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Commercial process outline for crystalline silicon thin film solar cells and modules

Das Projekt "Commercial process outline for crystalline silicon thin film solar cells and modules" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. General Information: Thin film technologies to fabricate solar cells offer a high potential for a breakthrough in production cost since they consume less materials and ease the introduction of mass production techniques, as compared to the currently dominating wafer-based silicon technology. One of the most promising of these thin film approaches is the crystalline silicon thin film cell. A consortium has been formed by partners from industry and from research organisations to investigate the potential of the new technology. The main goals are: - to define a cell concept appropriate to an industrial product - to show the feasibility of essential process steps - to perform a careful economic process evaluation In this project, only the high temperature approach for the silicon deposition will be discussed, and for economic reasons only chlorosilanes are discussed as silicon source. This limits the substrate materials to those that can withstand temperatures of higher than 1000 C, and which are chemically stable in contact with silicon at this high temperature. Furthermore, it has been decided to focus mainly on substrate materials based on silicon. This can be silicon itself, crystallised in form of sheets, or it can be a ceramic material based on silicon oxides, nitrides, or carbides. Expected achievements are the demonstration of: - an appropriate substrate and a low-cost fabrication technique - a fast and cost-effective deposition technique for silicon films - a cell technology which is compatible with mass fabrication - interconnection and encapsulation schemes for these new cells. An important feature of the research is the inclusion of a thorough economic evaluation. The Consortium is confident to be able to deliver data for an in-depth comparison of the new technology with other thin-film options, but also with the conventional thick silicon technique. It is the intention of this proposed work to direct research and development in the field of the crystalline silicon thin film solar cells towards the industrial perspectives. Prime Contractor: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., Institut für Solare Energiesysteme; Freiburg im Breisgau; Germany.

Synthese von neuen Prozessgasen fuer die Abscheidung von amorphem Silicium(carbid) a-Si(C)

Das Projekt "Synthese von neuen Prozessgasen fuer die Abscheidung von amorphem Silicium(carbid) a-Si(C)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Anorganisch-Chemisches Institut durchgeführt. Amorphes Silicium fuer photovoltaische Zwecke wird nach konventionellen Methoden aus Silangas hergestellt, dem zum Zwecke der Dotierung in kleinen Mengen Fremdgase zugemischt werden. Wenn zur Veraenderung der elektronischen Eigenschaften Legierungen mit Kohlenstoff oder anderen Elementen abgeschieden werden sollen, dann wird zusaetzlich ein Kohlenstofftraeger zugegeben, zB Methan oder Acetylen. Diese Trennung von Silicium- und Kohlenstoffquelle bringt viele Nachteile mit sich, so dass hier und an vielen anderen Stellen schon frueh erwogen worden ist, Gase einzusetzen, die von vornherein alle notwendigen Komponenten enthalten. Das so thematisch vorgegebene Forschungsprogramm hat die Darstellung neuer Prozessgase zum Ziel, aus denen sich unter geeigneten Bedingungen amorphe Schichten von Siliciumcarbid gewinnen liessen, die in ihren Eigenschaften mindestens den Materialien entsprechen, die nach etablierten Verfahren erhalten werden. Im einzelnen gelten die laufenden Aktivitaeten der Herstellung von Polysilylmethanen, -ethenen und -ethinen mit hohem Siliciumgehalt. Schon entwickelte Verfahren sollen weiter optimiert und neue Verfahren sollen gefunden werden. In einer begleitenden Versuchsreihe werden darueberhinaus Vorstufen fuer amorphes Siliciumnitrid hergestel, um auch verbesserte Moeglichkeiten zur Abscheidung von sog Plasmanitrid zu eroeffnen. Die neuen Prozessgase muessen den Anforderungen entsprechend in Reinstform erhalten und analytisch spezifiziert werden. Es sind Verfahren zu ihrer Handhabung zu entwickeln, wobei die geringere Empfindlichkeit gegen Luft und Feuchtigkeit wichtige Vorteile bringen sollte. Polysilylmethane sind naemlich in der Regel nicht selbstentzuendlich.

