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Kurznachrichten November 2014

Lichtausbreitung in Solarzelle sichtbar gemacht

Wie kann man Licht, das in einer Solarzelle eingefangen ist, experimentell untersuchen? Mittels eines Tricks ist es Jülicher Wissenschaftlern gelungen, einen direkten Blick auf die Lichtausbreitung innerhalb der Solarzelle zu werfen. Die Photovoltaik-Forscher beschäftigen sich mit periodischen Nanostrukturen, die den normalerweise nur schwach absorbierten Anteil des Sonnenlichts effizient einfangen.

Bis vor kurzem ließ sich der Lichteinfang innerhalb solcher periodisch nanostrukturierten Solarzellen nur mit indirekten Methoden analysieren, da das eingefangene Licht von außen eigentlich nicht sichtbar ist. Dass es sich trotzdem nachverfolgen lässt, liegt am quantenmechanische Tunneleffekt des Lichtes. Dieser erlaubt es, dass Licht aus der Solarzelle nach draußen dringen kann, sobald eine lichtleitende Komponente in die unmittelbare Nähe der Oberfläche der Solarzelle gebracht wird. Über eine Glasfaserspitze konnten die Forscher mittels der sogenannten optischen Nahfeld-Mikroskopie daher das Licht messen, das eigentlich in der Solarzelle gefangen ist.

Der Lichteinfang spielt insbesondere eine wichtige Rolle bei der Optimierung von Dünnschicht-Solarzellen. Diese sind einfacher und mit geringerem Materialienaufwand herzustellen, besitzen aber derzeit noch einen schlechteren Wirkungsgrad als herkömmliche, kristalline Solarzellen. Die Schicht, in der die Energiewandlung stattfindet, ist nur rund ein Tausendstel Millimeter dick. Längere Wellenlängen im Infrarotbereich werden bei direkter Einstrahlung daher nur schlecht absorbiert.

Mit periodisch nanostrukturierten Kontaktgrenzflächen lässt sich die Absorption des einfallenden Lichtes verbessern. Diese Grenzflächen koppeln einfallendes Licht in die dünne Siliziumschicht ein. Mithilfe der neuen Messmethode konnten die Wissenschaftler vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung zeigen, dass ein direkter Zusammenhang zwischen der Beschaffenheit der Nanostruktur, der Absorption bestimmter Wellenlängen des Lichtes und insbesondere der Effizienz der Solarzellen besteht. Der in der Fachzeitschrift Nano Letters vorgestellte Ansatz eröffnet auch für die Erforschung verwandter nano-optischer Bauelemente eine Vielzahl neuer Möglichkeiten.

Originalpublikation:

Ulrich W. Paetzold, Stephan Lehnen, Karsten Bittkau, Uwe Rau, Reinhard Carius: Nanoscale Observation of Waveguide Modes Enhancing the Efficiency of Solar Cells. Nano Letters 11/2014; 14(11): 6599-6605. DOI: 10.1021/nl503249n
http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/nl503249n

Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Photovoltaik (IEK-5)

Neue Werkzeuge für die Biotechnologie

Im Forschungszentrum Jülich fiel Anfang November der offizielle Startschuss für das Verbundprojekt "Molecular Interaction Engineering" (MIE). In diesem Helmholtz-Netzwerk arbeiten Wissenschaftler aus dem Forschungszentrum Jülich, dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem Helmholtz-Zentrum Geesthacht an der Verbindung von modernen Werkzeugen der Bio- und der Oberflächentechnologie. Ihr Ziel sind neuartige Technologien für die Bioproduktion.

So sind etwa biotechnologische Werkzeuge geplant, die als "druckbare Biologie" in dünnen Schichten auf technischen Oberflächen oder in Form von mikrofluidischen Einheiten analog zu den gedruckten Schaltkreisen in der Elektronik realisiert werden. Die neuen Werkzeuge sollen in der pharmazeutischen Industrie und der Lebensmitteltechnik ebenso wie in der Molekularbiologie und der medizinischen Diagnostik zum Einsatz kommen. Zu diesem Zweck arbeiten Biologen, Chemiker, Physiker und Ingenieure zusammen. Sie bringen Methoden der Biotechnologie, der Strukturbiologie, der Materialwissenschaften, der Prozesstechnik und der Computersimulation zusammen, um innovative, flexible und somit wirtschaftlich attraktive biotechnologische Lösungen anbieten zu können.

