Das Projekt "Nanopartikel-basierte Schutzschichten für Magnesiumwerkstoffe mit hoher thermischer und mechanischer Stabilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Projektziel: In Automobil-, Luft- und Raumfahrt- oder Elektronikindustrie gewinnen Leichtmetalllegierungen, insbesondere auf der Basis von Magnesium, zunehmend an Bedeutung. Vor allem Magnesium benötigt für die meisten Anwendungen einen effektiven Korrosionsschutz. Die meisten Verfahren um sowohl thermisch als auch mechanisch beständige und gleichzeitig dekorative Schutzschichten, wie sie in vielen Bereichen gefragt sind, aufzubringen übersteigen aber die thermische Belastbarkeit von Magnesium oder sind umwelttechnisch kaum vertretbar. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung rein anorganischer Schutzschichten auf der Basis von oxidischen Nanopartikeln, die zum einen unter milden Bedingungen aufgebracht werden können und zum anderen eine hohe Beständigkeit aufweisen. Vorgehen: Nanopartikel könne durch ihre hohe Sinteraktivität unter moderaten Temperaturen zu festen Verbünden verdichtet werden. Die chemische Nanotechnologie ermöglicht daher unter milden und umweltfreundlichen Bedingungen rein anorganische, dichte Schutzschichten zu erzeugen. Mit Hilfe der Sol-Gel-Technologie können Nanopartikel auf der Basis von SiO2 nicht nur hergestellt, sondern auch als Schichten auf Magnesiumlegierungen aufgetragen und anschließend thermisch verdichtet werden. Stand der Arbeiten: Für die Beschichtung von Magnesiumlegierungen haben sich gängige Verfahren, wie Tauch- und Pinselbeschichtung, bewährt. Die Beschichtungsbasis bilden hierbei kommerziell erhältliche, wässrige SiO2 -Dispersionen. Additive zur Reduzierung der Sintertemperatur aber auch zur Anpassung der Schichteigenschaften, wie dem Ausdehnungskoeffizienten oder der chemischen Beständigkeit, können hier als Salze über das Dispergiermedium zugegeben werden. Alternativ hierzu können auch Schutzschichten durch Elektrophoretische Abscheidung erzeugt werden. Die Sinteradditive müssen hierbei in den Partikeln enthalten sein. Haftvermittler, wie Polydiethoxysiloxan, verbessern neben dem Zusammenhalt der Schichten auch die Haftung auf dem Magnesiumsubstrat. Mit diesen Verfahren können in einem Schritt rissfreie Schichten bis zu mehreren Mikrometern Dicke aufgebracht und verdichtet werden. Diese Schichten zeigen bereits erste Ansätze für einen guten Korrosionsschutz. Ausblick: Anhand der Ergebnisse soll neben der Schichtzusammensetzung auch die Schichtaufbringung vor allem in Bezug auf Sintertemperatur und Beständigkeit weiter optimiert werden. Neben einer ausgiebigen Prüfung der Schichten auf ihre Schutzwirkung und Verschleißbeständigkeit, sollen zukünftig auch Magnesiumwerkstücke mit nicht planaren Geometrien beschichtet und untersucht werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Neue Verfahren zur Erhoehung der Leerlaufspannung von MIS-Inversionsschicht-Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Chemnitz, Institut für Physik durchgeführt. Fuer die Herstellung von MIS-Inversionsschichtsolarzellen wurden neue Verfahrensschritte (Rapid-Thermal-Processing) eingesetzt. Insbesondere wurden folgende Arbeiten durchgefuehrt: - Herstellung eines qualitativ hochwertigen Tunnelisolators (Si-Oxid, Si-Oxynitrid) im Temperaturbereich 700 C bis 900 C durch RTP; - Untersuchungen zum Einlegieren des Al-Rueckseitenkontaktes und die Auswirkungen auf die Parameter von MIS-Solarzellen; - Optimierung von technologischen Prozessen zur Herstellung von MIS-Zellen. Mit dieser Technologie konnten MIS-Inversionsschichtsolarzellen hergestellt werden. Dabei wurde bei der Verwendung von texturiertem Cz-Si ein Wirkungsgrad von 16,2 Prozent erreicht (I(ind=sc)=35,3 mA/cm2, U(ind=oc)=600 mV, FF= 76,4 Prozent). Mit dem Einsatz von Si-Oxynitrid als Tunnelisolator wird die Temperaturstabilitaet des MIS-Tunnelkontakts (bis zu 350 C) wesentlich verbessert.
