Published on Wed, 14 Apr 2021 in NEWS
The Biological Algorithms Group conducts research which blurs the boundary between physics and biology. The goal is to understand non-linear dynamics of biological systems at the cell and tissue level, e.g. during active motion and spontaneous pattern formation. A particular focus is on the robustness of biological control mechanisms with respect to stochastic fluctuations and parameter variations.
PD Dr. Benjamin Friedrich, research group leader at the Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) and principal investigator of the Cluster of Excellence Physics of Life (EXC PoL), has taken up a Heisenberg Professorship for Biological Algorithms as of April 1, 2021. The tenure-track professorship is located at the EXC PoL at TU Dresden and is associated with cfaed and the Center for Molecular and Cellular Bioengineering (CMCB). In addition, Univ.-Prof. Friedrich teaches at the Faculty of Physics. These diverse assignments already indicate the strongly interdisciplinary research at the new professorship.
Published on Mon, 12 Apr 2021 in NEWS
Mobile phones, smart watches, tablets, headphones – most of our everyday electronic devices are powered by a battery and must be regularly recharged by plugging them into a power outlet. After some years, the battery is worn out and lasts no longer than a few hours. More often than not, the inconvenience of constant recharging prompts us to purchase a new device because replacing the battery is not economically viable or technically infeasible. Although out of our sight, the disposal of discarded batteries and their toxic substances is extremely expensive and environmentally taxing.
Researchers from TU Dresden envision a future where many of the electronic devices around us operate for decades without a battery and manual recharging. These devices will use environmentally friendly capacitors to buffer energy and extract the energy they need to power themselves from the environment. There is an abundance of ambient energy sources still largely unused, such as light, radio-frequency signals, temperature gradients, and vibrations, to name a few. Tapping into those energy sources and leaving batteries behind has the potential to make electronics and computer systems dramatically more sustainable.
In their latest work, Kai Geissdoerfer and Marco Zimmerling show that battery-free electronics can be used to record and trace human encounters, such as contacts of a person with COVID-19 or other contagious diseases. Their custom-designed devices have the size of a sticker with three solar cells on one side and a tiny 47𝜇F capacitor as energy storage. When attached to people, the devices use the electrical energy generated by the solar cells to exchange radio messages with other devices in the surrounding, and to record every detected contact in flash memory. Indoor and outdoor tests show that new contacts are reliably detected within tens of seconds.
This performance is indeed quite remarkable considering the intermittent operation of battery-free devices: Since the power harvested from ambient sources is often weak, a battery-free device needs to buffer energy before it can wake up and operate for a short period of time. Afterward, the device is forced to become inactive until it has buffered sufficient energy again. Intermittent operation complicates communication between battery-free devices because both sender and receiver must have sufficient energy and become active at the same time to successfully exchange radio messages.
Geissdoerfer and Zimmerling are the first to address this fundamental challenge through the analysis, design, implementation, and experimental evaluation of novel hardware and software mechanisms. Their mechanisms reduce the time needed to mutually detect the presence of all battery-free devices in an area by up to 34.4x compared with the best prior solution. The corresponding research paper will be presented at the 18th USENIX Symposium on Networked Systems Design and Implementation (NSDI), which is one of the two premier international scientific conferences in the area of computer networks and data communications.
Researchers from the Networked Embedded Systems Lab at the Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) at TU Dresden have developed a battery-free electronic device that can be used to automatically identify contacts of a contagious person, without needing to be manually recharged.
Published on Wed, 31 Mar 2021 in NEWS
This is where our lecture series comes in. Scientists will provide an interdisciplinary overview of the variety of research areas related to mobility - from sociology to technology development, infrastructure planning and digitization to environmental and economic aspects. The event is part of the studium generale and is also open to TU Dresden students and employees as well as the interested public.
