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Materials and Environment

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Liechtenstein-Hayek-Saal
Plenary / Panel
German and English language

Speakers

Abteilungsleiterin, Heterogene Materialsysteme, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie Abstract Key Note
Solarzellen aus Mineralien?

Unsere Erdkugel ist eine endliche Quelle an Ressourcen. Ob Energierohstoffe wie Kohle, Erdöl, Erdgas oder Uranerz uns noch 50, 100, oder 200 Jahre mit der notwendigen Energie versorgen können bleibt letztlich nebensächlich. Sicher ist nämlich eines: sie sind endlich. Als mögliche Alternative für die langfristige Sicherung unseres Energiebedarfs wird das Prinzip der Kernfusion angesehen, sei es in Form von elektromagnetischer Strahlung aus unserem Zentralgestirn, sei es in Fusionsreaktoren auf der Erde selbst.
Eine der möglichen Energiewandlungsformen um die von unserer Sonne zur Verfügung gestellte Energie in nutzbare elektrische Energie wandeln zu können, ist die Photovoltaik. Ihre Grundlagen sind längst erarbeitet und verstanden; ihr Erscheinungsbild ist längst alltäglich geworden.
Für die Funktion der Solarmodule sind eine Reihe unterschiedlicher Materialien notwendig. Eine zentrale Stellung mit der Aufgabe, die Energie der Sonnenstrahlung in ungebundene, freie Elektronen zu wandeln, nimmt der Sonnenlicht absorbierende Halbleiter ein. Die Eignung eines solchen Halbleitermaterials wird letztlich gemessen an den Kosten der erzeugten Energie. Trotz aller Erfolge von Silicium, Galliumarsenid, Kupferindiumdiselenid und anderen existiert der  ideale Kandidat für diese Aufgabe noch nicht. Es besteht also durchaus eine legitime Motivation, nach neuen Photovoltaik-Halbleitern Ausschau zu halten.
Der Autor hat sich dieser Aufgabe in einem interdisziplinären Ansatz gewidmet. Ausgehend von dem Abschluss des Diplom-Mineralogen und der Promotion über Solarzellenherstellung in der Physik gelang es ihm in der Leitung eines Europäischen Forschungsprojektes zusammen mit anderen Mineralogen, Physikern und Elektrochemikern eine äußerst zahlreiche, neue Verbindungshalbleiterklasse für die Anwendung in der Photovoltaik zu entdecken. Von entscheidender Bedeutung war dabei die Zusammenführung des Kenntnisstandes der speziellen Mineralogie dieser Materialien (Kristallstruktur, Chemismus, Thermodynamik& ) mit den halbleiterphysikalischen Anwendungsprofilen in den entsprechenden Anwendungen. Somit konnte einerseits wissenschaftliches Neuland betreten werden, andererseits bereits Industriepartner für die Finanzierung einer Solarzellenentwicklung gewonnen werden. Seit Beginn des Jahres 2007 arbeitet nun eine Gruppe von WissenschaftlerInnen im Rahmen des Christian Doppler Labors:  Applications of Sulfosalts in Energy Conversion (ASEC) an der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Salzburg an der Überführung der neuen Halbleitermaterialien in eine produktfähige Anwendung. Im Vortrag wird der Entwicklungsprozess der Entdeckung dargestellt unter besonderer Berücksichtigung der Bedeutung des interdisziplinären Ansatzes.
Vorstand, Institut für Physikalische Chemie, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck Abstract
Niederdimensionale Systeme:
Super-Materialien an der Grenze zur Instabilität