Das Projekt "Reaktionskinetik von Precursoren fuer die Materialsynthese" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg, Fachbereich 7 Maschinenbau, Institut für Verbrennung und Gasdynamik durchgeführt. Materialabscheidungen aus der Gasphase (Chemical Vapor Deposition B CVD) sind weitverbreitete Verfahren in der Halbleiterfertigung und fuer die Herstellung neuer keramischer Materialien. Es ist moeglich, hochreine, duenne Schichten oder kleinste keramische Partikel mit homogener Groessenverteilung herzustellen. Viele der bekannten Silizium- oder Metalloxide, -karbide und -nitride werden durch solche Gasphasenprozesse erzeugt. Trotz des grossen Anwendungsgebietes fehlen meist detaillierte Kenntnisse der ablaufenden chemischen Reaktionen, so dass Verfahrensoptimierungen oftmals nur empirisch moeglich sind. Ziel des von der Alexander von Humboldt-Stiftung gefoerderten Projektes ist die Untersuchung einzelner Reaktionsschritte wichtiger Vorlaeufermolekuele (Precursoren) im Hinblick auf die Materialsynthese. Als Versuchsanlage dient ein UHV-Stosswellenrohr in Kombination mit der sensitiven Atom-Resonanz-Absorptions-Spektroskopie, einem Photolyselaser und einem Ring-Dye-Laser-Absorptionspektrometer. Die Einstellmoeglichkeit definierter Reaktionsbedingungen in einem Stosswellenrohr, die Reinheit der Anlage und die hohe Empfindlichkeit der optischen Messeinrichtung erlauben die Untersuchung elementarer Reaktionsschritte. Als Precursor wird Zinntetrachlorid (SnCl4) untersucht ,dass u.a. zur Herstellung von Halbleiterschichten aus SnO2 eingesetzt wird. In Stosswellenexperimenten wird der thermische Zerfall von SnCl4 untersucht, wobei die ersten Zerfallsschritte durch Messung freier Cl-Atome und die folgenden Schritte durch Messung von Sn-Atomen untersucht werden. Weiterhin sind bimolekulare Reaktionsschritte zur Oxidbildung von Interesse. Ein weiterer wichtiger Precursor ist TiCl4, dass zur Herstellung von keramischen TiN-Pulvern verwendet wird. Mithilfe von Ring-Dye-Laserabsorptionsmessungen sollen Reaktionen von TiN-Molekuelen untersucht werden, die fuer die Partikelbildung entscheidend sind.
Das Projekt "Untersuchung ueber gipshaltige Bindemittel mit erhoehter Wasserbestaendigkeit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Nichtmetallische Werkstoffe durchgeführt. Um die in der Bundesrepublik Deutschland anfallenden Rauchgasgipsmengen in groesserem Umfang verwerten zu koennen bzw sicherer und preisguenstiger deponieren zu koennen, wird nach Wegen gesucht, durch die die Wasserempfindlichkeit und Wasserloeslichkeit des erhaerteten Gipses gesenkt werden kann. Dadurch waere es moeglich, Gipsbaustoffe auch im Aussenbereich zu verwenden bzw den anfallenden Rauchgasgips ohne Gefahr einer Grundwasserbelastung deponieren zu koennen. Dieses Ziel scheint durch das Brennen des Gipses mit kleineren Mengen von SiO2-haltigen Komponenten und Kalkstein erreichbar zu sein. Weitere Arbeiten auf diesem Gebiet sind jedoch notwendig, bevor diese Loesung in die technische Praxis eingefuehrt werden kann.
Das Projekt "SonnTex - Entwicklung flexibler Polymersolarzellen auf Funktionstextilien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mäder Plastilack AG durchgeführt. Für eine Polymersolarzelle soll mit den Partnern eine Ultrahochbarriereverkapselung für ein Rolle zu Rolle Beschichtungs-Verfahren entwickelt werden. Hierzu wird ein Multilayersystem aus Polytetraflourethylen (Elringklinger), SiOx-Schichten (Clariant) UV-Lack (Mäder) entwickelt werden. Dabei soll die SiOx oder organisch modifizierten SiOx-Schichten durch Umwandlung aus Polysilazanen erhalten werden. Im engen Austausch mit den Partnern sollen aus unterschiedlichen Polysilazanen Formulierungen entwickelt werden, die hinsichtlich Barriere und Verarbeitungsaspekten im Multilayerverbund getestet werden. Die optimierten Formulierungen sollen dann im R z R-Verfahren vom TITK verarbeitet werden. Für die optimierten Formulierungen sollen kostengünstige Herstellverfahren entwickelt werden. Die Barrierefolie soll für die Verkapselung von in Textilintegrierten Polymersolarzellen verwendet werden. Ein weiteres Einsatzgebiet kann die organische Elektronik, z. B. OLEDS sein.