On April 14, Prof. Udo Becker and Dr. Falk Richter from the Chair of Transport Ecology at the Faculty of Transport Sciences "Friedrich List" of the TU Dresden will kick off the event. They will define the term "climate-neutral transport" and discuss which aspects need to be taken into account. The events to follow will include presentations by international speakers from Oxford University, the Centre for European Studies and Comparative Politics in Paris, Delft University and ETH Zurich, among others. The topics will range from necessary changes in politics and administration, possible solutions for increasing the efficiency (and effectiveness) of motorized transport, and cycling as a climate-friendly and health-promoting alternative to the car-based transport.The event is jointly organized by Prof. Marc Timme from the Chair of Network Dynamics at the Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) and the Institute of Theoretical Physics and Prof. Regine Gerike, Chair of Integrated Traffic Planning and Road Traffic Engineering. Both already organized the faculty colloquium "Transport Sciences as an Interdisciplinary Domain: Projects, Findings, Perspectives" in the winter semester 2020/21, which met with a lively interest across institutes and disciplines. The events of the lecture series take place (for the time being) as online events via ZOOM, starting on April 14, 2021, on Wednesdays 4:40 to 6:10 p.m.; further information and registration via the website www.mobility4future.org
„Wie wird Verkehr zukunftsfähig?“ Die neue Ringvorlesung „Mobility4Future – Auf dem Weg zu klimaverträglicher Mobilität“ im Sommersemester 2021 beleuchtet mit nationalen und internationalen Expert:innen Antworten auf diese Frage.
Eine Transformation unserer Verkehrssysteme ist dringend notwendig: Der Transportsektor trägt stark zum menschengemachten Klimawandel bei und gilt als Verursacher vieler ökologischer, ökonomischer und gesundheitlicher Problemen, z. B. durch anhaltend hohe CO2-Emissionen, Partikelbelastung oder Stau. Hinzu kommen eine stetig wachsende Weltbevölkerung und die fortschreitende Urbanisierung. Welche Transportmittel wir wie und auf welchen Wegen in Zukunft nutzen, ob uns Algorithmen dabei steuern und wie viel Fortbewegung und reisen kosten werden – die Mobilität der Zukunft zu gestalten, ist mit vielen Herausforderungen verbunden.
Hier setzt die Ringvorlesung an. Ab dem 14. April, mittwochs zwischen 16:40 bis 18:10 Uhr, geben Wissenschaftler:innen auf Deutsch bzw. Englisch einen fachübergreifenden Überblick über die Vielfalt der Forschungsbereiche rund um Mobilität – von der Soziologie über Technologieentwicklung, Infrastrukturplanung und Digitalisierung bis hin zu Umwelt- und Wirtschaftsaspekten. Die Veranstaltung ist Teil vom studium generale und auch für TU-Mitarbeitende sowie für externe Interessierte offen.
Den Anfang machen am 14. April Prof. Udo Becker und Dr. Falk Richter vom Lehrstuhl für Verkehrsökologie an der Fakultät Verkehrswissenschaften „Friedrich List“ der TU Dresden. Sie definieren den Begriff des „klimaneutralen Verkehrs“ und diskutieren, welche Aspekte dabei zu berücksichtigen sind. Es folgen Vorträge u. a. von internationalen Referent:innen der Oxford University, vom Centre for European studies and comparative politics in Paris, der Delft University und der ETH Zürich. Dabei geht es z. B. um notwendige Änderungen in Politik und Verwaltung, Lösungsmöglichkeiten für eine Effizienzsteigerung beim motorisierten Verkehr oder dem Fahrradfahren als eine klimafreundliche und gesundheitsfördernde Alternative zum Auto.
Die Veranstaltung wird gemeinsam verantwortet von Prof. Marc Timme vom Lehrstuhl für Netzwerk-Dynamik am Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) und am Institut für Theoretische Physik sowie von Prof.in Regine Gerike, Lehrstuhl für Integrierte Verkehrsplanung und Straßenverkehrstechnik. Beide organisierten bereits im Wintersemester 2020/21 das Fakultätskolloquium „Verkehrswissenschaften als interdisziplinäre Domäne: Projekte, Erkenntnisse, Perspektiven“, welches auf ein regen instituts- und disziplinübergreifenden Interesses stieß.
Die Veranstaltungen der Ringvorlesung finden (vorerst) als Online-Veranstaltungen über ZOOM statt. Weitere Informationen und Anmeldung über die Website: www.mobility4future.org.
