Das Projekt "CO2-Einsparung durch Entwicklung von preiswerten, thermoelektrischen Materialien und Modulen auf Basis von Halb-Heusler-Legierungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von VACUUMSCHMELZE GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Arbeitsziel der VACUUMSCHMELZE innerhalb des Projekts thermoHEUSLER ist die Entwicklung eines Herstellverfahrens für Halb-Heusler Materialien, welche in thermoelektrischen Modulen zur Stromerzeugung genutzt werden können. Das Herstellverfahren soll die Fertigung von Pilotmengen im Maßstab von ca. 10 kg erlauben. Neben der Herstellung der Legierungen beinhaltet dies auch die Entwicklung eines geeigneten Umformungsverfahrens, welche die Weiterverarbeitung der Legierungen zu für Module benötigte Elementgeometrien durch erlaubt. Der Arbeitsplan zur Erreichung der Vorhabenziele gliedert sich hauptsächlich in 4 Pakete. Basierend auf Vorarbeiten sollen zunächst aus der Literatur bekannte Halb-Heusler Standardmaterialien für die im thermoHEUSLER Projekt vorgesehene Modulentwicklung hergestellt werden. Als zweites Paket folgt das Upscalen des Herstellprozesses. Hierfür sind zunächst zwei unterschiedliche Vorgehensweisen geplant, diese sind das Upscalen über die Herstellung massiver Gussblöcke und die Herstellung über pulvermetallurgische Prozesse. Parallel dazu wird in einem weiteren Arbeitspaket Technologien für die Verarbeitung und Umformung der Legierungen entwickelt. Schließlich sollen mit den erarbeiteten Methoden neue, optimierte Halb-Heusler Legierungen hergestellt werden, welche innerhalb des Projektes thermoHEUSLER entwickelt wurden.
Das Projekt "Poröses Silizium als Thermoelektrisches Material (PoSiTeM)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik durchgeführt. 1. Vorhabenziel Primäres Ziel der am MPI durchzuführenden Arbeiten ist die Weiterverarbeitung (Dotierung, Oberflächenpassivierung) des in Kiel hergestellten porösen Siliziums (PSi) bzw. porösen Silizium-Germaniums (PSiGe) im Sinne einer Steigerung der thermoelektrischen Effizienz. Hohe thermoelektrische Effizienz erfordert niedrige Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig hoher elektrischer Leitfähigkeit. Die niedrige Wärmeleitfähigkeit wird durch die poröse Struktur von PSi und PSiGe sichergestellt. Um eine hohe elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten wird das poröse Material am MPI gezielt nachdotiert und dessen Oberfläche passiviert. Die thermoelektrischen Eigenschaften sollen daraufhin am MPI gemessen werden. 2. Arbeitsplanung Die gezielte Nachdotierung von PSi und PSiGe soll per Eindiffusion eines Dotierstoffes mittels eines kommerziellen Spin-on-Dopants (SOD) realisiert werden. Das poröse Material wird mit SOD infiltriert und dann getempert. Auch Dotierung aus der Gasphase soll als Möglichkeit untersucht werden. Die innere Oberfläche des porösen Materials soll dann durch eine kurze Hochtemperaturoxidation in einem Rapid-Thermal-Annealer passiviert werden. Die thermoelektrische Charakterisierung umfasst die temperaturabhängige Messung der Wärmeleitfähigkeit (3-Omega Methode, vorhanden), der elektrischen Leitfähigkeit (4-Punkt Messung, vorhanden) sowie der Gütezahl ZT mittels der Harman-Methode. Zum Ende der Projektlaufzeit hin soll ein Demonstrator-Modul auf der Basis von PSi hergestellt werden.
Das Projekt "Poröses Silizium als Thermoelektrisches Material (PoSiTeM)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Kiel, Institut für Materialwissenschaft, Lehrstuhl für allgemeine Materialwissenschaft durchgeführt. Die Arbeiten der Christian-Albrechts Universität Kiel umfassen im Wesentlichen die Herstellung von porösen Silizium und porösen Silizium-Germanium Schichten sowie die Vorcharakterisierung dieser Proben in Hinblick auf deren Morphologie. Ziel des Vorhabens ist die kontrollierte Herstellung von porösen Si bzw. SiGe Schichten mit definierter Strukturgrösse. Die mittlere Strukturgrösse ist maßgeblich entscheidend für die gleichzeitige Realisierung einer geringen Wärmeleitfähigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit. Ein weiteres Hauptaugenmerk liegt darüber hinaus auf der Maximierung der Schichtdicke der porösen Schichten. An der Christian-Albrechts Universität sollen poröse Si bzw. poröse SiGe Schichten für die Weiterverarbeitung (Nachdotierung, Oberflächenpassivierung und Charakterisierung) am MPI Halle hergestellt werden. Die Herstellung der porösen Si bzw. SiGe Schichten geschieht mittels eines elektrochemischen Ätzprozesses ausgehend von Si bzw. SiGe Wafern als Ausgangsmaterial, ein Gebiet auf dem die Christian-Albrechts Universität über langjährige Erfahrung verfügt. Die mittlere Strukturgrösse der porösen Schichten ist ein Schlüsselparameter für deren thermoelektrische Eigenschaften. Sie lässt sich über die Dotierung des Ausgangsmaterials sowie die Ätzparameter einstellen. Der Herstellungsprozess soll zunächst in Hinblick auf die mittlere Strukturgrösse der porösen Schichten sowie deren Schichtdicke optimiert und daraufhin entsprechende Proben hergestellt werden.