Das Projekt "Entwicklung nanotechnologisch funktionalisierter Textilien durch den Ausschluß toxikologischer Risiken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung, Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) durchgeführt. Entwicklung nanotechnologisch funktionalisierter Textilien durch den Ausschluss toxikologischer Risiken. Ziel des Projektes ist die Risikobewertung von Substanzen und Produkten, welche zu (Oberflächen-)Funktionalisierung von Textilien verwendet werden und nanoskalig sind. Eine Vielzahl interessanter bereits verfügbarer Partikel (z. B. Titandioxid, Silber, Carbon-Nanotubes sowie Siliziumoxide) lassen neue Funktionalitäten erwarten (z. B. Fleckschutz, Hygiene, Leitfähigkeit, Selbstreinigung etc.).
Das Projekt "Innovative Schutzbeschichtung für Aluminiumspiegelblech und industrielle Beschichtungstechnologie für CPC-Sonnenkollektoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Paradigma,Energie- und Umwelttechnik GmbH & Co.KG durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Sonnenkollektoren mit Vakuumröhren und CPC-Spiegeln (Compound Parabolic Concentrator) besitzen durch ihre hohe Materialeinsatzeffizienz eine positive Umweltbilanz. Die bisher eingesetzte Schutzbeschichtung des hochreflektierenden Aluminiumspiegelbleches ist bzgl. Langzeitbeständigkeit und Kostensituation nicht zufriedenstellend und die Formgebung der beschichteten Bleche ist für die Haltbarkeit der Schicht nachteilig. Mit der flammenpyrolitischer Silikatisierung sollte eine kostengünstige, witterungs- und langzeitbeständige Schutzschicht für alle relevanten Klimata entwickelt werden. Am Ende sollte eine Funktionsmusteranlage entstehen, die das Beschichtungsverfahren auf bereits vorgeformte CPC Spiegel (wellblechähnliche Aluminiumbleche), umsetzt und zeigt, wie produktionstechnisch Beschichtungskapazitäten in der Größenordnung von 10.000 m2 pro Jahr realisiert werden können. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Die Arbeiten erfolgte in drei Phasen. Zunächst wurden flammenpyrolitisch SiOx-Schichten mit herkömmlichen Beschichtungsgeräten auf ebenen Substraten aus hochglanzgewalztem Aluminium hergestellt. Aus verschiedenen Silikatschichten wurde ein geeignetes Schichtsystem ausgewählt. Der zweite Schritt beinhaltet die Entwicklung einer Beschichtungstechnik, die an die geometrischen Verhältnisse der CPC-Spiegel angepasst ist. Hierzu wurden eine Reihe verschiedener Bauformen und Größen von Beschichtungsapparaturen entwickelt, gebaut und getestet. An beschichteten Mustern wurden Korrosionstests und Outdoortests an realen Anlagen durchgeführt. Mit Hilfe verschiedener Brennerbauarten wurde die Schutzschicht auf die geformten CPC-Spiegel übertragen. Schwierig war bei einer hohen Abscheiderate eine homogene Schichtdickenverteilung über die Kontur zu erzeugen, die an jeder Stelle des Spiegels sowohl eine gleich hohe Korrosionsbeständigkeit wie auch Reflexion gewährleistet. In der letzten Phase wurde eine Funktionsmusteranlage aufgebaut, an der beispielhaft die einzelnen Merkmale einer Maschine für die Massenproduktion getestet wurden. Es wurden dabei alle produktionsrelevanten Abläufe einer späteren industriellen Beschichtungsanlage experimentell erarbeitet. Fazit: Die entwickelte Technologie der flammenpyrolitischen SiOx-Beschichtung der SurA Chemicals GmbH, Jena, ist für den Einsatzzweck bei CPC-Spiegelbleche geeignet. Die Korrosionsbeständigkeit muss durch Weiterentwicklung, Stabilisierung und Standardisierung des Beschichtungsverfahrens noch verbessert werden, bevor eine Serienfertigung beginnen kann. Das Kostensenkungspotential dieser Technologie gegenüber der bisher eingesetzten Materialien ermöglicht eine gute Perspektive für nennenswerte Preissenkungen, die die Solarenergie näher an die Wirtschaftlichkeit bringen wird.