[Deutsche Version unter 'read more']
"How does transport become sustainable?" In the summer term 2021, the new lecture series -- "Mobility4Future - On the way towards climate-friendly mobility" -- will highlight answers to this question and will be guided by national and international experts. Our transport systems need to be transformed urgently: The transport sector is a major contributor to human-made climate change and is considered to be the cause of many ecological, economic and health problems, not least due to persistently high CO2 emissions, particle pollution or congestion. A growing world population and increasing urbanization make these problems more severe. Which means of transport we will use in the future, how and on which routes, whether we will be guided by algorithms and how much mobility and travel will cost: shaping the mobility of the future comes with many challenges.
Published on Fri, 26 Mar 2021 in PRESS RELEASES
Perovskites, a class of materials first reported in the early 19th century, were “re-discovered” in 2009 as a possible candidate for power generation via their use in solar cells. Since then, they have taken the photovoltaic (PV) research community by storm, reaching new record efficiencies at an unprecedented pace. This improvement has been so rapid that by 2021, barely more than a decade of research later, they are already achieving performance similar to conventional silicon devices. What makes perovskites especially promising is the manner in which they can be created. Where silicon-based devices are heavy and require high temperatures for fabrication, perovskite devices can be lightweight and formed with minimal energy investiture. It is this combination – high performance and facile fabrication – which has excited the research community.
As the performance of perovskite photovoltaics rocketed upward, left behind were some of the supporting developments needed to make a commercially viable technology. One issue that continues to plague perovskite development is device reproducibility. While some PV devices can be made with the desired level of performance, others made in the exact same manner often have significantly lower efficiencies, puzzling and frustrating the research community.
Recently, researchers from the Emerging Electronic Technologies Group of Prof. Yana Vaynzof have identified that fundamental processes that occur during the perovskite film formation strongly influence the reproducibility of the photovoltaic devices. When depositing the perovskite layer from solution, an antisolvent is dripped onto the perovskite solution to trigger its crystallization. “We found that the duration for which the perovskite was exposed to the antisolvent had a dramatic impact on the final device performance, a variable which had, until now, gone unnoticed in the field.” says Dr. Alexander Taylor, a postdoctoral research associate in the Vaynzof group and the first author on the study. “This is related to the fact that certain antisolvents may at least partly dissolve the precursors of the perovskite layer, thus altering its final composition. Additionally, the miscibility of antisolvents with the perovskite solution solvents influences their efficacy in triggering crystallization.”
These results reveal that, as researchers fabricate their PV devices, differences in this antisolvent step could cause the observed irreproducibility in performance. Going further, the authors tested a wide range of potential antisolvents, and showed that by controlling for these phenomena, they could obtain cutting-edge performance from nearly every candidate tested. “By identifying the key antisolvent characteristics that influence the quality of the perovskite active layers, we are also able to predict the optimal processing for new antisolvents, thus eliminating the need for the tedious trial-and-error optimization so common in the field.” adds Dr. Fabian Paulus, leader of the Transport in Hybrid Materials Group at cfaed and a contributor to the study.
“Another important aspect of our study is the fact that we demonstrate how an optimal application of an antisolvent can significantly widen the processibility window of perovskite photovoltaic devices” notes Prof. Vaynzof, who led the work. “Our results offer the perovskite research community valuable insights necessary for the advancement of this promising technology into a commercial product.”
The results were published in the prestigious journal "Nature Communications".
