Das Projekt "SGP 1 Grad N Programm: In Richtung Hybridgeräte für Energieumwandlung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Peter Grünberg Institut, PGI-9: Halbleiter-Nanoelektronik durchgeführt. Das Ziel des Projektes ist es, den Schlüssel zu einer guten Leistung von Bulk-Heteroübergang GaAs/Thiophen Hybrid-Solarzellen, basierend auf geordnete Anordnung von GaAs Nanodrähten, zu verstehen. Die spezifische Ziele davon sind: 1. Herstellen von funktionierten Hybrid-Solarzellen. 2. Verstehen der Wirkung von Grenzflächenchemie auf den photovoltaischen Eigenschaften. 3. Einschätzen der optimalen Werkstoffkombination für die Solarzelle. 4. Bewertung möglichen Gewinns aus der geordneten Struktur aus GaAs Rückgrat der Solarzelle. Die Verwendung von hochgeordneten Materialien ist wesentlich für das Verständnis von der Leistung der Hybridsolarzellen. Aber wir wollen evaluieren, ob es auch für die praktischen Systeme Vorteile bringen kann. Diese Arbeit wird von Forschungszentrum Jülich (FZJ) und Technische Universität Nanyang (NTU) durchgeführt. NTU wird für die Oberflächenchemie, die Nanostrukturierung und die Evaluierung von Geräten zuständig sein. FZJ wird verantwortlich für das Wachstum von GaAs Nanodrähten und auch für die Evaluierung der Devicephysik sein. Besuchen zwischen FZJ und NTU wird den reibungslosen Ablauf des Projektes unterstützen. Am Anfang des Projektes wird die erste Sitzung über die detaillierte Planung stattfinden. Nach der Sitzung besuchen sich alternative FZJ und NTU alle 3 Monate für 1 bis 4 Woche. Am Ende des Projektes werden in einem Treffen die Arbeiten zusammengefasst, und die zukünftige Orientierungen bestimmt.
Das Projekt "Teilprojekt 7: SiO2-Verwertung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Loser Chemie GmbH durchgeführt. Im Mittelpunkt des Vorhabens steht die Materialklasse Galliumarsenid. Nach heutigem Stand der Technik werden noch nicht alle Abfallströme wiederverwertet und auch die Stoffe und Materialien, die im Zusammenhang mit dem Produktionsprozess von GaAs-Wafern zusammenhängen, werden aktuell noch verworfen. Ziel des beantragten Vorhabens besteht darin, die weitere Schließung der Stoffkreisläufe zu erreichen und dabei vor allem gegen die längerfristige Verknappung des strategisch wichtigen Rohstoffs Gallium anzukämpfen. Dazu werden verschiedene Ansätze zur Verwertung aller Abfälle entlang der gesamten Recyclingprozesskette durch interdisziplinär zusammenarbeitenden Partnern untersucht, um auch durch Nutzung der Nebenströme am Ende ein möglichst auch ökonomisch sinnvolles Ergebnis zu erhalten. Dies umfasst sowohl das Gallium-Recycling, als auch die Betrachtung von Arsen und SiO2. Im Teilvorhaben der Loser Chemie GmbH sollen konkrete Vorschläge und Technologien erarbeitet werden, die neben dem Fokus Gallium, auch die Verwertung der im Prozess verwendeten Hilfsmittel, wie gerade SiO2-Slurries ermöglichen und schließlich ein wirtschaftliches Recycling von Ga eröffnen. Die Arbeiten zum Teilvorhaben gliedern sich in folgende Bereiche: -Isolation der Si-Komponente und Reinigung - Sammel- und Separationstechnologien -Charakterisierung und Analytik (auch Methodenentwicklung entsprechend QM Rohstoffeingang -Vergleich Druckaufschluss vs. Rückfluss - Modifikation der SiO2-Oberflächen (Ladungsänderung, funktionelle Gruppen) -Sol/Gel-Prozesse -Wirkung als Wasserhilfsmittel (Fällung, Klärung, Flockung - auch speziell zur Behandlung von Blaualgen) -Eignungstests zur Herstellung von speziellen Zeolithen (gesteuerte Reaktion mit Aluminiumsulfaten bzw. Aluminiumchloriden).
