Prof. Dr. Wolfram Jaegermann

Chemiestudium an der Universität Dortmund, Doktorarbeit an der Universität Bielefeld in Anorganischer Chemie, Wissenschaftlicher Mitarbeiter bis Abteilungsleiter am Hahn-Meitner-Institute in Berlin mit Arbeiten zu Photoelektrochemie und Halbleitergrenzflächen. Post-Doc bei DuPont Experimental Station in Wilmington, Deleware, Habilitation in Physikalischer Chemie an der Freien Universität Berlin. Seit 1997 Lehrstuhlinhaber des FG Oberflächenforschung des Fachbereichs Materialwissenschaft der TU Darmstadt. Die Forschungsschwerpunkte sind: Grenzflächen und Dünnschichttechnik für Photovoltaik, Interkalationsbatterien, Photoelektrochemie, Elektrokatalyse, und organische Elektronik, 440 peer review Publikationen, H-Faktor 55, Sprecher der Exzellenz-Graduiertenschule „Energy Science and Engineering“ und des SPP zu „Solar H2“. 

Für eine effektive Umwandlung von Solarenergie in einen chemischen Brennstoff sind viele verschiedene Materialien sowie Gerätestrukturen vorgeschlagen worden, aber nur wenige bieten technologisch konkurrenzfähige Umwandlungseffizienzen. Einschränkungen und Verlustprozesse lassen sich aus einer detaillierten Betrachtung der beteiligten photovoltaischen und elektrochemischen Elementarschritte ableiten. Eine optimale Leistung kann nur erreicht werden, wenn die photovoltaischen und elektrolytischen Randbedingungen integrierter Systeme mit denen getrennter Geräte vergleichbar sind, ohne zusätzliche Verluste durch den Kopplungsprozess. Große Überspannungsverluste, die bei der CO2-Reduktion beobachtet wurden, legen nahe, sich auf die H2-Bildung für die direkte Lichtkonversion in einem PEC-Gerät zu konzentrieren.

Machbare Lösungen scheinen für die Wasserspaltung und H2-Bildung möglich zu sein, wie wir mit einer Reihe von Untersuchungen zeigen werden, die kürzlich durchgeführt wurden und elektrochemische Untersuchungen mit oberflächenwissenschaftlichen Studien kombinieren. Insbesondere die Photoemissionsergebnisse zu den Anforderungen an die Bulk- und Oberflächenelektronik liefern klare Randbedingungen an die Material- und Oberflächeneigenschaften: i) die Halbleiter müssen eine breite Aufspaltung der Quasi-Fermi-Niveaus ermöglichen, was durch Multi-Übergänge gegeben ist, aber bei Oxiden mit niedriger Bandlücke aufgrund von lokalisierten d-Elektronenzuständen wie z. B. Hämatit wegen der Polaronbildung kaum zu erwarten ist. ii) die Wechselwirkung von H2O und deren Zwischenprodukten direkt auf den Lichtenergie-umwandelnden Übergang muss wegen der möglicherweise gebildeten Oberflächenzustände vermieden werden. Als Konsequenz wird ein vergrabener Übergang benötigt. iii) Die Grenzflächen zwischen dem Halbleiterabsorbermaterial und dem Elektrokatalysator müssen frei von Grenzflächenbarrieren präpariert werden, die zu einem zusätzlichen Verlust des Photopotentials über interne Doppelschichten führen können.

Zusammenfassend sind wir der Meinung, dass effektive photoelektrochemische Geräte den Input verschiedener Disziplinen und Fachkenntnisse benötigen, die von der Festkörperphysik über die Oberflächenwissenschaft bis hin zur Elektrochemie reichen. Basierend auf einem verbesserten Verständnis der Korrelation von Materialeigenschaften mit den beteiligten elementaren Schritten scheinen vielversprechende fortschrittliche technologische Lösungen möglich.