Das Projekt "IHT-Teilvorhaben: Silizium-basierte Dünnschicht-Absorber" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Halbleitertechnik durchgeführt. Ziel des Verbundprojektes SINOVA ist die Bearbeitung der technologischen Grundlagen zur Realisierung hocheffizienter Dünnschicht-Solarzellen auf Siliziumbasis. Im Fokus stehen dabei die Herstellung und Charakterisierung nanostrukturierter innovativer funktionaler Elemente, die die jeweiligen elektronischen und optischen Aufgaben in einer Si-Solarzelle der zukünftigen Generation optimal erfüllen. Das IHT bearbeitet hierfür das Teilprojekt: 'Silizium-basierte Dünnschicht-Absorber'. Die zentralen Themenschwerpunkte des IHTs sind :1) Herstellung und Optimierung eines photovoltaischen Absorbermaterials bestehend aus Silizium-Quantenpunkten bzw. Silizium-Quantentöpfen, eingebettet in einer geeignet isolierenden Silizium-basierenden Matrix, 2) Untersuchung verschiedener Matrixmaterialien (SiO2, SiOx, SiN, ONO) mit der Zielstellung, die Leitfähigkeit des Absorbers unter Berücksichtigung der erreichbaren Bandlückenenergien zu steigern, 3) Untersuchung und Optimierung eines alternativen, lateralen Solarzellenkonzeptes, bei der der Stromtransport parallel zur Solarzellen-Oberfläche erfolgt, wodurch strombegrenzende Tunnelwiderstände, bedingt durch die erforderlichen Isolationsbarrieren im Quantentopfmaterial umgangen werden können. Die Arbeiten werden begleitet durch entsprechende strukturelle, elektrische und optische Charakterisierungen, die in Kooperation mit Verbundpartnern aus den Bereichen Simulation, Analytik und Technologie durchgeführt. werden. Die Forschungsaktivitäten haben zum Ziel, die Grundlagen für die Herstellung von Si-Solarzellen der zukünftigen Generation zu erarbeiten, die sich durch ein wesentlich höheres Wirkungsgradpotential sowie geringere Produktionskosten auszeichnen sollen.
Das Projekt "Entwicklung nicht-silikatischer mikroporöser keramischer Membranen mit hoher chemischer Beständigkeit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Keramische Werkstoffe durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung neuer mikroporöser keramischer Membranen für die Gastrennung, die eine deutlich höhere chemische und hydrothermale Beständigkeit als bisher verwendete SiO -Membranen aufweisen. Durch Verwendung gemischt oxidischer Systeme sowie geeigneter Kalzinationstemperaturen sollen die gewünschten mikroporösen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit erreicht werden. Durch die Erhöhung der Kristallisationstemperatur soll die Mikroporosität bei höheren Temperaturen erhalten werden.
Das Projekt "Hochauflösende elektronenmikroskopische Analytik an siliciumbasierten Dünnschichtmaterialien für Solarzellen der nächsten Generation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Interdisziplinäres Zentrum für Materialwissenschaften durchgeführt. Im Rahmen dieses Projekts sollen geeignete Verfahren der hochauflösenden analytischen Elektronenmikroskopie auf siliciumbasierte Materialkombinationen angewandt werden, die in Solarzellen der dritten Generation umgesetzt werden sollen. Damit kann auf der Basis der Anwendung von Elektronenmikroskopen der neuesten Generation eine direkte Korrelation zwischen Struktur und den Eigenschaften von neuartigen Solarzellenmaterialien hergestellt werden. Innerhalb unseres Themas geht es um die elektronenmikroskopische Analytik von Silicium-Siliciumoxid-Mehrfachschichtstrukturen mit eingelagerten Silicium-Quantenpunkten für Solarzellen der dritten Generation. Der Fokus liegt auf der hochauflösenden Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS), die als einzige experimentelle Methode eine chemische Analyse im Nanometerbereich ermöglicht. Die Herausforderung des Projekts besteht in der elektronenmikroskopischen Analytik mit höchster lokaler und energetischer Auflösung. Dazu müssen Präparationstechniken weiterentwickelt und neue Messroutinen aufgestellt werden. Die Ergebnisse sind mit geeigneten quantenmechanischen Modellen zu analysieren. Die Elektronenenergieverlustspektroskopie wird benutzt, um neuartige Solarzellenmaterialien von ihrer nanoskopischen Struktur und Chemie zu charakterisieren. Dies umfasst die Diagnose an eingebetteten Si-Nanostrukturen in einer Siliciumoxidmatrix, Untersuchungen von Kontaktmaterialien bestehend aus Nanokristallen und einer SiO2-Matrix und die Charakterisierung von Silicium-Nanodot-Emitter-Heterosolarzellen. Bei den Forschungsarbeiten geht es um Schlüsselfragen zur entscheidenden Verbesserung der Dünnschichtsolarzellen-Technologie, wobei Ansätze für völlig neuartige Dünnschichtsolarzellen aufgezeigt werden sollen. Die Ergebnisse des Projekts werden in der Fachliteratur veröffentlicht und fließen unmittelbar in die Entscheidungsknoten der Partner im Verbundprojekt ein. Langfristig wird mit der Realisierung von neuartigen Solarzellen gerechnet.
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