Title: A general approach to high-efficiency perovskite solar cells by any antisolventAuthors: Alexander D. Taylor, Qing Sun, Katelyn P. Goetz, Qingzhi An, Tim Schramm, Yvonne Hofstetter, Maximillian Litterst, Fabian Paulus & Yana VaynzofNature Communications 2021, 12, 1878 DOI: 10.1038/s41467-021-22049-8www.nature.com/articles/s41467-021-22049-8
Contact details:
Prof. Dr. Yana VaynzofChair for Emerging Electronic Technologies at the Institute for Applied Physics and Center for Advancing Electronics Dresden - cfaed at TU DresdenTel. +49 351 463-42132E-Mail: yana.vaynzof@tu-dresden.de
Matthias HahndorfCenter for Advancing Electronics Dresden – cfaed an der TU DresdenScience communicationsTel.: +49 (0)351 463 42847E-mail: matthias.hahndorf@tu-dresden.de
Forscher:innen des Instituts für Angewandte Physik (IAP) und des Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) an der TU Dresden haben eine allgemeine Methode für die reproduzierbare Herstellung von hocheffizienten Perowskit-Solarzellen entwickelt. Die Studie wurde nun im angesehenen Journal Nature Communications veröffentlicht.Perowskite sind eine Materialklasse, die erstmals im frühen 19. Jahrhundert beschrieben wurde. Im Jahr 2009 wurden sie als mögliches Material für die Energiegewinnung aus Solarzellen „wiederentdeckt”. Seitdem haben sie die Forschung im Bereich neuartiger Photovoltaik-Technologien auf den Kopf gestellt. Ihre Wirkungsgrade konnten mit noch nie da gewesener Geschwindigkeit verbessert werden. Diese Effizienzsteigerung war so rapide, dass im Jahr 2021, nach einem guten Jahrzehnt Forschung, Perowskite bereits Leistungen und Wirkungsgrade erreichen, die sich kaum noch von konventionellen Silizium-Solarzellen unterscheiden. Was Perowskite besonders vielversprechend macht, ist die Art und Weise, mit der sie hergestellt werden können. Im Gegensatz zu Silizium-basierten Elementen, die schwer sind und hohe Temperaturen in der Herstellung benötigen, sind Perowskit-Bauteile leicht und lassen sich durch einen viel geringeren Energieeinsatz fertigen. Diese Kombination aus hoher Effizienz und einfacher Herstellung hat die Forschung auf diesem Gebiet beflügelt.
Während die Leistungsfähigkeit von Perowskit-Solarzellen in die Höhe stiegen, wurden andere wichtige Entwicklungen, die es braucht, um eine solche Technologie kommerziell erfolgreich zu machen, vernachlässigt. Ein Problem, dass die Entwicklung von Perowskiten erschwert, ist die geringe Reproduzierbarkeit der elektrischen Bauteile. Während manche Solarzellen die angestrebte Leistungsfähigkeit erreichen können, zeigen andere, die in der exakt gleichen Art und Weise hergestellt wurden, oft signifikant geringere Effizienzen, was die Wissenschaftsgemeinde zusehends frustrierte und ratlos machte.
Jetzt haben Forscher:innen der Forschungsgruppe „Neuartige Elektronik-Technologien“ unter Leitung von Prof. Yana Vaynzof die fundamentalen Prozesse identifiziert, die während der Schichtbildung der Perowskite ablaufen, und die die Reproduzierbarkeit der Photovoltaik-Bauelemente maßgeblich beeinflussen. Bei der Herstellung von Perowskitschichten aus einer Lösung wird im entscheidenden Prozessschritt ein Anti Lösungsmittel aufgetragen, welches die Kristallisation des Materials initiiert. „Wir haben herausgefunden, dass die Dauer, für die die Perowskitschichten dem Anti-Lösungsmittel ausgesetzt sind, einen dramatischen Einfluss auf die finale Bauteilleistung hat. Das ist eine wichtige Variable, die bisher im Herstellungsprozess keine Beachtung gefunden hat“, sagt Dr. Alexander Taylor, Postdoktorand in der Vaynzof-Gruppe und Erstautor der Studie. „Dies beruht auf der Tatsache, dass gewisse Anti Lösungsmittel die Bestandteile der Perowskitschichten teilweise herauslösen und so letztlich deren Zusammensetzung verändern können. Zusätzlich beeinflusst die Mischbarkeit zwischen dem Anti-Lösungsmittel und dem Lösungsmittel, in dem die Perowskite zuvor gelöst waren, den Zeitpunkt des Einsetzens der Kristallisation.“
Die Ergebnisse zeigen, dass bei der Herstellung von PV-Bauelementen im Labor Unterschiede im Prozessschritt des Anti-Lösungsmittels die sehr geringe Reproduzierbarkeit und schwankende Leistungsfähigkeit der Perowskit-Bauteile erklären können. Im weiteren Verlauf der Studie testeten die Forscher eine breite Palette von Anti-Lösungsmitteln und konnten zeigen, dass bei kontrollierter Berücksichtigung der beschriebenen Phänomene quasi jedes Anti-Lösungsmittel hoch-effiziente Bauteile erzeugen kann.