Das Projekt "Photovoltaik und die RoHS Direktive" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH durchgeführt. Photovoltaik ist einer der vielversprechenden Energieträger einer zukünftigen nachhaltigen Energieversorgung. Dementsprechend gibt es bei der Photovoltaik zahlreiche Bemühungen zur Verringerung der Produktionskosten und zur Erhöhung des Wirkungsgrades. In der Folge dieser Bemühungen, kommen insbesondere bei den in der Photovoltaik eingesetzten Halbleitern eine Vielzahl unterschiedlicher Stoffe zum Einsatz. Diese Alternativen haben insbesondere bei Dünnschichtzellen an Bedeutung gewonnen. Hier wird neben Silizium gegenwärtig insbesondere Cadmiumtellurid (CdTe) eingesetzt. Daneben werden für den zukünftigen Einsatz Gallium-Arsenid, Indiumphosphid und weitere Stoffe diskutiert, die teilweise deutlich höhere Wirkungsgrade versprechen. Eine Reihe dieser Stoffe ist als toxikologisch bedenklich einzustufen, das gilt ebenfalls für eine einige weitere Einsatzstoffe wie etwa Blei in den verwendeten Loten. Die Verwendung dieser Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten ist daher in der EG-Richtlinie 2002/95/EG (RoHS) geregelt. Die Photovoltaik wird jedoch bisher nicht von der RoHS erfasst. Vor diesem Hintergrund soll daher diskutiert werden, ob eine Einbeziehung der Photovoltaik unter den Geltungsbereich der RoHS geboten erscheint oder nicht.
Das Projekt "Defektfreie Präparation und Charakterisierung von III-V-Filmen auf Si(100)-Substraten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Ilmenau, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano, Fachgebiet Photovoltaik durchgeführt. III-V Mehrfachsolarzellen erreichen bei weitem die höchsten Umwandlungseffizienzen von Sonnenlicht in elektrischen Strom von bis zu 38 %. Der Einsatz der III-V Halbleiter in photovoltaischen Flachmodulen schien bisher aufgrund hoher Herstellungs- und Substratkosten als höchst komplex und daher schwierig. Die Verbundpartner am Fraunhofer ISE, der TU Ilmenau und der Universität Marburg konnten aber kürzlich zeigen, dass sich III-V Verbindungen mit hoher Qualität auch direkt auf Silicium abscheiden lassen. Nur wenige Mikrometer an III-V Halbleitermaterial reichen dabei aus, um Mehrfachsolarzellen mit Wirkungsgraden von über 30 Prozent auf Si zu realisieren. Die Kombination etablierter Silicium Solartechnologie mit den Vorteilen der III-V Halbleiter, eröffnet neue Optionen für höchsteffiziente Solarzellen und steht im Mittelpunkt des Projekts MehrSi. Durch eine Reduktion von Defektdichten und durch optimierte Solarzellenstrukturen sollen erstmals direkt auf Si gewachsene GaInP/GaAs(P) Mehrfachsolarzellen mit größer als 30 Prozent Effizienz demonstriert werden. Neben grundlegender Material- und Bauelemententwicklung in den Forschungsgruppen werden Produktionsaspekte von Anfang an berücksichtigt. Der MOVPE Anlagenhersteller Aixtron SE bringt seine langjährige Erfahrung aus der LED Fertigung ein und wird Konzepte für großflächige und kostengünstige III-V Epitaxieprozesse erarbeiten. Das Fraunhofer ISE und die Firma Aixtron SE gewährleisten eine Verwertung der Projektergebnisse im Maschinenbau sowie in der PV Industrie in Deutschland. Um die Ziele des Forschungsprojektes im Verbundprojekt zu erreichen, werden die Aufgaben in vier Arbeitspakete (AP) gegliedert: AP1: Nukleation auf Silicium, AP2: Metamorphe Pufferschichten auf Silicium, AP3: III-V Mehrfachsolarzellen auf Silicium, AP4: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Hochdurchsatz MOVPE.