Labor für Energiematerialien
Die Nutzung der erneuerbaren Energien ist der Schlüssel zur Reduzierung des Kohlenstoffdioxidpegels, trotz der zivilisatorischen Entwicklung. Der Lehr- und Forschungsbereich des Labors für Energiematerialien befasst sich mit der Gewinnung von erneuerbaren Energien mithilfe intelligenter Materialien, insbesondere sind dabei die thermoelektrischen und photovoltaischen Materialien vertreten. Zielstellung ist es, mithilfe der Nanotechnologie nichttoxische und nachhaltige Materialien für die Energiegewinnung zu verwenden. Mit dieser Maßgabe konzentrieren sich die wissenschaftlichen Aktivitäten des Labors auf die Verwendung der Nanostrukturierung in der Entwicklung neuartiger Materialien mit präzis kontrollierbaren Parametern.
• Photovoltaik
Im Bereich der Photovoltaik werden Nanostrukturen zur wellenlängenabhängigen Lichtabsorption für die Steigerung der Effizienz der Solarzellen verwendet. Weiterhin wird eine Effizienzsteigerung der Zellen durch eine zusätzliche Anwendung von nano- und mikrooptischen Systemen getestet.
Weitere Ansätze im Bereich Photovoltaik beinhalten die Verwendung von natürlichen Farbstoffen und deren Derivate in Solarzellen. Ihr photovoltaisches Potential wird mit Hilfe modernster Messtechnik geprüft und erste Prototypen werden gefertigt. Begleitet wird diese Forschung durch quantenmechanische Berechnungen.
Die anwendungsorientierten Forschungsvorhaben werden überwiegend in Zusammenarbeit mit mittelständischen Industriepartnern sowie mit Forschungseinrichtungen und Partnerhochschulen durchgeführt.
Drittmittel-Projekt: „Funktionalisierte Farbstoffe aus Mikroalgen für Solarzellen“
(SolarAlgen), Laufzeit: April 2021 bis März 2023, gefördert durch das EKSH
Im Rahmen dieses Vorhabens soll gezeigt werden, dass für die Fertigung effizienter Farbstoffsolarzellen besonders natürlich vorkommende Tetrapyrrol-Farbstoffe geeignet sind, da sie die funktionellen Bausteine des natürlichen Photosynthesesystems von Pflanzen und (Mikro-)Algen darstellen. Insbesondere lineare Tetrapyrrol-Farbstoffe, die vor allem in Mikroalgen gebildet werden, wurden in Farbstoffsolarzellen bisher praktisch nicht untersucht. Hier sind also noch grundlegende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu leisten, um derartige Farbstoffe und die entsprechende Zelltechnologie in der Art bereitzustellen, dass die Solarzellen stabil und effizient arbeiten.
• Thermoelektrik
Thermoelektrische Materialien, die als Wandler von Abwärme in elektrische Energie oder als Peltierkühler verwendet werden, können ebenso einen wichtigen Beitrag zur Lösung des globalen Problems der nachhaltigen Energienutzung leisten. Die Forschung im Bereich Thermoelektrika im Solarhaus konzentriert sich auf die thermoelektrische Charakterisierung in Bezug auf den Seebeck-Koeffizienten, der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit. Die zweite Ausrichtung in diesem Gebiet ist die Verwendung von Nanostrukturen, um die Gütezahl der thermoelektrischen Materialen zu erhöhen. Die Nachhaltigkeit der Ausgangsmaterialien ist dabei ebenso ein entscheidendes Kriterium. Die Herstellung von thermoelektrischen Materialien und Modulen erfolgt in Zusammenarbeit mit mittelständischen Industriepartnern sowie mit Forschungseinrichtungen und Partnerhochschulen.
Links zu Fachgruppen:
Materialien für Speicher- und Regenerative Energiesysteme
Photovoltaik
Umwelt- und Klimaschutz
Publikationen
In wissenschaftlichen Zeitschriften:
2022
Buczek, N., Hanke, M., Buczek, P., Dubslaff, M., Tonkikh, A., Fuhrmann, B., Leipner, H.S.: Elastic behavior of metal-assisted etched Si/SiGe superlattice nanowires containing dislocations, AIP Advances, 12: 045006, 2022.
2021
Paischer, S., Buczek, P., Buczek, N., Eilmsteiner D., Ernst, A.: Eigenmodes of a disordered FeCo magnonic crystal at finite temperatures, Journal of Physics: Condensed Matter, 33: 335804, 2021.
Paischer S., Buczek P. A., Buczek N., Eilmsteiner D., Ernst A.: Spin waves in alloys at finite temperatures: Application to the FeCo magnonic crystal, 10.1103/PhysRevB.104.024403.
2020
Buczek, P., Buczek, N., Vignale, G., Ernst, A.: First-principles perspective on magnetic second sound, Physical Review B, 101: 214420, 2020.
Fischer G., Zubizarreta X., Marmodoro, A., Hoffmann, M., Buczek, P., Buczek, N., Däne, M., Hergert, W., Şaşıoğlu, E., Galanakis, I., Ernst, A.: Effect of correlation and disorder on the spin-wave spectra of Pd2MnSn, Ni2MnSn, and Cu2MnAl Heusler alloys: A first-principles study, Phys. Rev. Materials 4: 064405, 2020.
2018
Buczek, P., Thomas, S., Marmodoro, A., Buczek, N., Zubizarreta, X., Hoffmann, M., Balashov, T., Wulfhekel, W., Zakeri, K., Ernst A. Spin waves in disordered materials, Journal of Physics: Condensed Matter, 30: 423001, 2018.
