Die Physikerin Dr. Monika Rai aus Indien forscht seit Oktober im Rahmen des Alexander von Humboldt Forschungsstipendiums für Postdoktoranden zwei Jahre lang am Institut für Photovoltaik der Universität Stuttgart. Geplant war der Beginn des Aufenthalts eigentlich schon ein Jahr früher, aufgrund der Pandemie hat sich alles verzögert.
Zunächst sei sie im Gästehaus der Universität Stuttgart untergekommen, inzwischen wohne sie in Stuttgart, erzählt Monika Rai. Den Weg zum Campus Vaihingen, an das Institut für Photovoltaik tritt sie immer gerne an. Von den Kolleginnen und Kollegen fühlte sie sich gut aufgenommen, und dann ist da natürlich die Forschung, mit der der sich das multikulturelle Team rund um Institutsleiter Prof. Dr. Michael Saliba beschäftigt: Hier werden neue Solarzellen und -module modelliert und hergestellt und es wird an der Verbesserung der Silizium-basierten Photovoltaik gearbeitet.
Effiziente, stabile Solarzellen
In Indien hat Monika Rai an der Banaras Hindu University in Varanasi ihr Physikstudium mit dem Master abgeschlossen und anschließend auf dem Gebiet der Spektroskopie seltener Erden promoviert. Bevor sie ihr Weg an die Universität Stuttgart führte, arbeitete sie als Postdoc an der Nanyang Technological University in Singapur. Vier Jahre lang hat sie sich dort mit semitransparenten Perowskit-Solarzellen und -modulen beschäftigt. „Die Photovoltaik ist ein sehr zukunftsträchtiges Forschungsfeld“, betont Monika Rai, die mit ihrer Forschung das Ziel verfolgt, die Effizienz und Stabilität von Solarzellen zu verbessern. Besonders interessant sind für sie alle Prozesse, die bei Perowskiten für die Umwandlung der gesamten Energie des Sonnenspektrums und eine effiziente Absorption erforderlich sind.
Perowskit-Solarzellen
„Heutige Solarmodule werden hauptsächlich aus Silizium hergestellt“, erklärt Monika Rai und fährt fort: „Perowskite sind eine vielversprechende Alternative. Diese organisch-anorganischen Hybridmaterialien haben den Vorteil, dass sie einfach und kostengünstig im Labor hergestellt werden können.“ Während die Silizium-Zellen vor allem die rote und infrarote Strahlung des Sonnenlichts in Strom umwandeln, nutzen Perowskite dafür auch das sichtbare Lichtspektrum. Ein großes Potenzial versprechen sich die Forscher daher z.B. von Silizium-Perowskit-Tandemsolarzellen, die viele Frequenzen des Lichtspektrums absorbieren können und einen hohen Wirkungsgrad erreichen. Aktuelles Problem der „Newcomer Perowskite“ auf dem Photovoltaiksektor ist noch deren Instabilität. Hohe Temperaturen und Feuchtigkeit lassen ihre Fähigkeit, Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln, schwinden.
Am Institut für Photovoltaik an der Universität Stuttgart hat Monika Rai bestens ausgestattete Labore vorgefunden, erzählt sie. Kein Wunder, wird hier doch „ausgezeichnete“ Grundlagenforschung betrieben. Für das Projekt LOCAL-HEAT erhielt Institutsleiter Prof. Michael Saliba vom Europäischen Forschungsrat (ERC) den mit 1,5 Millionen Euro dotierten ERC Starting Grant. Bei der Herstellung dünner Perowskit-Schichten setzt dieses Forschungsvorhaben auf Licht, um den Phasenübergang von flüssig-zu-fest so zu steuern, dass homogene Schichten entstehen.
Forschungsfeld mit Zukunft
„Solarzellen – die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom – ist ein wachsendes Feld, in dem ich weiter tätig sein möchte“, betont Monika Rai. Nach ihrer Zeit an der Universität Stuttgart kann sie sich gut vorstellen, in Europa weiter in diesem Forschungsfeld mit Zukunft tätig zu sein. „Der Wirkungsgrad der Perowskit Zellen ist in den vergangenen zehn Jahren von 5 auf 26 Prozent gestiegen“, erklärt sie und schätzt, dass es die Zellen in den nächsten zehn Jahren bis zur industriellen Herstellung schaffen können.
In ihrer Freizeit besucht Monika Rai gerne Museen oder joggt in den Grünanlagen rund um Stuttgart. Das Zusammensein mit Bekannten bremst die Pandemie derzeit noch etwas aus. Im Verlauf einer vom Wellcome Center angebotenen Citytour hat sie zusammen mit ihrem Mann jedoch schon einiges der Landeshauptstadt gesehen, freut sich Monika Rai, die in Stuttgart wohnt. Ihr Mann arbeitet in Belgien. So manche Wochenendfahrt führt daher auch ins Nachbarland.