Das Forschungsnetzwerk MIE wird gemeinsam koordiniert von Prof. Wolfgang Wiechert vom Jülicher Institut für Bio- und Geowissenschaften und Prof. Jürgen Hubbuch (KIT). Für eine Laufzeit von fünf Jahren will die Helmholtz-Gemeinschaft 5 Millionen Euro beisteuern. Ein Anteil in ähnlicher Höhe soll vom BMBF kommen.

Institut für Bio- und Geowissenschaften, Bereich Biotechnologie (IBG-1)

Intelligente Plattform für die Energiewende

Um das Zusammenspiel der Komponenten künftiger Energiesysteme zu erforschen, entsteht mit Energy Lab 2.0 am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) seit Ende Oktober eine intelligente Plattform. Partner in dem Projekt mit einer Investitionssumme von 22 Millionen Euro sind das Forschungszentrum Jülich sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Bund und Land fördern das Energy Lab 2.0.

Die neuartige Forschungsinfrastruktur soll die Energiewende beschleunigen, besonders die Integration erneuerbarer Energien bei der Stromerzeugung. Denn das Energy Lab 2.0 erlaubt, neue Ansätze zur Stabilisierung der Energienetze realitätsnah zu erproben. Ein Anlagenverbund verknüpft elektrische, thermische und chemische Energieströme sowie neue Informations- und Kommunikationstechnologien.

Das Energy Lab 2.0 ist eingebettet in die Gesamtstrategie der Helmholtz-Gemeinschaft zum Thema Energie. Für das Projekt errichten die Partner bis 2018 ein Simulations- und Kontrollzentrum und einen energietechnischen Anlagenverbund am KIT-Campus Nord, ein Elektrolyse-Testzentrum am Forschungszentrum Jülich und eine Testanlage zur Erprobung von Power-to-Heat-Konzepten am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Stuttgart.

Informationen zum Institut für Energie- und Klimaforschung, Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3)

Pressemitteilung des KIT

Projekt "Optisch kontrollierte Spin-Logik" gestartet

Am Forschungszentrum Jülich startete jetzt das Projekt "Optisch kontrollierte Spin-Logik". Darin erarbeiten Forscher des Peter Grünberg Instituts gemeinsam mit der Universität Düsseldorf die Grundlagen für einen neuartigen nanoelektronischen Logikbaustein, der bei Raumtemperatur Informationen mithilfe von Spins anstelle von elektrischer Ladung verarbeitet und sich mit magnetischen Feldern und Lichtpulsen steuern lässt. Diese Art der Informationsverarbeitung ist besonders energieeffizient.

Die angestrebte funktionale Donor-Akzeptor-Diade soll lediglich aus zwei miteinander gekoppelten organischen Molekülen bestehen und einmal kostengünstig industriell herstellbar sein. Die Herausforderung liegt darin, die Moleküle so zu kombinieren und auf einer magnetischen Metalloberfläche zu befestigen, dass das Donor-Molekül nur schwach an die Oberfläche gebunden ist und das Akzeptor-Molekül stark. Dadurch bildet das Akzeptor-Molekül mit den Oberflächenatomen einen molekularen Hybridmagneten.

Das Donor-Molekül ist lichtempfindlich, gibt beim Eintreffen von Licht elektrische Ladung an das Akzeptor-Molekül ab und ändert dadurch die Eigenschaften des Hybridmagneten. In beiden Zuständen kann der Hybridmagnet mit einem magnetischen Feld parallel oder antiparallel zur Magnetisierung der Oberfläche ausgerichtet werden. Eine Magnetwiderstandsmessung erlaubt das Auslesen und Unterscheiden der vier möglichen Zustände.

