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Wilhelm-Macke-Award - eine Gelegenheit Wissenschaft zu präsentieren

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Wilhelm Macke war Gründungsprofessor des Linzer Physikstudiums. Viele erinnern sich an seine witzigen und durchdachten Vorlesungen über Theoretische Physik. Eine aus seinem Nachlass gegründete Stiftung, der Wilhelm-Macke-Preis, zeichnet jährlich hervorragende Abschlussarbeiten aus und unterstützt Forschungsaufenthalte von Physikstudierenden im Ausland.

Die nominierten für 2013 waren:

Die Nominierungen beweisen: Alle drei lieferten hervorragende Abschlussarbeiten ab. Insofern sind alle drei Gewinner!
Die Verlinkungen oben führen zu den Folien der Award-Vorträge, wo sie auch jeweils eine populärwissenschaftliche Kurzform finden.

Susanne konnte mit ihrer Präsentation die Mehrheit der Zuseher von ihrer Arbeit überzeugen und wurde damit endgültige Siegerin. Die 3000 € kann sie gut bei ihrem Start in Florida, wo sie bei einem Unternehmen ihr Doktorat machen will, gebrauchen.



Update.Basiswissen gratuliert herzlich!


Kurzfassung von Susannes Arbeit: Original hier

“Wie man auch noch den letzten Sonnenstrahl nutzt ...

Susanne Kreuzer

Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik

Der weltweite Energiebedarf steigt stetig und wird sich bis zum Jahr 2100 mehr als verdoppeln. Viele unserer Kraftwerke sind nicht gerade umwelt- schonend, manche sogar gesundheitsgefährdend. Nun setzt man vermehrt auf erneuerbare Energieformen wie Wind- und Wasserkraft, und auch Solaranlagen in Nachbars Garten sind längst keine Seltenheit mehr. Hier besitzt die Photovoltaik

das vielversprechendste Potential.

Die Sonne sendet andauernd unvorstellbar große Energiemengen in Form von Licht auf die Erde. Schon ein kleiner Prozentsatz davon würde reichen, die ganze Menschheit mit genügend Energie zu versorgen. Und im Gegen- satz zu den meisten anderen Ressourcen ist die Sonne eine schier endlose Energiequelle – zumindest für die nächsten paar Milliarden Jahre.

Hochqualitative Solarzellen werden heute zumeist aus Silizium hergestellt und wandeln bereits etwa 20% der Sonnenleistung in elektrische Leistung um. Leider kann Silizium den infraroten Teil des Sonnenspektrums, die sogenannte Wärmestrahlung, nicht absorbieren. Frau Susanne Kreuzer ist es nun in ihrer Diplomarbeit gelungen, auch einen Teil dieser Energie photovoltaisch zu nutzen.

Sie verwendet dazu Schichten aus Bleisulfid Nanokristallen, kaum größer als ein Hunderttausendstel eines Sandkorns. „Diese Kristalle sind auch im Infraroten aktiv. Beschichtet man die Rückseite herkömmlicher Solarzellen damit, könnte man die Effizienz zukünftiger Solaranlagen sehr kostengünstig steigern“, schlägt Kreuzer vor.

Neben der Optimierung der Schichtdicke untersuchte Kreuzer auch verschiedene Herstellungsmethoden. Meist werden die in einer Flüssigkeit fein verteilten Bleisulfidkristalle dabei einfach aufgetropft. Außerdem erforschte sie den Einfluss organischer Verbindungsmoleküle auf den Stromtransport. “Bis wir die Nanokristallzellen im Einsatz sehen, muss ihr Wirkungsgrad noch verbessert werden”, so Kreuzer, “aber ich konnte klar zeigen, dass die Schichten ihren Zweck erfüllen.”

Solarzellen mit infrarot-aktiven Beschichtungen sind also äußerst vielversprechend. Bleisulfid Nanokristalle könnten durch ihre geringen Material- und Produktionskosten dazu beitragen, saubere Sonnenenergie in Zukunft günstiger zu machen.”



Dieses Modell zur Elementarisierung der Energie von Photonen verwendete Susanne bei ihrer Darbietung und begeisterte damit die Schüler.

Der Behälter aus dem das Wasser auf das Schaufelrad trifft, kann verschieden hoch angebracht werden. So, wie die potentielle Energie des Wassers mit der Höhe steigt, so steigt auch die Energie (Frequenz) der Photonen von rot nach blau. Und so wie sich das Wasserrad erst ab einer bestimmten Höhe des Behälters zu drehen beginnt und damit Energie erzeugen kann, können auch nur Photonen mit einem Mindestmaß an Energie Elektronen in das Leitungsband befördern.
Setzt man den Behälter auf die Stufe ganz unten (entspricht den Photonen der Wärmeenergie) so liefert das Wasserrad sehr wenig elektrische Energie. Erst ab einer bestimmten Höhe beginnt sich das Wasserrad schneller zu drehen und liefert ausreichend Energie. Analog dazu haben Photonen erst ab einer bestimmten Frequenz genug Energie, um Elektronen im Silizium in das Leitungsband zu befördern und so eine Spannung zu erzeugen.
Jene Photonen deren Energie zu klein ist um im Silizium Strom zu erzeugen, werden mit Bleisulfid-Nanokristallschichten zusätzlich zur Energiegewinnung genutzt.









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