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung innovativer Materialien und Prozesse für optoeletronische Bauelemente auf der Basis von GaAs und SiC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik im Forschungsverbund Berlin e.V. durchgeführt. Die drei Forschungsinstitute FBH, HHI und IAF werden im Rahmen dieses Vorhabens gemeinsam die in der Literatur vorhandenen toxikologisch relevanten Materialdaten der als prioritär eingestuften Verbindungshalbleiter sichten. Das FBH ist dabei für GaAs und SiC zuständig. Die Ergebnisse werden in einer Literatur-Datenbank zusammentragen. Durch Prüfung der verfügbaren Daten werden Datenlücken identifiziert und an die Verbundpartner kommuniziert. Eine Kurzform der Ergebnisse wird dann in ein für den Datenaustausch mit EU-Institutionen kompatibles Datenbankformat übertragen. Nur auf diese Weise sind sie auch unmittelbar, z.B. für die Erstellung eines REACH Dossiers. An den Instituten HHI und FBH werden Freisetzungspotentiale von Stoffen in der Produktion und dessen Umfeld untersucht. Die Messstrategie für die einzelnen Herstellungsschritte wird am FBH exemplarisch für GaAs durchgeführt. Dabei wird analog zu allen einschlägigen Normen vorgegangen. Die Messkampagnen gliedern sich entlang der Prozessschritte. Sie erfolgen in der Zu- und Umluft sowie an potenziell gefährdeten Arbeitsplätzen. Prozessabwässer werden auf Bestandteile der Ausgangsstoffe untersucht und mit den jeweiligen Löslichkeiten korreliert.
Das Projekt "Teilprojekt 1 Technologieentwicklung Laugung, Fällung, Flockung und Integration der Prozessstufen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH durchgeführt. Das Gesamtprojekt umfasst die Gewinnung von Ga (und As) aus Produktionsabfällen der GaAs-Halbleiterindustrie. Es sollen Technologien entwickelt werden, um die Wertstoffe der Halbleiterindustrie zu recyceln und bis zum Reinstprodukt aufzuarbeiten. Ziel ist die nahezu vollständige Rückführung des Ga in die Produktion und die Verwertung der Reststoffe bis zu einer zero waste technology. G.E.O.S. entwickelt im TP 1 Technologien, um die gelösten und festen Ga-haltigen Produktionsabfälle der GaAs-Wafer-Herstellung chemisch und physikalisch aufzuschließen, die Elemente Ga, As und weitere Produktionsrückstände abzutrennen und in Zwischenprodukten anzureichern. Der Projektteil stellt im Projektverbund eine Zwischenstufe dar zur Produktion hochreinen Galliums, welches wieder in den Produktionskreislauf zurückgeführt werden soll. Dazu soll ein Demonstrator entwickelt werden, mit welchem im Kleinmaßstab die Zwischenprodukte für hochreine Stoffe produziert werden können. Nachdem eine Aufstellung aller Ga-haltigen Produktionsabfälle durchgeführt wurde, werden für diese Aufschluss-, Anreicherungs- und Trennverfahren entwickelt, um die Wertstoffe zu extrahieren. Im Verbund mit den Projektpartnern werden die Konzentrate in ihre Wertelemente getrennt, gereinigt und als Zwischenprodukte durch verschiedene Verfahren angereichert. Die benötigten Prozessstufen werden zu einer integrierten Technologie gekoppelt. Die zu entwickelnden technologischen Fließbilder dienen als Planungsgrundlage eines Demonstrators zum Ga-Recycling. Der Demonstrator soll die wichtigsten Prozessschritte zur Gewinnung des Ga enthalten. Die mit dem Demonstrator erzielten Ergebnisse dienen der Bewertung der Wirtschaftlichkeit auf der Basis eines Technologie-Scale up.
