ist daher relativ simpel herzustellen. In den letzten Jahren rückten gemischte Kompositionen wegen ihrer einstellbaren Bandlücke und teilweise besseren strukturellen Stabilität stärker in den Fokus. Dazu gehört beispielsweise der gemischte Perowskit (FAxCs1–x)Pb(IyBr1–y)3, dessen Bandlücke sich durch das Verhältnis von Iod zu Brom anpassen lässt.
(...)
Bildung und Beruf
• 7/2024 • Seite 39 • DPG-MitgliederAm Limit?
Das Belastungserleben von Physikstudierenden variiert im ersten Studienjahr stark
und hängt von unterschiedlichen Faktoren ab.
Vom Vorkurs über die Vorlesungszeit bis zu den Prüfungen fühlen sich Studierende mal mehr, mal weniger stark belastet. Bemerkenswert ist nicht nur die Intensität der subjektiv erlebten Belastung, sondern auch die Vielfalt der Belastungsquellen. Die Aufschlüsselung dieser Dynamik bietet wichtige Einblicke in die individuelle Wahrnehmung des Physikstudiums. Sie unterstreicht die Notwendigkeit gezielter Unterstützungsmaßnahmen, um Studienabbruch zu begegnen.
Physik im Alltag
• 7/2024 • Seite 44 • DPG-MitgliederGewollter Durchhänger
Weil bei einer Slackline das Seil durchhängt, funktioniert das Balancieren anders als auf einem Balken oder einem Drahtseil.
In vielen Parks ist es im Sommer beliebt, zum Balancieren Gurtbänder zwischen zwei Bäumen zu spannen. Um auf diesen Slacklines („schlaffes Seil“) zu laufen, braucht es viel Übung. Umso anspruchsvoller sind einige Spezialformen des Freizeitsports. Die „Longline“ überwindet Distanzen von mehr als 30 Metern und die „Highline“ ist in schwindelerregenden Höhen gespannt; auf der „Trickline“ wird nicht nur balanciert, sondern beispielsweise auch gesprungen, und bei der „Speedline“ gilt es, eine Distanz so schnell wie möglich zurückzulegen. Wettbewerbe gibt es in den drei letzten Disziplinen.
Rezensionen
• 7/2024 • Seite 46 • DPG-Mitglieder
Christian B. Lang und Leopold Mathelitsch: Haben Sie eines gesehen?
• 7/2024 • Seite 47 • DPG-Mitglieder
Steffen Schroeder: Planck oder Als das Licht seine Leichtigkeit verlor
• 7/2024 • Seite 49 • DPG-Mitglieder
DK Verlag (Hrsg.), Carole Stott: memo Wissen. Planeten; John Woodward: memo Wissen. Klimawandel
Menschen
• 7/2024 • Seite 50 • DPG-Mitglieder
„Den didaktischen Nutzen denken wir mit.“
Interview mit Peter Heering
DPG
Tagungen
• 7/2024 • Seite 70 • DPG-Mitglieder
Quantum Computing and Simulation in the NISQ Era
804. WE-Heraeus-Seminar
• 7/2024 • Seite 70 • DPG-Mitglieder
Physical Modes of Action of Membrane-Active Compounds
807. WE-Heraeus-Seminar
• 7/2024 • Seite 70 • DPG-Mitglieder
Solid-Water Interfaces at the Molecular Level
805. WE-Heraeus-Seminar
• 7/2024 • Seite 71 • DPG-Mitglieder
New frontiers in emergent materials
IIP-Natal WE-Heraeus Workshop
• 7/2024 • Seite 71 • DPG-Mitglieder
Heritage of SOFIA – Scientific Highlights and Future Perspectives
814. WE-Heraeus Seminar
• 7/2024 • Seite 72 • DPG-Mitglieder
Nuclear Astrophysics with Ion Storage Rings
Britisch-deutsches WE-Heraeus-
Seminar