Erforschung des Einsatzes von Siliciumnitrid-Wälzlagern in einem Ottomotor zur Herabsetzung der inneren Motrorreibung mit dem Ziel der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen

Das Projekt "Erforschung des Einsatzes von Siliciumnitrid-Wälzlagern in einem Ottomotor zur Herabsetzung der inneren Motrorreibung mit dem Ziel der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CEROBEAR GmbH durchgeführt. Das Ziel des Verbundprojekts ist die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2 Emission um ca. 8 v.H. im NEDC (New European Driving Cycle) durch eine Verminderung der Motorreibung um etwa 30 v.H. Als Vergleichsbasis dient ein Serienmotor, der bereits reibungstechnisch als 'best in class' den Stand der derzeitigen Technik markiert. Dieses Ziel soll durch mehrere, aufeinander abgestimmte Maßnahmen erreicht werden. Kernstück ist eine mit keramischen Zylinderrollen gelagerte Kurbelwelle. Neben der Umstellung von gleitgelagerten Kurbelwellen- und Pleuellagern auf Wälzlager wird ein neuartigen Leichtbaupleuel und ein Siliciumnitrid-Kolbenbolzen erforscht. Nach Abschluss des Projekts stehen Werkstoffe und Technologien zur Verfügung, mit denen Hybridwälzlager und Keramikbolzen für einen reibungsreduzierten Verbrennungsmotor in Serie gefertigt werden können. Mit einer Einführung in den Markt wird ca. 3 Jahre nach Projektende gerechnet.

Teilprojekt SCHOTT AG: Entwicklung von bleifreien Gläsern und Glaspulvern

Das Projekt "Teilprojekt SCHOTT AG: Entwicklung von bleifreien Gläsern und Glaspulvern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schott AG durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, RoHS-konforme, insbesondere bleifreie, Pasten zur Vorderseite-Metallisierung von kristallinen Silizium-Solarzellen zu entwickeln. Hierzu werden verschiedene Ansätze zur Herstellung niedrig schmelzender Lotgläser sowie zusätzlicher anorganischer Komponenten bewertet. Zusätzlich werden die Gläser bzw. anorganischen Komponenten aufgemahlen (bei Variation u. a. der Mahlverfahren und der hieraus resultierenden Korngrößen) und mit verschiedenen Verfahren bzgl. des thermischen und des Redoxverhaltens charakterisiert. Es folgt die Zurverfügungstellung von hieraus ermittelten Varianten in Form von Glaspulvern zur Herstellung von Silberpasten und Solarzellen in den übrigen TPs. In Rückkopplung mit den anderen Paketen folgt die Entwicklung eines Glaspulvers (ggf. mit anorganischen Zusätzen), das die Herstellung von ROHS-konformen Silberpasten ermöglicht, die in den erzielten Solarzelleneigenschaften mindestens so gut ist wie der derzeitige Stand der Technik mit bleihaltigen Pasten. Arbeitsplanung: 1. Schritt: Screening und Entwicklung geeigneter Vortestverfahren - 2.Schritt: Auswahl von 2-3 Glassystemen und Eingrenzung von Zumischkomponenten - 3. Schritt: Statistische Versuchspläne - 4. Schritt: Feinoptimierung - Methoden: Schmelzen und Aufmahlen der Gläser, Einbrandversuche auf SiN-beschichteten Si-Wafern, chemische Oberflächenanalysen, Beständigkeitsanalyse, differentielle Thermoanalyse, Pulvercharakterisierung - Parallel: Optimierung der Pulvereigenschaften (Mahlverfahren, Korngröße).

