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11.07.2019

Die Hoffnungsträger

Michael Saliba forscht an Materialien für eine sonnige Zukunft

Neu an der TU Darmstadt, doch in seinem Gebiet ein „alter Hase“: Assistenz-Professor Michael Saliba macht Materialien aus der Klasse der Perowskite fit für Solarzellen, Detektoren und andere Anwendungen.

Eine Stunde Sonnenstrahlung könnte ein Jahr lang den Energiebedarf der gesamten Menschheit decken. Doch wenn wir diese Vision auch nur annähernd umsetzen wollen, brauchen wir bessere Solarzellen. An Materialien für diesen Zweck forscht Michael Saliba, seit dem Sommersemester Assistenz-Professor im Fachbereich Material- und Geowissenschaften der TU Darmstadt. Der 36-jährige Physiker zählt international zu den einflussreichsten Forschern auf dem Gebiet der Perowskite. Die Materialklasse umfasst Substanzen verschiedener Zusammensetzungen, die denselben Aufbau, die sogenannte Perowskit-Struktur, besitzen.

Saliba beschäftigt sich mit organisch-anorganischen Perowskiten, den größten Hoffnungsträgern der Solarzellbranche. In der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom sind Perowskit-Zellen fast schon so effizient wie die besten Silizium-Zellen – obwohl sie erst seit einigen Jahren im Fokus der Photovoltaik-Forschung stehen. „Der besondere Vorteil ist, dass sich Perowskite einfach und kostengünstig aus Lösungen herstellen lassen“, betont Saliba. So kann man Perowskit-Solarzellen mit Inkjet-Verfahren drucken, sogar auf Folien und Textilien. Reinräume wie bei der Herstellung von Siliziumwafern sind nicht erforderlich.

Vor der technischen Anwendung der Perowskite sind aber noch einige Hürden zu überwinden: Vor allem ihre Beständigkeit ist noch nicht ausreichend. Mit Zusätzen von Cäsium und Rubidium konnte Saliba die Stabilität bereits steigern. Davon profitiert nicht nur die Photovoltaik-Industrie. „Perowskite stehen aktuell stark im Mittelpunkt der Materialforschung“, sagt Saliba. Ob Computerchips, Displays oder Leuchtdioden: „Alles was mit Silizium funktioniert, geht grundsätzlich auch mit Perowskiten.“ Die neuen Materialien seien Silizium sogar teilweise überlegen, da sich ihre elektronischen Eigenschaften besser einstellen lassen.

Mit seiner Gruppe an der TU Darmstadt möchte sich Saliba zudem der Nutzung von Perowskiten in der medizinischen Diagnostik widmen. Ein Beispiel ist die Positronenemissionstomographie (PET): Für die Untersuchung wird dem Patienten ein radioaktiver Marker injiziert, der sich in verschiedenen Körperregionen unterschiedlich stark anreichert, in Tumoren zum Beispiel mehr als in gesundem Gewebe. Der Patient wird anschließend in eine Röhre gefahren. Sie ist mit einem Detektor ausgekleidet, der die vom Körper abgegebene Strahlung erfasst. Perowskite eignen sich ausgezeichnet als Detektormaterial, wie ein Team um Saliba jüngst in der Fachzeitschrift „Materials Horizons“ berichtete. Sie wandeln die einfallende Strahlung so gut wie kaum ein anderes Material in Lichtsignale um. Daher könnten sie die Qualität der PET-Bilder steigern und die Diagnostik, etwa von Krebs, verfeinern.

Perowskite bieten sich generell als Teilchendetektoren an. Vor allem für die Untersuchung von schweren Elementen seien sie gefragt, hebt Saliba hervor. Mit seinem Arbeitsgebiet ist er daher optimal an der TU Darmstadt angesiedelt. Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung als Anwender von solchen Detektoren liegt nur rund zehn Kilometer entfernt von seinem Labor.

Mit der Helmholtz-Gemeinschaft verbindet den TU-Professor noch mehr: Parallel zu der Stelle in Darmstadt leitet er eine Helmholtz-Nachwuchsgruppe am Forschungszentrum Jülich. Das sind beste Voraussetzungen für den jungen Wissenschaftler, der auf seinem Gebiet schon zu den „alten Hasen“ gehört.

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