Im Fokus des e-conversion Exzellenzclusters, der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird, steht die Erforschung der Energieumwandlungsvorgänge, die an Grenzflächen ablaufen. Dort, wo Licht, Ladungen und Materie interagieren, untersucht unser Exzellenzcluster die Grundlagen für neue Energietechnologien der Zukunft. 

Bild: V. Hiendl/e-conversion

Wie lässt sich Energie nachhaltiger und effizienter umwandeln und speichern? Diese Frage steht im Zentrum von e-conversion. Der Exzellenzcluster erforscht die Grenzflächen, also die Bereiche, wo Licht, Ladung und Materie zusammentreffen. An diesen Schnittstellen finden die zentralen Vorgänge der Energieumwandlung statt. Genau hier setzt der gemeinsame Exzellenzcluster der Technischen Universität München und der Ludwig-Maximilians-Universität München mit seinen Partnern an.

e-conversion vereint mehr als 40 Forschungsgruppen, die daran arbeiten, die Strukturen, Phänomene und Prozesse an Grenzflächen detailliert zu verstehen. Der Grund: Ganz gleich, ob in Solarzellen, (photo-)katalytischen Reaktoren oder Batterien – die Mechanismen der Energieumwandlung auf mikroskopischer und (sub-)atomarer Ebene ähneln sich. Trotz unterschiedlicher Materialklassen gleichen sich Prozesse wie Ladungstrennung und Ionentransport. e-conversion verfolgt daher einen horizontalen Ansatz, der über disziplinäre Grenzen hinausgeht und Synergien zwischen scheinbar getrennten Energietechnologien nutzt.

Was an den Grenzflächen geschieht, warum Verluste oder Limitierungen auftreten und wie sich die Anregungs- und Energieumwandlungsprozesse besser kontrollieren lassen, sind Kernfragen des Clusters. In der ersten Förderperiode untersuchten die Forschenden mit großem Erfolg grundlegende Prozesse der Energieumwandlung zunächst an Modellsystemen. Sie etablierten ein umfassendes Portfolio an hochauflösenden und ultraschnellen Mikroskopie- und Spektroskopieverfahren, mit denen sich verschiedenste Materialien analysieren lassen. Diese Arbeiten haben eine Fülle von Halbleitern, Nanostrukturen und weiteren funktionalen Systemen hervorgebracht und neue Wege in der Energieforschung eröffnet.

In der zweiten Förderperiode rücken realistischere Energiesysteme in den Fokus, Methoden werden weiter verfeinert und Forschungsfelder enger miteinander verzahnt. Zudem geht es darum, die komplexen Mechanismen an Grenzflächen gezielt zu steuern und nachhaltige Strategien zu entwickeln, um die Effizienz bestehender Systeme zu maximieren und neuartige hybride Konzepte zur Energieumwandlung und -speicherung zu erarbeiten. Parallel dazu setzen die Forschenden auf Hochdurchsatz-Experimente, Computer-Simulationen und KI-gestützte Modelle, um die Entwicklung innovativer Energiekonzepte und -materialien zu beschleunigen. Hybride Konzepte werden eine größere Rolle spielen – wie etwa die Solarbatterie, die Lichtaufnahme und Energiespeicherung in einem Materialsystem vereinen soll. Derartige kreative Ideen entstehen dort, wo Chemie, Physik, Materialforschung und Datenwissenschaft aufeinandertreffen, an den „Grenzflächen“ zwischen den Disziplinen, die e-conversion vereint – beste Voraussetzungen für die Energiekonzepte der Zukunft.

Beteiligte Institutionen:

  • Technische Universität München
  • Ludwig-Maximilians-Universität München
  • Max-Planck-Institut für Festkörperforschung
  • Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft
  • Deutsches Museum München