Eigenschaften wie Halbleiter 11.08.2021, 11:44 Uhr

Solarzellen: Diamanthartes Glas weist erstaunliche Leitfähigkeit auf

AM-III: Unter diesem Begriff kann man sich wahrlich wenig vorstellen, dabei ist es eine der bahnbrechendsten Entwicklungen der letzten Zeit. Glas, härter als Diamanten, leitet elektrischen Strom und ist fast so effizient wie Silizium.

Diamant auf dunkler Fläche

Härter als ein Diamant: Ein neues Glas-Material ist nicht nur superhart, sondern leitet auch Strom. Ein Einsatz für Solarzellen bietet sich an. Foto/Symbolbild: panthermedia.net/ grafvision (YAYMicro)

Diamonds are a girl’s best friend: Das sang schon Marilyn Monroe. Diamanten strahlen nicht nur Eleganz aus, sie sind auch eine vorzügliche Wertanlage. Härter als ein Diamant kann zudem kein natürliche Stoff sein. Chinesische Wissenschaftler haben jedoch etwas entwickelt, das tatsächlich härter ist als ein funkelnder Diamant.

Hart, härter, Glas: Forschende der chinesischen Yanshan-Universität haben das härteste und stärkste bisher bekannte glasartige Material entwickelt. Es zerkratzt sogar Diamantkristalle mit Leichtigkeit. AM-III lautet der kryptische Name des Materials.

Stellenangebote im Bereich Energie & Umwelt

Energie & Umwelt Jobs
Bayerisches Staatsministerium für Wohnen, Bau und Verkehr-Firmenlogo
Trainee (m/w/d) Bachelor Fachrichtung Maschinenbau / Energie- und Gebäudetechnik Bayerisches Staatsministerium für Wohnen, Bau und Verkehr
München Zum Job 
Bayerisches Staatsministerium für Wohnen, Bau und Verkehr-Firmenlogo
Master Fachrichtung Maschinenbau / Energie- und Gebäudetechnik Bayerisches Staatsministerium für Wohnen, Bau und Verkehr
München Zum Job 
STAWAG Stadtwerke Aachen AG-Firmenlogo
Betriebsingenieur:in Wärmeanlagen (m/w/d) STAWAG Stadtwerke Aachen AG
STAWAG Stadtwerke Aachen AG-Firmenlogo
Stellvertretende Abteilungsleitung Betrieb (m/w/d) STAWAG Stadtwerke Aachen AG
Regierungspräsidium Freiburg-Firmenlogo
Bachelor / Dipl. Ing. (FH) (w/m/d) der Fachrichtung Wasserwirtschaft, Umwelt, Landespflege oder vergleichbar Regierungspräsidium Freiburg
Freiburg im Breisgau Zum Job 
Energieversorgung Halle Netz GmbH-Firmenlogo
Fachingenieur Netzbetrieb Strom (m/w/d) Energieversorgung Halle Netz GmbH
Halle (Saale) Zum Job 
Universitätsklinikum Tübingen-Firmenlogo
Energiemanagerin / Energiemanager als Teamleitung (w/m/d) Universitätsklinikum Tübingen
Tübingen Zum Job 
Energieversorgung Halle Netz GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur - Fernwärme/Energietechnik (m/w/d) Energieversorgung Halle Netz GmbH
Halle (Saale) Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
(Senior) Projektmanager*in Niederspannung (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
THERMO-SYSTEM Industrie- & Trocknungstechnik GmbH-Firmenlogo
Verfahrenstechniker:in / Vertriebsingenieur:in THERMO-SYSTEM Industrie- & Trocknungstechnik GmbH
Esslingen am Neckar Zum Job 
PNE AG-Firmenlogo
Senior Einkäufer Windenergieanlagen (m/w/d) PNE AG
Husum, Cuxhaven, Hamburg Zum Job 
Forschungszentrum Jülich GmbH-Firmenlogo
Ingenieur für Gebäudeausrüstung / Versorgungstechnik mit Schwerpunkt Energieeffizienz (w/m/d) Forschungszentrum Jülich GmbH
Jülich bei Köln Zum Job 
Stadtwerke Norderstedt-Firmenlogo
Planungsingenieur:in als Teamleiter:in (m/w/d) Infrastrukturausbau Stadtwerke Norderstedt
Norderstedt Zum Job 
Stuttgart Netze GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Energietechnik Smart Grid (w/m/d) Stuttgart Netze GmbH
Stuttgart Zum Job 
BG ETEM Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse-Firmenlogo
Ingenieur/in (m/w/d) der Elektro-/ Energietechnik BG ETEM Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse
Stadtwerke Görlitz AG-Firmenlogo
Referent Netztechnik (m/w/d) Stadtwerke Görlitz AG
Görlitz Zum Job 
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektingenieurin / Projektingenieur (w/m/d) Bauwesen Deponietechnik Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Berlin, Homeoffice möglich Zum Job 
WSW Wuppertaler Stadtwerke GmbH-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Planung / Bau Wärme WSW Wuppertaler Stadtwerke GmbH
Wuppertal Zum Job 
WSW Wuppertaler Stadtwerke GmbH-Firmenlogo
Leitender Ingenieur (m/w/d) Planung / Bau Wärme WSW Wuppertaler Stadtwerke GmbH
Wuppertal Zum Job 
Wuppertaler Stadtwerke-Firmenlogo
Leitender Ingenieur (m/w/d) Planung / Bau Wärme Wuppertaler Stadtwerke
Wuppertal Zum Job 