Die Volkswagen-Stiftung fördert das Projekt im Rahmen der Förderinitiative "Integration molekularer Komponenten in funktionale makroskopische Systeme" zunächst mit 450.000 Euro über drei Jahre.

Meldung des Peter Grünberg Instituts

Neues Indien-Büro eröffnet

In Neu-Delhi wurde im November das neue Indien-Büro des Forschungszentrums eingeweiht. Unter einem Dach mit dem Jülicher Büro haben auch die Universität zu Köln und die vom Projektträger des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) koordinierte EURAXESS Links-Initiative der EU-Kommission neue Repräsentanzen in der indischen Hauptstadt bezogen. Mit ihrer Bürogemeinschaft wollen die drei Partner Kontakte zu Entscheidungsträgern und Kooperationspartnern in Politik, Forschung und Wissenschaft ausbauen.

„Die gute Zusammenarbeit mit Partnern in Indien hat in den vergangenen Jahren deutlich an Fahrt aufgenommen, besonders in den Bereichen Energie- und Klimaforschung sowie der Bioökonomie. Jülich zeigt jetzt verstärkt Präsenz und damit die Bereitschaft, Kontakte zu indischen Forschungseinrichtungen auszubauen und weitere Partnerschaften einzugehen“, sagte Vorstandsmitglied Prof. Sebastian M. Schmidt bei der Eröffnung. Das Büro diene darüber hinaus als Anlaufstelle für interessierte (Nachwuchs-) Wissenschaftlerinnen und -wissenschaftler, die sich über das Forschungszentrum informieren wollen.

Tür an Tür mit Jülich hat der Projektträger DLR sein erstes Büro für "EURAXESS Links" eingerichtet. An weltweit sechs Standorten unterstützt EURAXESS Links mobile europäische und nicht-europäische Wissenschaftler in der Zusammenarbeit mit Ländern des Europäischen Forschungsraumes. Für die Exzellenzuniversität Köln, ihr Center for Modern Indian Studies und den Kernprofilbereich Global South Studies Center ist das Indien-Büro von zentraler Bedeutung für Kooperationen in Forschung und Lehre.

Jülich ist seit 2012 mit einem eigenen Büro in Indien präsent – zuerst in Mumbai, seit Mai dieses Jahres am neuen Standort in Neu-Delhi. Die Dependance wird von Ashwani Arya geleitet, weiterer Ansprechpartner ist der Energieexperte Prof. Narendra K. Bansal. 2013 lag der Schwerpunkt der Aktivitäten auf den Bereichen Energie und Umweltwissenschaften; unter anderem organisierte das Büro im März einen Workshop zur Atmosphärenforschung sowie zwei Energieworkshops. Das Büro soll in den nächsten Jahren auch dazu genutzt werden, die Zusammenarbeit der Jülicher Atmosphärenforschung mit indischen Gruppen zu stärken. Geplant sind unter anderem gemeinsame Projekte zum Klimaeinfluss des Asiatischen Monsuns.

Klimaforschung in Jülich

Der Projektträger im DLR

Universität zu Köln – International

Ehrendoktor für Prof. Rudolf Maier

Prof. Rudolf Maier, langjähriger Direktor des Jülicher Instituts für Kernphysik, erhielt die Ehrendoktorwürde des Joint Institute of Nuclear Research (JINR) in Dubna. Der Vorsitzende des russischen Kernforschungszentrums, Prof. Victor Matveev, überreichte die Urkunde im Rahmen der jüngsten Sitzung des Scientific Councils des JINR. Maier erhielt die Auszeichnung in Anerkennung seiner herausragenden Leistungen zum Fortschritt der Wissenschaft und für die Ausbildung junger Wissenschaftler.

Dr. Rolf Stassen vom Institut für Kernphysik wurde in der Sitzung gemeinsam mit Forschern aus Russland und Japan mit dem „Encouraging Prize“ des JINR ausgezeichnet. Mit dem Preis honorierte das JINR die Arbeit „Development and Start-up of the Stochastic Cooling System for Nuclotron Ion Beams at the NICA Accelerator Complex“, die in Dubna entstand. NICA ist das neue Beschleunigerprojekt des JINR.