Das Projekt "Technologien fuer Solarzellen aus III-V-Verbindungshalbleitern mit hoher Leistungsdichte und hohem Wirkungsgrad" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Gegenstand des geplanten Vorhabens ist die Entwicklung von kostenguenstigen, hocheffizienten Konzentrator-Solarzellen aus III-V-Verbindungs-Halbleitern. Neben Galliumarsenid-Zellen werden Tandemkonzentratorzellen der Systeme AlGa As/Si und GaAs/GaSb prozessiert werden. Diese Zellen sollen in ein Testarray eingebaut und im Freien erprobt werden. Die GaAs und AiGaAs-Solarzellenstrukturen werden mittels Fluessigkeitsphasenepitaxie (LPE) aufwachsen, wobei hauptsaechlich das LPE-Etchback-Regrowth (LPE-ER)-Verfahren zum Einsatz kommen wird, das sich durch Einfachheit und hohe Zuverlaessigkeit auszeichnet. Die im ISE entwickelte Multiwafer-Epitaxie soll so erweitert werden, dass 50ch Flaeche pro Epitaxielauf aufwachsen werden koennen. Fuer aufwendigere Schichtstrukturen werden Schichten nach dem MOCVD-Verfahren epitaxiert werden. Dies soll in Zusammenarbeit mit der Firma ASE und den Universitaeten Stuttgart und Freiburg erfolgen. Fuer die Herstellung von GaSb-Solarzellen-Schichtstrukturen wird in Zusammenarbeit mit dem OPFFE-Institut, St. Petersburg, ein neues Verfahren auf der Basis von Gasphasendiffusion entwickelt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung der Stoffströme und Freisetzungspotentiale beim Recycling der Materialien GaAs und InP" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Dr. Jörg Schwar - III/V-Reclaim durchgeführt. Deutsche Unternehmen der Opto- und Elektronikindustrie sind auf den Einsatz von Spezialwerkstoffen der Hochtechnologie angewiesen. Deutschland hat sich im Bereich der Opto- und Elektronikindustrie aufgrund aufwendiger, langjähriger Forschungsarbeit eine herausragende internationale Position erarbeitet. Es folgt darin auch den Ansprüchen der europäischen und deutschen Chemikaliengesetzgebung an Gesundheits- und Umweltschutz sowie Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit. In den letzten Jahren wurden Verfahren zur Bewertung, Einstufung und Kennzeichnung solcher nach Tonnage eher kleiner, technologisch aber hoch bedeutender Materialien (z.B. Galliumarsenid, Indiumphosphid) durch die Fachbehörden der Europäischen Union nach REACh/CLP1 durchgeführt. Diese Materialien sind die Funktionswerkstoffe in Leuchtdioden, Lasern in Medizin und Materialbearbeitung, Datennetzen, Mobilfunktechnik, Auto- und Flugzeugradar und konzentrierter Photovoltaik. Die Einstufungsverfahren bilden die Grundlage für mögliche nachfolgende Regulierungs- und Beschränkungsprozesse unter REACH und die Ausstrahlung in ca.20 weitere Rechtsgebiete. Forschung und Industrie stimmen darin überein, dass die von den EU-Fachbehörden zur Umsetzung der CLP-Verordnung verwendete Informationsbasis für die Bewertung und Einstufung der Materialien in vielen Fällen unzureichend ist. So stehen beispielsweise Bewertungs- und Einstufungsergebnisse zum Schlüsselwerkstoff Galliumarsenid im Widerspruch zu übereinstimmenden Empfehlungen beteiligter Toxikologen wie auch aktuellen wissenschaftlichen Veröffentlichungen. Die europäischen Ansprüche an nachhaltige Chemikaliennutzung, Gesundheits- und Umweltschutz als auch industrielle Wettbewerbsfähigkeit in Balance zu bringen, erfordert deshalb zwingend, weitere wissenschaftliche Grundlagen zu erarbeiten, die eine fachlich korrekte Bewertung und Einstufung der Materialien und Ihrer industriellen und gesellschaftlichen Anwendungspraxis ermöglichen. Das Ziel des vom Bundesforschungsministerium geförderten Verbundprojekts TEMPO (Toxikologische, physikalisch-chemische und gesellschaftliche Erforschung innovativer Materialien und Prozesse der Optoelektronik) besteht darin, diese wissenschaftliche Grundlage für die Stoffe Galliumnitrid, Galliumarsenid, Siliziumcarbid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und Galliumantimonid substanziell mit einem ganzheitlichen Ansatz zu vertiefen. Dazu wird vorhandenes (Material-)Wissen konzentriert, es werden Wissensdefizite identifiziert und durch experimentelle Untersuchungen, u.a. zu toxikologischen Schlüsselfragen wie Lungenwechselwirkungen und Bioverfügbarkeit, geschlossen. Der Projektschwerpunkt liegt darüber hinaus auch auf der Analyse der Expositionsrisiken und der vorhandenen Risikomanagementpraxis während des ganzen Lebenszyklus der betreffenden Stoffe von den Arbeitsplätzen bei der Herstellung bis hin zum Produktrecycling.