Stärkste Glas der Welt prädestiniert für Solarzellen

Das leicht gelbliche Material ist nicht nur stahlhart, sondern weist ideale mechanische und elektronische Eigenschaften auf. Durch die “ultrahohe” Festigkeit sei AM-III prädestiniert für den Einsatz in Solarzellen. Neben diesem Anwendungsfeld könnten kugelsichere Fenster produziert werden – selbst ein Kugelhagel könnte dem stärksten Glas der Welt nichts anhaben. Die chinesischen Wissenschaftler sprechen also auch explizit die Waffenindustrie an. Gegenüber bisherigen Produkten auf dem Markt sei das Diamanten-Glas bis zu 100-mal widerstandsfähiger. AM-III ist nicht unbedingt als ein Stück Glas zu verstehen, sondern als ein Glas mit Kristallen im Inneren. Unter dem Mikroskop erscheinen die detaillierten Strukturen des Materials geordnet, genau wie Kristalle.

Solarzellen: Neues Material erhöht Effekt um Faktor 1.000

Gigapascal Härte übertrifft Diamanten

In einem Test erzielten die Forschenden um Professor Tian Yongjun vom „Centre for High Pressure Science“ eine Härte von 113 Gigapascal (GPa). Zum Vergleich: Wendet man den Vickers-Härtetest auf Diamanten an, so erreichen diese in der Regel zwischen 50 und 70 Gigapascal. 1921 erfanden Robert L. Smith und George E. Sandland bei Vickers Ltd dieses Verfahren.

Doch nicht nur die Festigkeit, die jene von Diamanten übertrifft, spricht für das neue Glasmaterial AM-III. Das stärkste Glas der Welt habe beeinflussbare Energieabsorptionseigenschaften, die mit denen von Halbleitern, etwa amorphem Silizium, vergleichbar seien. Das Forscherteam orientierte sich bei der Entwicklung in eine andere Richtung und nahm sich nicht die innere Struktur der Atome und Moleküle von Diamanten zum Vorbild.

„Das Aufkommen dieser Art von ultrahartem, ultrafestem, halbleitendem amorphem Kohlenstoffmaterial bietet hervorragende Kandidaten für die anspruchsvollsten praktischen Anwendungen“, sagte Tian Yongjun.

Ein 1 mm breites AM-III-Glas hat einen Kratzer auf der Oberfläche eines natürlichen Diamantsteins hinterlassen. Foto: National Science Review

Ein 1 mm breites AM-III-Glas hat einen Kratzer auf der Oberfläche eines natürlichen Diamantsteins hinterlassen.

Foto: National Science Review

Erstaunliche Erkenntnis: Ordnung und Unordung der Moleküle sorgt für Durchbruch

Bei Diamantkristallen sorgt die geordnete innere Struktur der Atome und Moleküle für ihre immense Festigkeit und Härte. AM-III ist anders aufgebaut. Die Forschenden fanden heraus, dass eine Kombination aus Ordnung und Unordnung der Moleküle zu den bahnbrechenden Eigenschaften des Glas-Materials führt.

Neuer Solarzellentyp bricht Rekorde beim Wirkungsgrad

Aus Fullerenen, im Alltag als braun-schwarze Pulver von metallischem Glanz handhabbar, wurden diverse Arten von glasartigen Materialien mit unterschiedlicher molekularer Organisation hergestellt. Am-III ging als “härtester” Gewinner aus dem Experiment hervor. Fullerene stellen neben Diamant und Grafit die dritte Modifikation von Kohlenstoff dar.

Die chinesischen Forscher testeten mit einem solchen Pulver, vermischten und zerkleinerten die Moleküle und erhitzten sie dann zwölf Stunden lang auf 1.200 Grad Celsius bei einer gleichzeitigen Druckeinwirkung von 25 Gigapascal. Danach wurde das Material ebenso lange wieder abgekühlt. Das Ergebnis: Eine einzigartige Kombination aus Festigkeit und Leitfähigkeit.

Die Forschungsergebnisse sind in der Zeitschrift National Science Review erschienen. An dem Experiment in China nahmen Wissenschaftler aus Schweden, den USA, Deutschland und Russland teil. Das neuartige Material soll nun der High-Tech-Industrie zu Gute kommen.

Lesen Sie auch:

Q-Kohlenstoff – Blitzartige Erhitzung auf 3700 °C

Das winzigste Radio der Welt ist aus Diamant

Ein Beitrag von:

  • Sarah Janczura

    Sarah Janczura

    Sarah Janczura schreibt zu den Themen Technik, Forschung und Karriere. Nach einem Volontariat mit dem Schwerpunkt Social Media war sie als Online-Redakteurin in einer Digitalagentur unterwegs. Aktuell arbeitet sie als Referentin für Presse und Kommunikation beim VDI e.V.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.