Institut für Kernphysik (IKP)

Ehrenplakette der FH für Thorsten Benedikt Gey

Thorsten Benedikt Gey wurde mit einer Ehrenplakette der FH Aachen im Bereich Energietechnik ausgezeichnet. Die Ehrenplaketten werden in jedem Jahr an die besten Absolventen vergeben.

Gey wurde bei seinem dualen Studium „Bachelor of Mechanical Engineering/Industriemechaniker“ vom Jülicher Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA) ZEA betreut. Auch seine Bachelorarbeit schrieb er am Forschungszentrum.

Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik , Bereich Engineering und Technologie (ZEA-1)

Publikationen

Neues zum Supercomputing in Jülich

In der aktuellen Ausgabe des Jülicher Exascale-Newsletters (3/2014) geht es unter anderem um die Frage, ob eine Art "Salatdressing" die Lebensdauer von Maschinen verlängern könnte. Ein Forscherteam hat mithilfe von Computersimulationen herausgefunden, dass ein neues Schmiermittel die Reibung von Bauteilen um den Faktor Hundert reduziert. Weitere Themen sind die erfolgreiche Suche nach einer Ordnung im Chaos von Turbulenzen, die Vorhersage von extrem neutronenreicher Materie und die Herausforderungen bei der Simulation von Bränden.

Den Exascale-Newsletter gibt es als Web-App für Desktop-PCs und mobile Endgeräte. Auf der Website des Forschungszentrums kann der Newsletter heruntergeladen oder bestellt werden. Das PDF-Dokument gibt es auch auf der digitalen Publikationsplattform ISSUU als E-Book.

Links zur aktuellen Ausgabe des Exascale-Newsletters:
www.exascale-news.de/
www.fz-juelich.de/exascale
http://issuu.com/fz_juelich

Pressemitteilung "Jülicher Supercomputer weiterhin in den Top 10"

Mediathek

Filmbeiträge zur Jülicher Forschung im Human Brain Project

Im Human Brain Project erforschen Wissenschaftler das menschliche Gehirn, um es in seiner Komplexität besser zu verstehen und seine Funktionalität auf dem Computer nachzubilden. Dies ist nicht nur für das Verständnis und Therapiemöglichkeiten von Hirnerkrankungen relevant; die neuen Erkenntnisse könnten auch neue Impulse für die Informationstechnologie geben. Die neu erschienenen Filmbeiträge beleuchten die Jülicher Forschungsbeiträge zum europäischen Human Brain Project.

Jülicher Forschung im Human Brain Project (Dauer: 6 Min 17 Sek)
Ein 3-D-Modell des menschlichen Gehirns (Dauer: 6 Min 11 Sek)
Mit mathematischen Gleichungen der Komplexität des Gehirns auf der Spur (Dauer: 10 Min 46 Sek)
Geballte Rechenleistung für Simulationen der Zukunft (Dauer: 5 Min 18 Sek)

Weitere Informationen zum Human Brain Project und zur Beteiligung deutscher Einrichtungen enthält der kürzlich erschienene Überblicksartikel "The human brain project: neuroscience perspectives and German contributions" der Neurowissenschaftler Prof. Katrin Amunts, Dr. Angela Lindner und Prof. Karl Zilles vom Forschungszentrum Jülich und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf.

Originalveröffentlichung:
K. Amunts, A. Lindner, K. Zilles: The human brain p roject: neuroscience perspectives and German contributions. e-Neuroforum (9/2014), Volume 5, Issue 2, pp 43-50.
DOI: 10.1007/s13295-014-0058-4
Abstract: http://link.springer.com/article/10.1007/s13295-014-0058-4

Aktuelle Termine

Auf Seite http://www.fz-juelich.de/termine finden Sie aktuelle Konferenzen und Veranstaltungen im und mit dem Forschungszentrum Jülich.

Pressekontakt: Erhard Zeiss, Tel. 02461 61-1841, e.zeiss@fz-juelich.de


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