UMWELTnanoTECH Nanotechnologie für die Umwelt

Jeweils drei der Forschungsprojekte sind in den thematischen Schwerpunkten Organische 
Photovoltaik, Energiespeicher und Thermoelektrizität zusammengefasst.
Jeweils drei der Forschungsprojekte sind in den thematischen Schwerpunkten Organische Photovoltaik, Energiespeicher und Thermoelektrizität zusammengefasst.

Im Projektverbund »UMWELTnanoTECH« arbeiteten Forscher seit 2013 an Anwendungen der Nanotechnologie, die die Umwelt und Gesundheit schützen sollen. Jetzt wurden die Ergebnisse vorgestellt.

Die insgesamt zehn Teilprojekte des Projektverbunds »UMWELTnanoTECH« gliederten sich in ein Koordinierungsprojekt und neun Forschungsprojekte. Jeweils drei der Forschungsprojekte sind in den thematischen Schwerpunkten Organische Photovoltaik, Energiespeicher und Thermoelektrizität zusammengefasst. Die Forschungsprojekte konnten alle ihre gesteckten Ziele erfüllen. Der Verbund hat zahlreiche wissenschaftliche Erkenntnisse erzielt, die in insgesamt über 70 verschiedenen Beiträgen veröffentlicht wurden, davon mehr als 30 wissenschaftliche Originalartikel. Hier die Ergebnisse im Überblick:

Schwerpunkt Organische Photovoltaik

Bessere Effizienz und Stabilität organischer Halble iterschichten (TP 3): Bei Polymersolarzellen sind zwei verschiedene Polymere miteinander vermischt. Die nanoskalige Morphologie dieser Grenzschicht beeinflusst die Bewegung der Ladungsträger und damit die elektrischen Eigenschaften und den Wirkungsgrad der Solarzelle sehr stark. Um die Mischung der beiden Polymere zu optimieren, wurden im TP 3 Verträglichkeitsvermittler sowie Donor- und auch Akzeptormaterialien entwickelt, die sich aus  wässrigen oder alkoholischen Lösungsmitteln verarbeiten lassen. Die Materialien konnten in einem letzten Arbeitsschritt auch in größerem Maßstab hergestellt werden.  

Nanostrukturen für umweltfreundliche Hybrid-Photovo ltaikzellen (TP 6): Hybrid-Photovoltaikzellen bestehen aus einer anorganischen Halbleiterkomponente und  einer organischen Komponente, die zur Lichtabsorption dient. Beide Komponenten sind miteinander in nanoskaligen Strukturen vernetzt. Perowskit-Solarzellen sind ein neuer Vertreter dieser Klasse von Solarzellen. Im TP 6 konnten durch eine wasserabweisende  Oberflächenmodifikation Fortschritte bei der Steigerung der chemischen Langzeitstabilität dieser Solarzellen verzeichnet werden. Es wurde zudem ein Recyclingverfahren entwickelt,  mit dem die bleihaltigen Perowskitzellen in die einzelnen Bestandteile zerlegt werden können. Weiterhin wurden im TP 6 neue Materialien zur photokatalytischen Spaltung von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff entwickelt. Maßgeblich war dabei auch die nanoporöse Struktur des Materials, wodurch die Umwandlungseffizienz erhöht werden konnte.

Umweltverträgliche hocheffiziente organische Solarzellen (TP 8): Organische Solarzellen können auf flexiblen Substraten durch Rolle-zu-Rolle-Druckverfahren  hergestellt werden. Dafür werden nanopartikuläre Halbleitermaterialien in Tinten gelöst und verdruckt. Ziel des TP 8 war die Bestimmung und Vorhersage geeigneter umweltfreundlicher  Lösungsmittel für verschiedene Halbleitermaterialen, um daraus druckbare Tinten herzustellen. Es konnten Solarzellen mit vergleichbarem Wirkungsgrad wie mit Hilfe toxischer Lösungsmittel hergestellt werden. Weiterhin wurden zum tieferen Verständnis der Vorgänge innerhalb der Solarzelle deren elektrische Eigenschaften gemessen. Zellen, die mit grünen Lösungsmitteln hergestellt wurden, erreichten dabei ähnliche Ergebnisse wie konventionelle Zellen.