Nachwuchsgruppe Johanna Eichhorn
Kontrolle des Ladungstransports in mehrschichtigen Halbleiterelektroden für selektive CO2 Reduktion
Die BadW Nachwuchsgruppe untersucht die physikalischen Grundlagen der künstlichen Photosynthese basierend auf Halbleitermaterialien. Ziel ist es mittels einer photoelektrochemischen Zelle Sonnenlicht, direkt und ohne Zwischenschritte, in speicherbare Energieträger umzuwandeln.
Der Fokus des geförderten Projektes liegt insbesondere auf der Untersuchung spezieller Halbleiterschichtsysteme. Heute bekannte Halbleitermaterialien, die zur direkten Umwandlung von Sonnenlicht in speicherbare Energieträger verwendet werden, sind unter realistischen Operationsbedingungen nicht stabil. Vereinfacht gesagt, entweder die Halbleiter lösen sich auf oder sie verlieren ihre Oberflächenaktivität. Daher wird das vorgeschlagene Projekt sowohl neuartige Materialsysteme, als auch fundamental neue Lösungsansätze zur Materialstabilisierung, z.B. mit ultradünnen Passivierungsschichten, erforschen.
Eine spezielle Herausforderung der CO2 Reduktion ist zudem das oft mehrere Umwandlungsreaktionen gleichzeitig ablaufen und so verschiedenste, auch ungewollte, Produkte generiert werden. Zur Verbesserung der Selektivität der CO2 Reaktion ist es deshalb notwendig den Ladungstransfer in solchen mehrschichtigen Halbleiterelektroden zunächst zu verstehen und dann gezielt zu steuern. Um Letzteres zu erreichen sollen in der Nachwuchsgruppe mehrschichtige Halbleiterelektroden mit speziellen, katalytischen Nanopartikeln kombiniert werden.
Häufig wurden in der Physik spezielle Modelsysteme und -materialien unter Laborbedingen, wie z.B. im Vakuum, untersucht. Ein wichtiger Bestandteil meiner Arbeitsgruppe wird daher die Charakterisierung der Materialeigenschaften und des Ladungstransport unter möglichst realistischen Operationsbedingungen sein. Dazu sollen sowohl Methoden der Halbleiterspektroskopie als auch der nanoskaligen Rastersondenmikroskopie zum Einsatz kommen. Langfristig soll diese Forschung dazu beitragen die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu überwinden und eine nachhaltige Versorgung mit erneuerbaren Energien in Zukunft zu ermöglichen.
Leiterin der Nachwuchsgruppe ist Dr. Johanna Eichhorn