Solar Technologies go Hybrid
an initiative of Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst

Executive committee:

Prof. Dr. Peter Müller-Buschbaum

Technische Universität München
Physik-Department E13
Lehrstuhl für Funktionelle Materialien

James-Franck-Str. 1
85748 Garching
Germany

Phone: +49 89 289-12451
Fax : +49 89 289-12473

E-mail: muellerb@remove-this.ph.tum.de
Link: Müller-Buschbaum Research Group

Prof. Dr. rer. nat. Karsten Reuter

Technische Universität München
Fakultät für Chemie
Lehrstuhl für Theoretische Chemie

Lichtenbergstr. 4

85747 Garching

Germany

Phone: +49 89 289-13616

Fax: +49 89 289-13622

Email: karsten.reuter@remove-this.ch.tum.de

Link: Reuter Research Group

Key area: hybrid systems with nanomaterials

Key Lab Description: English

New concepts for the controlled structuring of materials interfaces as well as the use of new materials for energy transformation and energy storage offer an enormous potential for pushing the utilization of regenerative energies into new areas in the future. The use of nanomaterials, organic-organic or organic-inorganic hybrid systems, enables completely new concepts and visions of energy transformation and energy storage.

TUM.solar is focusing on research in light-induced energy transformation and energy storage based on these nanomaterials and hybrid systems. There is a wide range of possibilities, from catalytic processes to low-cost photovoltaics. The respective basic questions refer to aspects of materials preparation and charge transfer at interfaces. For this purpose, TUM.solar combines complementary investigations by theoretical and experimental research groups in physics, chemistry, and electrical engineering.

Shape and mobility of future generations of solar cells could reach completely new dimensions by the use of new fluid-based production processes. These promise new possibilities of use, applicable in mobile entertainment electronics as well as in the power production of mega cities. Furthermore, new materials allow alternative production processes leading to considerably decreased production costs and thus promising future low-cost power production.

A completely different attempt to energy storage, far from nowadays’ energy storage technologies, is offered by photocatalysis. Here the concepts are new catalysis materials and guided structuring of electrolyte interfaces which help to increase efficiency. Examples like photo-chemical reduction of carbon dioxide and water splitting are aspects which can direct to the so-called “green technologies”.

Furthermore, the combination of photocatalysis and photovoltaics is expected to generate additional synergy effects. In integrated systems, the load transformation and the load storage can be directly connected on the nanoscale. The aimed optimization of symbiotical systems of photocatalysis and photovoltaics instead of individual optimization of independent singular systems is a new attempt and a central goal of TUM.solar.

Thus, research in TUM.solar covers the whole “chain of value creation” from energy transformation up to energy storage and hereby aspects of basic physical-chemical processes up to application-related questions such as the construction of prototypes. As a part of the “Network of Regenerative Energies” (NRG), TUM.solar is also integrated in TUM.Energy, the faculty-general research project of Munich School of Engineering (MSE).

Key Lab Description: German

Neue Konzepte für die kontrollierte Strukturierung von Materialgrenzflächen und neue Materialien für die Energiewandlung und Energiespeicherung eröffnen ein enormes Potential, die bisherigen Ansätze für die Nutzung regenerativer Energien in der Zukunft in neue Bereiche vorstoßen zu lassen. Mit Nanomaterialien, organisch-organischen oder organisch-anorganischen Hybridsystemen werden vollkommen neue Konzepte und Visionen für die Energiewandlung und Energiespeicherung möglich.

Die Forschung an lichtinduzierter Energiewandlung und -speicherung basierend auf diesen Nanomaterialien und Hybridsystemen steht im Fokus von TUM.solar. Von katalytischen Prozessen bis zu kostengünstiger Photovoltaik eröffnet sich ein breites Feld von Möglichkeiten. Die entsprechenden grundlegenden Fragestellungen adressieren Aspekte aus der Materialherstellung und dem Ladungstransfer an Grenzflächen. Hierzu ergänzen sich in TUM.solar theoretische und experimentelle Untersuchungen von Forschergruppen aus Physik, Chemie und Elektrotechnik.

Form und Beweglichkeit zukünftiger Generationen von Solarzellen könnten durch neue, Flüssigkeits-basierte Herstellungsverfahren in völlig neue Dimensionen vorstoßen. Diese versprechen neue Einsatz- und Anwendungsmöglichkeiten, nutzbar für Anwendungen von tragbarer Unterhaltungselektronik bis hin zur Energiegewinnung in Megacities. Zudem erlauben die neuen Materialien alternative Herstellungsverfahren, die zu deutlich reduzierten Herstellungskosten führen könnten und so eine wirtschaftliche Energiegewinnung für die Zukunft in Aussicht stellen.

Einen ganz anderen Ansatz für die Energiespeicherung, jenseits der heute gebräuchlichen Energiespeichertechnologien, bietet die Photokatalyse. Neue Katalysematerialien und eine gezielte Strukturierung der Elektrolytgrenzflächen sind Konzepte, die eine Erhöhung der Effizienz erwarten lassen. Beispiele wie die photochemische Kohlendioxid-Reduktion und die Wasserspaltung können hier zudem Ansätze in Richtung sogenannter „green-technologies“ liefern.

Die Kombination von Photokatalyse und Photovoltaik lässt darüber hinaus einzigartige Synergieeffekte erwarten. In integrierten Systemen können die Ladungswandlung und die Ladungsspeicherung auf der Nanoskala direkt miteinander verknüpft werden. Die gezielte Optimierung von symbiotischen Systemen aus Photokatalyse und Photovoltaik, anstelle von individueller Optimierung der unabhängigen Einzelsysteme, ist ein neuer Ansatz, der von TUM.solar zentral verfolgt werden soll.

Somit umfasst die Forschung von TUM.solar die gesamte Wertschöpfungskette von der Energiewandlung bis zur Energiespeicherung und damit Aspekte von grundlegenden physikochemischen Prozessen bis hin zu anwendungsnahen Fragen wie dem Prototypenbau. Als Teil des „Netzwerks Regenerativer Energien“ (NRG) ist TUM.solar in TUM.Energy integriert, der fakultätsübergreifenden Forschungsinitiative der Munich School of Engineering (MSE).