Niederdimensionale Materialien können mit einem Stapel Butterbrote (zweidimensionale Materialien) oder einer Packung Spaghetti aus dem Supermarkt (eindimensionale Materialien) verglichen werden, wobei die typischen Abmessungen der Schichten oder Stäbchen allerdings im Bereich von einem Milliardstel Meter liegen. Diese Materialien zeigen ein sehr komplexes Phasendiagramm mit vielen, technologisch hochinteressanten Phasenübergängen, z.B. vom Metall zum Isolator, vom Metall zum Hochtemperatur-Supraleiter, vom Para- zum Antiferromagneten, oder vom homogenen zum periodisch modulierten Kristall. Die Ursache dieses reichen Phasendiagramms liegt in der diesen Materialien gemeinsamen Neigung zu elektronischer Instabilität: Durch geringfügige Änderungen der Materialzusammensetzung, des Druckes, oder durch Einbau von Defekten kann die Anordnung der Elektronen und die Wechselwirkung zwischen ihnen grundlegend und weitreichend verändert werden, woraus sich jeweils neue makroskopische Materialeigenschaften ergeben. Besonders interessante Anwendungen haben Materialien in einem kritischen Zustand, in dem sie sich zwischen zwei Phasen nicht entscheiden können und räumlich wie zeitlich zwischen diesen hin- und herspringen, d.h. fluktuieren. In solchen Zuständen kann sogar die klassische Coulomb-Abstoßung zwischen zwei negativ geladenen Elektronen einer anziehenden Wechselwirkung Platz machen, ein Effekt, der der bis heute nicht restlos verstandenen Hochtemperatur-Supraleitung zugrunde liegt. Materialeigenschaften solcher niederdimensionaler Materialien werden an der Universität Innsbruck untersucht. Beispiele aus verschiedenen Instituten werden in dem Kurzvortrag vorgestellt und atomar aufgelöste Bilder fluktuierender Systeme auf Oberflächen gezeigt, die es erlauben, das Verhalten nahe den Instabilitäten besser verstehen zu lernen.
Vorstand, Institut für Festkörperphysik, Technische Universität Wien Abstract
Functional Matter - Designer Materials and Quantum Technologies

A. Baltuska1, S. Bühler-Paschen2, J. Burgdörfer3, K. Held2, J. Schmiedmayer4, U.
Schubert5, G. Strasser6,7, K. Unterrainer1,7

1Institut für Photonik, 2Institut für Festkörperphysik, 3Institut für
Theoretische Physik, 4Atominstitut, 5Institut für Materialchemie, 6Institut
für Festkörperelektronik, 7Zentrum für Mikro- und Nanostrukturen; Technisch
Universität Wien

Die Entwicklung neuer Technologien ist eine der wichtigsten Herausforderungen
des 21. Jahrhunderts. Sie erfordert eine enge Verbindung von exzellenter
physikalischer und chemischer Grundlagenforschung mit State of the Art
materialwissenschaftlichen Techniken. So sind zum Beispiel zur Umsetzung
grundlegender quantenphysikalischer Konzepte moderne Methoden der
Nanotechnologie vonnöten. Die Weiterentwicklung dieser Technologien ermöglicht
im Gegenzug das "Designen" von neuartigen Materialien mit gewünschten
Eigenschaften und Funktionalitäten, die dann zur Entwicklung von Bauelementen
mit völlig neuen Funktionen verwendet werden können.

Die interdisziplinäre Allianz "Functional Matter" der TU Wien, die im Vortrag
vorgestellt wird, stellt sich dieser Herausforderung. Sie bildet eine Plattform für
Grundlagenforschung im spezifischen Kompetenzfeld einer technischen Universität
und bereitet so den wissenschaftliche Boden für Technologien der Zukunft vor.
Professor, Fachbereich Materialforschung und Physik, Paris-Lodron-Universität Salzburg
Scientific Managing Director, AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Vienna Chair

Dr. Martha Christina LUX-STEINER

Abteilungsleiterin, Heterogene Materialsysteme, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie

1970-1980 Studium der Experimentalphysik in der Abteilung IX der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich
1975 Diplom am Institut für Biomedizinische Technik der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich auf dem Gebiet der Digitaltomographie
1976-1980 Promotion am Institut für Toxikologie der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich mit einer Arbeit über die Entwicklung und Anwendung des induktiv gekoppelten Hochfrequenzplasmas als emissionsspektroskopische Messmethode für die Spurenanalytik in organischem Material
1980-1995 Wissenschaftliche Tätigkeit an der Fakultät für Physik der Universität Konstanz (D), Thema: Neue Halbleitermaterialien, Metall/Metall-Multischichten, Metall/Isolator-Multischichten und Hochtemperatur-Supraleiter, Herstellung und Untersuchungen von optoelektronischen Bauelementen bestehend aus den eigen präparierten Materialien mit Schwerpunkt Photovoltaik
1990-1991 Forschungsaufenthalt an der Princeton University, Dept. of Electrical Engineering (USA)
1991 Habilitation an der Universität Konstanz mit "venia legendi in Experimentalphysik"
seit 1995 C4-Professur für Heterogene Materialsysteme an der Freien Universität Berlin im Fachbereich Physik in Verbindung mit einer S-Stelle als Abteilungsleiterin der Abteilung Heterogene Materialsysteme SE2 (ca. 70 Mitarbeiter) im Bereich Solarenergieforschung am Hahn-Meitner-Institut, Berlin Schwerpunkt: Solarenergieforschung, Materialforschung