Das Projekt "Epitaxie, Prozessierung und Charakterisierung von III-V Mehrfachsolarzellen auf Silicium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. III-V Mehrfachsolarzellen erreichen bei weitem die höchsten Umwandlungseffizienzen von Sonnenlicht in elektrischen Strom von bis zu 38 %. Der Einsatz der III-V Halbleiter in photovoltaischen Flachmodulen schien bisher aufgrund hoher Herstellungs- und Substratkosten als unrealistisch. Die Verbundpartner am Fraunhofer ISE, der TU Ilmenau und der Univ. Marburg konnten aber kürzlich zeigen, dass sich III-V Verbindungen mit hoher Qualität auch direkt auf Silicium abscheiden lassen. Nur wenige Mikrometer an III-V Halbleitermaterial reichen dabei aus, um Mehrfachsolarzellen mit Wirkungsgraden von über 30 % auf Si zu realisieren. Die Kombination etablierter Silicium Solartechnologie mit den Vorteilen der III-V Halbleiter, eröffnet neue Optionen für höchsteffiziente Solarzellen und steht im Mittelpunkt des Projekts MehrSi. Durch eine Reduktion von Defektdichten und durch optimierte Solarzellenstrukturen sollen erstmals direkt auf Si gewachsene GaInP/GaAs(P) Mehrfachsolarzellen mit größer als 30 % Effizienz demonstriert werden. Neben grundlegender Material- und Bauelemententwicklung in den Forschungsgruppen werden Produktionsaspekte von Anfang an berücksichtigt. Der MOVPE Anlagenhersteller Aixtron SE bringt seine langjährige Erfahrung aus der LED Fertigung ein und wird Konzepte für großflächige und kostengünstige III-V Epitaxieprozesse erarbeiten.
Das Projekt "Quadruple GaAs Solarzellen und 'Light Film Assemblies' für Raumfahrtanwendungen (L-QUAD)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AZUR SPACE Solar Power GmbH durchgeführt. Mit der Zuwendung werden die in den BMBF Vorhaben 50JR0244, 50JR0245 und 50JR0442 durchgeführten grundlegenden Arbeiten weitergeführt und zur Anwendungsreife gebracht, um letztendlich Quadrupelsolarzellen auf der Basis von III-V-Verbindungshalbleitern für die Anwendung im Weltraum herstellen zu können. Unter Verwendung der MOVPE-Technologie hat sich aus der Untersuchung unterschiedlicher Strukturmaterialien vor allem GaInNAs als ein aussichtsreicher Kandidat erwiesen. Mit seiner Einführung als Subzelle sind komplett neue Solarzellentechnologieprozesse zu untersuchen und zu implementieren. Die Arbeitsplanung erfolgt durch die Definition von Arbeitspaketen, die innerhalb einer Logistikstruktur im technischen Teil des Antrags dargestellt ist. Die Ergebnisverwertung liegt in der Schaffung der wissenschaftlichen Voraussetzungen für die Herstellung von Galliumarsenidsolarzellen mit Wirkungsgraden von über 30 Prozent (beginning of life). Diese Solarzellen sollen sowohl in Standardtechnologie, als auch in der Technologie 'Light Film Assemblies' hergestellt werden.
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