2Power - Einrichtung eines Labors für Si-Perowskit-Tandemsolarzellen

Das Projekt "2Power - Einrichtung eines Labors für Si-Perowskit-Tandemsolarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Solarenergieforschung GmbH durchgeführt. Das ISFH verfolgt einen neuartigen Tandem-Ansatz für die kristalline Silizium (c-Si) - Bottom-Solarzelle, der auf die in den letzten Jahren am ISFH entwickelten c-Si Solarzellen aufbaut. Das ISFH hat in den vergangenen 12 Jahren wichtige Beiträge zu der Entwicklung von 'passivated emitter and rear cell' (PERC, Monofazial - Rückseite vollflächig mit Aluminium bedruckt) und PERC+ (Bifazial - Rückseite mit Aluminium Fingergrid) Solarzellen geleistet, welche heute etwa 70% des Weltmarktes einnehmen. Zudem hat das ISFH in den vergangenen 6 Jahren die passivierenden 'polycrystalline (poly) silicon on oxide' (POLO) Kontakte auf poly-Si Basis entwickelt mit einem Labor-Rekordwirkungsgrad von 26,1%. In dem 2Power Projekt installiert das ISFH eine neue Beschichtungsanlage und entwickelt neue Beschichtungsprozesse, welche für die Herstellung und Weiterentwicklung der neuartigen industriellen Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle von zentraler Bedeutung sind. Die neue 'plasma-enhanced chemical vapor deposition' (PECVD) Anlage wird die einseitige Abscheidung von dotierten poly-Si Schichten und zudem die Abscheidung von Aluminium dotiertes Zinkoxid (ZnO:Al) mittels PECVD ermöglichen. Die Kombination aus beiden Schichtsystemen ist ein sehr vielversprechender Kandidat für den elektrischen Kontakt zwischen einer Silizium-Bottom- und einer Perowskit-Top-Solarzelle. Die Rückseite der Bottom-Solarzelle entspricht der PERC+ Solarzelle, wofür die neue PECVD Anlage die industrielle Abscheidung von Aluminiumoxid (AlOx)/Siliziumnitrid (SiN) Schichten bereitstellt. Im 2Power Projekt sollen alle 4 PECVD Beschichtungsprozesse (ZnO:Al, Phosphor (n) - , Bor (p) dotiertes poly-Si, AlOx/SiN) eingefahren und optimiert werden und somit eine Leerlaufspannung (Voc) der c-Si Bottom-Solarzelle größer als 700 mV demonstriert werden.

Konstruktion, Bau und Erprobung eines neuartigen, mit Keramik-Komponenten bestueckten 2-Takt-2-Zylinder-Motors nach dem Ficht-Prinzip fuer Kleinwaermepumpen und KKW im Leistungsbereich von 5 KW

Das Projekt "Konstruktion, Bau und Erprobung eines neuartigen, mit Keramik-Komponenten bestueckten 2-Takt-2-Zylinder-Motors nach dem Ficht-Prinzip fuer Kleinwaermepumpen und KKW im Leistungsbereich von 5 KW" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rosenthal Technik durchgeführt. Weiterentwicklung, Bau und Erprobung eines neuartigen, mit Keramik-Komponenten bestueckten 2-Takt-2-Zylinder-Motors nach dem Ficht-Prinzip. Die Verwendung von Keramikkomponenten soll den gezielten Einsatz von Biogas und anderen schadstoffhaltigen, korrosiven Brenngasen ermoeglichen. Das zu entwickelnde Motormodul soll eine Leistung von 5 KW bei 15oo upm haben, Standzeiten groesser bzw. gleich 20000 h ermoeglichen und als Antrieb fuer Kleinwaermepumpen und KKW geeignet sein. Keramikkomponenten: Zylinderbuechse, Kolben, Zylinderkopfauskleidung, Lager, Fuehrungsbuechse, Ein-/Auslasskanaele, Werkstoff: RoCAR (Siliciumcarbid), RoSINIT (Siliciumnitrid), RoALTIT (Aluminiumtitanat).