2017
Buczek, P., Thomas, S., Marmodoro, A., Buczek, N., Zubizarreta, X., Hoffmann, M., Zakeri, Kh., Ernst, A.: Spin waves in disordered materials, Scientific Highlight Of The Month, No. 138, 2017.
2016
Buczek, P., Sandratskii, L., Buczek, N., Thomas, S., Vignale, G., Ernst, A.: Magnons in disordered nonstoichiometric low-dimensional:magnets, Physical Review B, 94:054407, 2016.
Bis 2015 publizierte Nadine Buczek (geb. Geyer) unter ihrem Geburtsnamen:
2015
Geyer, N.: Titelbild der Zeitschrift Nanotechnology 26: 24, Ausgabe: 19.06.2015.
Geyer, N., Wollschläger, N., Fuhrmann, B., Tonkikh, A., Berger, A., Werner, P., Jungmann, M., Krause-Rehberg, R., Leipner. H. S.: Influence of the doping level on the porosity of silicon nanowires prepared by metal-assisted chemical etching. Nanotechnology, 26:245301, 2015.
2013
Geyer, N., Fuhrmann, B., Leipner, H. S., Werner, P.: Ag-mediated charge transport during metal-assisted chemical etching of silicon nanowires. Applied Materials and Interfaces, 5: 4302, 2013.
2012
Geyer, N., Fuhrmann, B., Huang, Z., de Boor, J., Leipner, H. S., Werner, P.: Model for the mass transport during metal-assisted chemical etching with contiguous metal films as catalysts. The Journal of Physical Chemistry, 116:13446, 2012.
Homonnay, N., Geyer, N., Fuhrmann, B., Leipner, H. S.: Advanced colloidal lithography for sub-100 nm lift-off structures. Vacuum, 86:1232-1, 2012.
Tonkikh, A., Geyer, N., Fuhrmann, B., Leipner, H. S., Werner, P.: Pathway of porous silicon formation inside Si nanowires throughout metal assisted etching. Materials Research Society Symposium Proceedings 1408, MRSF11, 2012.
Bauer, J., Weise, N., Rauschenbach, B., Geyer, N., Fuhrmann, B.: Shape evolution in glancing angle deposition of arranged Germanium. Journal of Applied Physics, 111: 104309, 2012.
2011
Leipner, H. S., Geyer, N., Syrowatka, F., Cheng, H., Fuhrmann, B.: Fabrication of complex structures with an array of nanopinhole cameras. Proceedings of SPIE – The international society for optical engineering, 81020W-1, 2011.
Ou, X., Geyer, N., Kögler, R., Werner, P., Skorupa, W.: Acceptor deactivation in individual Si NWs: From thick to ultrathin. Applied Physics Letters, 98:253103-1, 2011.
Huang, Z., Liu, L., Geyer, N.: Quasi-radial growth of metal tube on Si nanowires template. Nanoscale Research Letters, 6:165, 2011.
Huang, Z., Geyer, N., de Boor, J., Werner, P., Gösele, U.: Metal-assisted chemical etching of silicon: A review. Advanced Materials, 23:285, 2011.
2010
Huang, Z., Geyer, N., Liu, L. F., Li, M. Y., Zhong, P.: Metal-assisted electrochemical etching of silicon. Nanotechnology, 21:465301-1, 2010.
Huang, Z., Shimizu, T., Senz, S., Zhang, Z., Geyer, N., Gösele, U.: Oxidation rate effect on the direction of metal-assisted chemical and electrochemical etching of silicon. The Journal of Physical Chemistry C, 114 (24), 10683, 2010.
Wolfsteller, A., Geyer, N., Ngyuen-Duc, T.-K., Das Kanungo, P., Zakharov, N. D., Reiche, M., Erfurth, W., Blumtritt, H., Werner, P., Gösele, U.: Comparison of the top-down and bottom-up approach to fabricate nanowire-based Si/Ge heterostructures. Thin Solid Films, 518:2555, 2010.
De Boor, J., Geyer, N., Wittemann, J. V., Gösele, U., Schmidt, V.: Sub-100 nm silicon nanowires by laser interference lithography and metal-assisted etching. Nanotechnology, 21:95302-1, 2010.
2009
Geyer, N., Huang, Z., Fuhrmann, B., Grimm, S., Reiche, M., Nguyen-Duc, T.-K., de Boor, J., Leipner, H. S., Werner, P., Gösele, U.: Sub-20 nm Si/Ge superlattices nanowires by metal-assisted etching. Nano Letters, 9:3106, 2009.
Huang, Z., Shimizu, T., Senz, S., Zhang, Z., Zhang, X., Lee, W., Geyer, N., Gösele, U.: Ordered arrays of vertically aligned [110] silicon nanowires by suppressing the crystallographically preferred etching directions. Nano Letters, 9:2519, 2009.
De Boor, J., Geyer, N., Gösele, U., Schmidt, V.: Three-Beam interference lithography: Upgrading Lloyd’s interferometer for hexagonal patterning at a single shot. Optical Letters, 34:1738, 2009.
Schade, M., Geyer, N., Fuhrmann, B., Heyroth, F., Leipner, H. S.: High-resolution analytical electron microscopy of catalytically etched silicon nanowires. Applied Physics A, 95:325, 2009.
Schade, M., Geyer, N., Fuhrmann, B., Heyroth, F., Werner, P., Leipner, H. S.: High resolution analytical electron microscopy of silicon nanostructures. Physica status solidi (c), 6:690, 2009.