Dr. Erminald BERTEL

Vorstand, Institut für Physikalische Chemie, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck

1978 Doktorat, Institut für Atomphysik, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck
1978-1981 PostDoc, Institut für Physikalische Chemie, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck
1981-1982 PostDoc, National Bureau of Standards (jetzt NIST), Washington D.C. und Visiting Scientist, Department Physics and Astronomy, University of Maryland (College Park)
1982-1986 Assistent, Institut für Physikalische Chemie, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck
1984 Habilitation für Physikalische Chemie, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck
1986-1997 Max-Planck-Stipendiat und anschließend Gruppenleiter (Oberflächenphysik) am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Garching bei München
1997 O. Univ.-Prof., Institut für Physikalische Chemie, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck

Dr. Silke BÜHLER-PASCHEN

Vorstand, Institut für Festkörperphysik, Technische Universität Wien

1986-1992 Studium der Technischen Physik, Technische Universität Graz
1998 Sommerstudentin am Paul Scherrer Institut (PSI), Schweiz
  Dipl.-Ing. in Physik, Technische Universität Graz, mit Auszeichnung
1992 Diplomandin am Paul Scherrer Institut
1995-1998 Doktorandin an der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)
1995 Dr.rer.nat. in Physik, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
1995-1998 PostDoc an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich
1999-2003 Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (MPI CPfS) in Dresden,
seit 2003 in C3-Stellung
2001-2002 Visiting Professor, Nagoya University, Japan
seit 2003 Professorin an der Technischen Universität Wien
seit 2007 Institutsvorstand

Dr. Herbert DITTRICH

Professor, Fachbereich Materialforschung und Physik, Paris-Lodron-Universität Salzburg

1984 Wissenschaftlicher Assistent am 4. Physikalischen Institut und am Institut für Physikalische Elektronik der Universität Stuttgart
1985-1990 Wissenschaftlicher Assistent am Institut für Physikalische Elektronik der Universität Stuttgart
1991-2004 Wissenschaftlicher Angestellter am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Stuttgart und Ulm Gruppenleiter: "Neue Materialien für die Photovoltaik", Verantwortlicher für das Röntgenlabor
 Leiter des Christian Doppler Labors "ASEC"
 stellvertretender Fachbereichsleiter, Fachbereich Materialforschung und Physik, Paris-Lodron-Universität Salzburg
seit 2004 Professor für Angewandte Mineralogie an der Paris-Lodron-Universität Salzburg

Dr. Wolfgang KNOLL

Scientific Managing Director, AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Vienna

1973 Diploma Physics, Karlsruhe Institute of Technology
1976 Ph.D., Biophysics, University of Konstanz
1976-1977 Postdoctoral Fellow, University of Konstanz
1977-1980 Postdoctoral Fellow, University of Ulm
1980-1981 Postdoctoral Fellow, IBM Research Laboratory, San José, CA
1981 Visiting Scientist, Institute Laue-Langevin, Grenoble
1981-1986 Assistant Professor, Technical University of Munich
1985 Visiting Scientist, IBM Research Laboratory, San José, CA
1986 Postdoctoral Degree: "Habilitation" - Physics, Technical University of Munich
1986-1991 Young Investigator/Associate Professor, Max Planck Institute for Polymer Research, Mainz
1988 Visiting Scientist, Optical Sciences Center, Tucson, AZ
1990 Visiting Scientist, Dept. of Chem. & Nuc. Engineering, University of California, Santa Barbara, CA
1990-1991 Visiting Professor, University of Erlangen
1991-1999 Head of Laboratory, Exotic Nano-Materials, Frontier Research Program, RIKEN-Institute, Japan
since 1992 Consulting Professor, Department of Chemical Engineering, Stanford University, Stanford, CA
1993-2008 Director, Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz
since 1998 Professor (by Courtesy) Chemistry Department, University of Florida, Gainesville, FL
since 1999 Adjunct Professor, Hanyang University, Korea
1999-2003 Temasek Professor, National University of Singapore
2004-2013 Visiting Principal Scientist, Institute of Materials Research and Engineering, Singapore
since 2008 Scientific Managing Director, AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Vienna
since 2009 Honorary Professor, University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Vienna
since 2009 Visiting Professor, Nanyang Technological University, Singapore