Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB)

Seit der Gründung des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie (HZB) im Januar 2009 werden hier Neutronen sowie Synchrotronstrahlung koordiniert aus einer Hand angeboten. Zentrale Forschungsthemen des HZB sind Magnetismus, funktionale Materialien und Materialien für die Forschung an Solarzellen und solaren Brennstoffen.

Das Helmholtz-Zentrum Berlin ist eines von nunmehr 18 Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Rund 1100 Mitarbeiter – davon etwa 800 in Berlin-Wannsee und 300 in Berlin-Adlershof – betreiben mit zwei wissenschaftlichen Großgeräten physikalische Grundlagenforschung. Dabei arbeitet das HZB eng mit den Universitäten und Fachhochschulen in der Region Berlin-Brandenburg zusammen. So werden sämtliche Institute am HZB von gemeinsam mit Universitäten berufenen Professorinnen oder Professoren geleitet. Neben diesen Instituten gibt es in jedem Forschungsbereich Abteilungen und/oder Nachwuchsgruppen. Außerdem wurden gemeinsame Forschergruppen aufgebaut, die von Universitätsangehörigen geführt werden. Zudem kooperiert das HZB überregional mit rund 400 Partnern in deutschen und internationalen Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Unternehmen. Das betrifft auch den Bereich der Solarenergieforschung, in dem das HZB seit über 20 Jahren Spitzenforschung betreibt.

Großgeräte für die Forschung

Für Forschungsarbeiten zur Struktur und Funktion der Materie betreibt das HZB zwei wissenschaftliche Großgeräte: die Neutronenquelle BER II für Experimente mit Neutronen und den Elektronenspeicherring BESSY II, der hochbrillante Synchrotronstrahlung vom Terahertz- bis in den Röntgenbereich erzeugt. Beide Anlagen dienen der Erforschung der Materie und verfügen über hoch spezialisierte Probenumgebungen. Das heißt, hier lassen sich Experimente unter anspruchsvollsten Bedingungen durchführen – unter Einwirkung starker Magnetfelder, bei tiefen Temperaturen sowie extrem hohen Drücken. Die Weiterentwicklung dieser einzigartigen Instrumente gehört zu den wesentlichen Aufgaben des Zentrums. Mit seinem Nutzerservice ermöglicht das HZB jährlich rund 2000 externen Wissenschaftlern aus aller Welt den Zugang zu den zum Teil einzigartigen Messmethoden. Erklärtes Ziel ist es, die komplementäre Nutzung von Neutronen und Photonen zu fördern, denn mit beiden gemeinsam erhält man ein sehr detailliertes Bild der Materie. Neben den beiden Großgeräten betreibt das HZB zwei weitere Anlagen für externe Institutionen: Für die Charité Berlin wird am Standort Wannsee ein Beschleuniger vorgehalten, mit dem Protonenstrahlen für die seit Jahren mit Erfolg durchgeführte Augentumortherapie erzeugt werden. Die Protonentherapie von Tumoren im menschlichen Auge wurde am HZB entwickelt und wird mittlerweile in Verantwortung und auf Kosten der Charité Berlin durchgeführt. Im Auftrag der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) unterhält das HZB am Standort Adlershof die Metrology Light Source (MLS), einen optimierten Speicherring, den die PTB als Synchrotronstrahlungsquelle für Metrologie und entsprechende Anwendungen für Forschung und Industrie nutzt. Als weiteren externen Auftrag hat das HZB für das Land Berlin die Aufgabe einer Landessammelstelle zur Behandlung und Beseitigung radioaktiver Abfälle übernommen.

Materialien für morgen

Wie hängen die technischen Eigenschaften eines Materials und seine mikroskopische Struktur zusammen? Die Material- und Strukturforschung voranzutreiben, ist die zentrale Aufgabe der Wissenschaftler am HZB. In ihren Forschungsprojekten beschäftigen sie sich mit atomaren und magnetischen Strukturen fester Körper und deren Funktionsweisen auf atomarer Skala. Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Materialien stehen dabei im Blickpunkt, ebenso die innere Dynamik und Phasenumwandlungen in kondensierter Materie. Themenfelder sind vor allem diejenigen Gebiete, die die Methoden- und Instrumenten- Entwicklung voranbringen, zum Beispiel Themen aus der Materialforschung und Analytik. Die komplementäre Nutzung von Photonen und Neutronen für Forschungszwecke ist außer am HZB an nur wenigen anderen Wissenschaftsstandorten auf der Welt möglich. Herausragende Forschungsergebnisse werden am HZB unter anderem in den Forschungsfeldern Magnetismus und Supraleitung erarbeitet.

Forschung für neue Solarzellen

Der Bereich Solarenergie in allen seinen Facetten ist ein weiterer Forschungsschwerpunkt am HZB. Hier erforschen Wissenschaftler die Solarzellen der nächsten und übernächsten Generation – mit neuen Materialklassen und innovativem Zellenaufbau. Langfristige Ziele sind effiziente und wettbewerbsfähige Dünnschicht-Solarzellen und Multispektralzellen. Auf dem Gebiet der Dünnschichtsolarzellen ist das HZB die größte institutionelle Einheit in Deutschland, wobei nicht nur neue Materialien entwickelt, sondern Hand in Hand auch innovative Technologien zur Herstellung der Solarzellen erprobt werden. Dünnschicht-Technologien werden vor allem am Kompetenzzentrum Photovoltaik (PVcomB), das vom HZB mitbegründet wurde, bis zu einer Stufe entwickelt, an die die Industrieforschung anknüpfen kann. Photovoltaik und Großgeräte in einem Zentrum – in dieser einzigartigen Konstellation können viele Fragestellungen aus der Solarforschung mit neuen Möglichkeiten untersucht werden, zum Beispiel Vorgänge an den Grenzflächen oder Bewegungsvorgänge von Ladungsträgern. Mit diesen neuen Forschungsansätzen wird das HZB in Zukunft nicht nur die eigene Solarforschung weiter voranbringen, sondern auch neue Nutzer aus dem Bereich Photovoltaik gewinnen.