Zeitung Heute : Solarzellen, Mini-Laser und Verkehrsmodelle

Institute und Unternehmen arbeiten eng zusammen. Ein Jubiläums-Symposium stellt jetzt aktuelle Forschungsschwerpunkte vor

Roland Knauer

„Der Technologiepark Berlin-Adlershof war einfach eine geniale Idee!“ Günther Tränkle ist nicht nur Direktor des Ferdinand-Braun-Instituts für Höchstfrequenztechnik (FBH) in Adlershof, sondern auch einer der beiden „Chairmen“ des Symposiums „Licht, Materialien und Modelle“, mit dem die geniale Idee jetzt den hundertsten Geburtstag ihrer Keimzelle feiert. Aus dem 1909 eröffneten ersten Motorflugfeld Deutschlands und der Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt ist heute ein erfolgreicher Technologiepark geworden.

In elf Forschungsinstituten, zwei Teilinstituten, den naturwissenschaftlichen Fakultäten der Humboldt-Universität und etlichen Unternehmen arbeiten insgesamt fast 15 000 Menschen eng zusammen. Physiker nennen eine solche Konzentration guter Forschungsstätten gern „kritische Masse“, weil die enge Nachbarschaft Kooperationen erleichtert. Die Ideen und Produkte, die daraus entstehen, werden auf dem Symposium am 7. und 8. September vorgestellt.

Auf der Sonnenseite des FBH fangen zum Beispiel an Stelle einer normalen Wand Solarzellen auf acht mal achtzig Metern Sonnenenergie ein und erzeugen daraus elektrischen Strom. Sie bestehen aus einer fast schwarzen Mischung von Kupfer, Indium und Schwefel. Hersteller der Sonnenwand ist die Firma Sulfurcell – natürlich aus Adlershof. Sie wurde 2001 vom heutigen Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ausgegliedert, dessen Fotovoltaik-Abteilung in Adlershof die neue Mischung zum Umwandeln von Sonnenenergie in Strom entwickelt hatte.

Der wissenschaftliche Geschäftsführer des HZB für den Energiebereich Wolfgang Eberhardt leitet dann auch den Fotovoltaik-Teil des Symposiums. Und natürlich ist die „Kupfer-Indium-Disulfid“-Solarzelle ein zentraler Diskussionspunkt. Genau wie in Solarzellen aus Silizium trennt das Sonnenlicht hier Elektronen ab. Aus der Solarzelle herausgeleitet, bilden diese einen Stromkreislauf. Doch anders als bei den rund 0,2 Millimeter dicken herkömmlichen Silizum-Zellen, muss Kupfer-Indium-Disulfid nur in drei Mikrometer dünnen Schichten aufgetragen werden. Da ein Mikrometer gerade mal der tausendste Teil eines Millimeters ist, stecken in solchen Zellen weniger als zwei Prozent des Materials.

Zwar kann man Dünnschichtsolarzellen auch aus Silizium herstellen. Kupfer- Indium-Disulfid-Zellen bringen aber derzeit im Labor noch den doppelten Wirkungsgrad. Trotzdem forschen die Wissenschaftler des HZB an beiden und haben gemeinsam mit der TU Berlin ein „PVcomB“ genanntes Zentrum gegründet, das beide Technologien gemeinsam mit der Industrie entwickelt.

Ersetzen die Forscher das Indium in diesen Zellen durch Gallium oder den Schwefel durch Selen, trennen andere Wellenlängen des Sonnenlichts die Elektronen als in reinem Kupfer-Indium- Disulfid. Baut man zwei dieser Schichten übereinander in eine Solarzelle, von denen eine besonders gut blaues und ultraviolettes Licht absorbiert, während die andere rotes und infrarotes Licht zur Abtrennung braucht, nutzen beide Schichten zusammen das gesamte Spektrum des Sonnenlichtes besonders gut aus.

Die Herstellung solcher Tandem-Solarzellen lässt sich mit der Röntgenstrahlung aus dem Berliner Elektronenspeicherring „BESSY II“ des HZB in Adlershof gut beobachten und optimieren. Dessen Synchrotron-Strahlung ist ohnehin für Forscher aus vielen anderen Instituten ideal, etwa um die Struktur von Proteinen aus lebenden Organismen oder neu entwickelten Materialien zu analysieren. Schon längst ist die Anlage daher einer der Dreh- und Angelpunkte der Forschungskooperationen in Adlershof.

Auf ganz andere Zusammenarbeit zielt der Physiker Andreas Wicht vom FBH und der Berliner Humboldt-Universität, wenn er im Bereich von „Licht und Materialien“ Laser entwickelt, auf die Grundlagenforscher warten. „Mehr Licht!, mehr Licht?“ heißt sein Vortrag auf dem Symposium, der sich natürlich auch um seine speziellen Laser dreht, die zum Beispiel Atomuhren erheblich verbessern. Statt eines gemächlichen Uhrpendels schwingen in bisherigen Atomuhren Cäsium-Atome in einer einzigen Sekunde 9,2 Milliarden mal zwischen zwei Zuständen hin und her. Je schneller eine Schwingung ist, desto präziser kann man die Zeit bestimmen. Deshalb basteln Physiker heute an Uhren, in denen andere Atome noch 50 000 mal schneller schwingen. Das klappt aber nur, wenn diese mit Laserlicht kräftig kühlt und in ein Gitter einsperrt werden.

Auf der Erde können solche Apparaturen recht sperrig ausfallen. Wenn Grundlagenforscher aber die Schwerkraft genau untersuchen wollen, tun sie das am besten im Weltraum und benötigen dazu sehr kleine, aber präzise Atomuhren. Andreas Wicht entwickelt Laser für Geräte, die auf einem Daumennagel Platz finden und obendrein so robust sind, dass sie die Belastungen des Raketenstarts schadlos überstehen. Damit lässt sich dann vielleicht auch ein altes Problem der Gravitationsphysik lösen: Laut Modell sollen eine Feder und ein Eisennagel im Vakuum gleich schnell zu Boden fallen. Ob das wirklich so ist, könnten Forscher mit Kalium- und Rubidium-Atomen, sowie den Lasern aus Adlershof testen.

Mit sehr irdischen Modellen arbeiten dagegen Barbara Lenz und Rita Cyganski vom Institut für Verkehrsforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Berlin-Adlershof. In ihren Computern stellen sie den Verkehr von Städten und Ländern nach. Gemeinsam mit Geografen, Psychologen und Informatikern aus benachbarten Instituten der Humboldt-Universität leiten sie aus Statistiken und Untersuchungen zum Beispiel ab, aus welchen Gründen Menschen wie viele und welche Wege im Alltag zurücklegen. Sind sie dabei zu Fuß, mit dem Fahrrad, im Auto, im Bus oder mit Schienenfahrzeugen unterwegs?

Mit Hilfe dieser Verhaltensweisen können die Modelle des DLR-Instituts zum Beispiel simulieren, wie Menschen auf Veränderungen im öffentlichen Nahverkehr, wie neue U-Bahn-Strecken oder den Wegfall alter Linien, reagieren. Dafür interessieren sich natürlich auch Behörden und Ministerien, sogar die Europäische Union ist auf die Berliner Modelle aufmerksam geworden. Die Wissenschaftsstadt in Adlershof ist eben eine „geniale Idee“. Roland Knauer

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