Thin film solar module encaspulation processes for large scale manufacturing

Das Projekt "Thin film solar module encaspulation processes for large scale manufacturing" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. General Information/Project Objectives: The results of the APAS study MUSIC-FM in which the manufacturing costs for thin-film solar modules at an annual capacity of 500MWp were calculated, has shown that a large cost contribution is given by the standard encapsulation process. it was proposed that a conformal costing (either a single layer or multiple layers) deposit by fast and low processes shall replace the combination of cover glass and polymer encapsulant. Materials and processes to realize these alternative encapsulations are the objectives of the project. The state-of the -art encapsulation which is presently used for CIS (CuInSe2) as well as for CdTe (and aSi) modules will be the standard all the new encapsulants to be developed will be compared with. The specifications to be met are given in the international standard IEC 1646. Technical Approach: The approach of the proposed project is to use a conformal coating which allows continuous processes, reduces weight and energy consumption. There are several possible alternatives: - Organic-inorganic nano-composites and laminated coatings for long term corrosion and mechanical protection of CIS and CdTe solar modules - Organic coatings formed by plasma polymerisation - Polymeric organic coatings deposited from solutions and suspensions - Conformal coating with parylene, a polymer substance used in electronics as one of the best conformal coatings for components and printed circuit boards - High-rate plasma deposition of inorganic compounds with known barrier properties as they are used in the microelectronics and display industry: silicon oxide and nitride, glasses like PSG and BPSG, also including graded coatings. It is also intended to combine two or more of these layers to form layered structures or to combine the described layers with plastic or glass foils resp. to form multiple layers to combine the properties of the single coatings and to adapt the properties of the modules to specific applications. Expected Achievements and Exploitation: PLANS After successful completion of the project the partners will be able to produce low-cost thin-film solar modules based in CIS and CdTe-technology, which will be stable enough for the major part of applications. Due to the lower production costs the alternative encapsulation technology will help to proliferate photovoltaics in the future. there is also an exploitation potential outside PV since hermetic coatings are required in electronics, sensor technology and others. Prime Contractor: Zentrum für Solarenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg; Stuttgart; Germany.

Erforschung des Einsaztes von Siliciumnitrid-Wälzlagern in einem Ottomotor zur Herabsetzung der inneren Motorreibung mit dem Ziel der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2 Emissionen

Das Projekt "Erforschung des Einsaztes von Siliciumnitrid-Wälzlagern in einem Ottomotor zur Herabsetzung der inneren Motorreibung mit dem Ziel der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2 Emissionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FEV Motorentechnik GmbH durchgeführt. Ziel ist die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2 Emission um ca. 8 v.H. durch eine Verminderung der Motorreibung um etwa 30 v.H.. Kernstück ist eine mit keramischen Zylinderrollen gelagerte Kurbelwelle. Der 'rollengelagerte Motor' umfasst neben der Umstellung von Kurbelwellen- und Pleuellagern auf Wälzlager auch Leichtbaupleuel mit Siliciumnitrid-Kolbenholzen. Es wird ein Mehrzylinder-Versuchsträger aufgebaut zur Erforschung der Lebensdauer, der Akustik, der Geometrie sowie der Verbrauchsreduktion. Weiterhin ist die Auslegung der Hybrid-Rollenlager und ihre Anbindung an die gebaute Kurbelwelle und an das Leichtbaupleuel zur Kompensation des prinzipbedingten höheren Gewichtes erforderlich. Zur Realisierung des Leichtbaupleuels und verringerter Motorschwingungen gehört die Erforschung geeigneter keramischer Kolbenholzen. Kraftstoffverbrauch und Emissionsverhalten sind heute für den wirtschaftlichen Erfolg jedes Automobilherstellers mit ausschlaggebend. Es gilt durch intelligente Nutzung moderner Materialien und Verfahren die Flottenverbräuche und das Emissionspotenzial auf breiter Linie zu senken. Die genannten Ziele tragen dazu bei diese Vorgaben zu erfüllen.

Teilprojekt: Entwicklung und Aufbau der Erwärmungseinheit zur Beheizung von Heißnietstempeln

Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung und Aufbau der Erwärmungseinheit zur Beheizung von Heißnietstempeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bach Resistor Ceramics GmbH durchgeführt. Ziel des Verbundprojektes 'HeiKun' ist die Entwicklung eines innovativen Anlagenkonzeptes zum energieeffizienten Heißnieten von Kunststoffbauteilen. Der zu entwickelnde Anlagenprototyp, welcher hauptsächlich zur Durchführung von Erprobungsversuchen dient, sollte zur Gestaltung eines wirklichkeitsgetreuen Prozessablaufs möglichst nah einer kommerziellen Heißnietanlage entsprechen. Das neue Anlagenkonzept basiert auf folgenden Grundideen. Zum einen werden anstelle der üblichen metallischen Heizpatronen neue keramische Heizelemente mit hoher Leistungsdichte zum Aufheizen der Nietstempel eingesetzt. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, eine wesentlich schnellere und effektivere Stempelerwärmung zu realisieren. Der zweite Kerngedanke liegt in der Entwicklung neuartiger Heißnietstempel mit integrierten Funktionalitäten auf Grundlage der Anwendung von additiven Fertigungsverfahren zu deren Herstellung. Zu diesen integrierten Funktionalitäten gehören insbesondere eine Innenkühlung mit Druckluft sowie eine thermische Trennung zwischen dem beheizten Bereich um die Stempelspitze und den kalten Zonen. Das Teilprojekt der Firma Bach Resistor Ceramics hat als Ziel, die Erwärmungseinheit für die Heißnietstempel zu entwickeln, zu Konstruieren und für die Prototypenanlage herzustellen. Dabei sollen keramische Heizelemente aus Siliziumnitrid mit integrierten keramischen Heizleiter auf die Anforderungen in der Anlage hinsichtlich äußere Abmessungen, Leistungsverteilung, Leistungsdichte, Aufheizraten und Temperaturverteilung angepasst werden. Die Ansteuerung und Regelung der Heizelemente wird durch Temperatursensoren in den Heizern und Nietstempeln realisiert, sodass die Aufheiz- und Abkühlkurven sowie die Regelung der Zieltemperatur ohne Überschwingen ermöglicht werden kann.

Trägersubstrate für Katalysatorschichten

Das Projekt "Trägersubstrate für Katalysatorschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Mikroelektronik Stuttgart durchgeführt. Die breite Markteinführung von Brennstoffzellen wird durch den Einsatz teurer Platinkatalysatoren gebremst. Dies liegt und a. daran, dass der Fokus der Entwicklung auf sauren Brennstoffzellen liegt, die auf Edelmetallkatalysatoren angewiesen sind. Unser Ziel am IMS ist die Entwicklung eines fehlerfreien Trägersubstrates auf der Basis von 150mm Silizium-Wafern mit integrierten, ultradünnen und strukturierten Siliziumnitrid-basierten Membranen. In die Mikrokanäle dieser Trägersubstrate werden vom ZBT verschiedene Elektrolytmaterialien und von der RUB unterschiedliche nichtmetallische Katalysatorschichten eingebracht. Der IMS Chips Arbeitsplan gliedert sich in die 4 Phasen: Design, Si3N4-Lochmasken, Si-Lochmasken mit Si3N4-Beschichtung und Variantenwahl mit Optimierung. In der Designphase werden die Spezifikationen (Membrandicken, Lochpattern, Lochdimensionen, Anordnung der Membranen auf dem Si Wafer) für die ersten Designs mit den beteiligten Partnern abgestimmt. In der zweiten Phase wird mit der Entwicklung und Fertigung von Si3N4 basierten Lochmasken begonnen. Sowohl PECVD Si3N4 Membranschichten (d=0,5Mikro m-2Mikro m) als auch CVD Si3N4 Membranschichten (d=0,2Mikro m) und Kombinationsschichten CVD/PECVD Si3N4 sollen untersucht werden. Die entsprechenden Strukturierungsprozesse (Lithografie und Plasmaätzung der Membranschicht), nasschemische Membranätzprozesse auf Wafer-Level, Stressmessungen und Stresseinstellung sollen ausgeführt und entwickelt werden. Ziel ist eine 100% Ausbeute an intakten Einzelmembranen auf dem 150mm Si Wafer-Trägersubstrat. In einer dritten Phase sollen entsprechend zu Phase 2, Si basierte Lochmasken mit 10Mikro m-20Mikro m Si Membrandicke strukturiert und final mit einer CVD Si3N4 Schutzschicht entwickelt und untersucht werden. In Phase 4 wird dann mit den Projektpartnern gemeinsam die beste Variante ausgewählt und im weiteren Projektablauf hinsichtlich Ausbeute, mechanisch/chemische Stabilität optimiert.

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