„Durch die Identifizierung der Schlüsseleigenschaften, die ein gutes Anti-Lösungsmittel aufweisen muss, um qualitativ hochwertige Perowskitschichten zu erzeugen, können wir vorhersagen, wie ein neues Anti-Lösungsmittel angewendet werden muss. Somit entfällt die mühsame und oft durch Ausprobieren erreichte Optimierung dieses Prozessschrittes“, fügt Dr. Fabian Paulus, Leiter der Forschungsgruppe „Transport in Hybridmaterialien“ am cfaed und Mitwirkender der Studie, hinzu.
„Ein weiterer wichtiger Aspekt unserer Studie ist, dass wir zeigen konnten, wie eine optimale Anwendung eines Anti-Lösungsmittel das Prozessierungsfenster von Peroswkit-Photovoltaik-Bauteilen beträchtlich vergrößern kann“, erläutert Studienleiterin Prof. Vaynzof. „Unsere Ergebnisse auf diesem Gebiet bieten damit wertvolle Einblicke, um eine Weiterentwicklung dieser vielversprechenden Technologie in ein kommerziell erfolgreiches Produkt zu ermöglichen.”
Die Ergebnisse wurden im prestigeträchtigen Journal „Nature Communications“ veröffentlicht.
Titel: A general approach to high-efficiency perovskite solar cells by any antisolventAutor:innen: Alexander D. Taylor, Qing Sun, Katelyn P. Goetz, Qingzhi An, Tim Schramm, Yvonne Hofstetter, Maximillian Litterst, Fabian Paulus & Yana VaynzofNature Communications 2021, 12, 1878 DOI: 10.1038/s41467-021-22049-8www.nature.com/articles/s41467-021-22049-8
Kontakt:Prof. Dr. Yana VaynzofProfessur für Neuartige Elektronik-Technologien sowie Center for Advancing Electronics Dresden – cfaed an der TU DresdenTel. +49 351 463-42132E-Mail: yana.vaynzof@tu-dresden.de
Matthias HahndorfCenter for Advancing Electronics Dresden – cfaed an der TU DresdenWissenschaftskommunikationTel.: +49 (0)351 463 42847E-mail: matthias.hahndorf@tu-dresden.de
Researchers from the Institute for Applied Physics (IAP) and the Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) at TU Dresden developed a general methodology for the reproducible fabrication of high efficiency perovskite solar cells. Their study has been published in the renowned journal Nature Communications.
Published on Wed, 17 Mar 2021 in NEWS
See the greeting address from cfaed's Board & team to Prof. Xinliang Feng:
Dear Xinliang,
On behalf of the cfaed Board, cfaed Council and entire cfaed team, we sincerely congratulate you on your new position as Director of the Max-Planck Institute of Microstructure Physics in Halle/Saale. This reflects your scientific expertise, great academic successes as well as your leadership skills. We are convinced that you will inspire and challenge your future colleagues in the Department of Synthetic Materials and Functional Devices at the Institute and beyond.
At the same time we are very pleased that you will continue your professorship at TU Dresden and at cfaed. We are looking forward to your unbroken enthusiasm for cfaed and its idea, research, and team members. The tight connection to Halle can provide a solid basis for a fruitful future collaboration.
We wish you a successful start and all the best for your new challenges.
Sincerely,
Thomas, Stefan, and Marc,with the entire cfaed Council & team
Congratulations to cfaed professor Xinliang Feng who was appointed to join the Max Planck Institute of Microstructure Physics in Halle as a new Director! As of 15 March, 2021 he leads the Department of Synthetic Materials and Functional Devices at the Institute. He will continue his work as head of the Chair of Molecular Functional Materials at cfaed / TU Dresden.
More information at MPI Halle site
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