Das Projekt "Teilvorhaben: Bauteilphysik von ELQ-LEDs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Augsburg, Institut für Physik, Lehrstuhl für Experimentalphysik I und Anwenderzentrum Material- und Umweltforschung durchgeführt. Dieses Projekt hat als übergeordnetes Ziel, Quanten-Materialien für neue innovative Anwendungen in der Display- und Beleuchtungsindustrie nutzbar zu machen. Dazu sollen die Vorteile von Quantenpunkten (schmalbandige, spektral durchstimmbare Lumineszenz) mit der einfachen elektrischen Ansteuerung von flächenhaften OLED-Lichtquellen vereinigt werden. Um das Beste aus beiden Welten tatsächlich zu einem Mehrwert zu kombinieren, bedarf es jedoch eines fundierten Grundlagenverständnisses der Funktionsweise dieser hier als 'ELQ-LEDs' (electroluminescent quantum materials based light emitting device) bezeichneten Bauteile. Dieses zu erlangen steht im Fokus dieses Teilvorhabens. Insbesondere sollen Effizienz-limitierende Prozesse im Betrieb der ELQ-LEDs bei hohen Strömen und Temperaturen - also der sog. 'Roll-off' - untersucht und die physikalischen Ursachen identifiziert werden. Des Weiteren sollen Ursachen der Bauteildegradation erforscht werden, die die Grundlage für eine zukünftige Bauteilentwicklung mit Anwendungsperspektive im Automobilsektor liefert. Die Innovationen des Projekts basieren darauf, dass erstens Cadmium-freie Quanten-Materialien zum Einsatz kommen und zweitens, dass diese selbst als elektrisch ansteuerbare, Licht-emittierende Schichten eingesetzt werden. Für diese Materialien gibt es bisher keine entsprechenden Untersuchungen der Bauteilphysik in der Literatur, so dass hier auch wissenschaftlich Neuland betreten wird. An der Universität Augsburg werden dedizierte elektro-optische Experimente entwickelt, die die Bestimmung der Lumineszenzeffizienz der Quantenpunkte während des Betriebs des Bauelements ermöglichen. Dazu werden sowohl die Intensität wie auch die Abklingzeit der Lumineszenz als Funktion des angelegten elektrischen Feldes bzw. des fließenden Stroms vor und nach der Degradation der ELQ-LEDs untersucht. Gemeinsam mit den Partnern sollen daraus Designregeln für die Materialien sowie den Stackaufbau des Bauelements abgeleitet werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung von Quanten-Dot-basierten OLED-Bauteilen zur Anwendung im Automobilbereich und in Displays" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von OSRAM OLED GmbH durchgeführt. Quanten-Materialien (QM) sollen für neue innovative Anwendungen in der Display- und Beleuchtungsindustrie nutzbar gemacht werden. Die neuen Materialien der Partner Merck und Fraunhofer IAP werden als Tinten formuliert und neue Bauteilarchitekturen erstellt. Mittels zweier Demonstratoren werden die Anwendungsmöglichkeiten der neuen Technologie veranschaulicht und begreifbar gemacht. Einer der Demonstratoren wird als automobiler Rücklichtdemonstrator gestaltet, als Ergänzung zu den innovativen OLED Rückleuchten; als zweite Anwendung wird eine displayartige Anzeige demonstriert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Elektrolumineszenz-Leistungsprognose von Modulen und drahtloses Sensornetzwerk (PARK3-ipv)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Photovoltaik durchgeführt. Das Teilvorhaben 'Elektrolumineszenz-Leistungsprognose von Modulen und drahtloses Sensornetzwerk' konzentriert sich auf die Weiterentwicklung von Methoden zur Erkennung von Schäden und Defekten von PV Modulen in Solarparks, deren Grundlagen in dem vom BMWi geförderten Vorhaben PARK (FKZ: 0324069A) entwickelt wurden. Die automatisierte Auswertung 'ELectroluminescence Power Loss Prediction of MOdules - ELMO' von DaySy- und Elektrolumineszenz-Bildern dient der Prognose der elektrischen Leistung von PV-Modulen mit Schäden oder Defekten. ELMO wird dem Teilvorhaben erstmals in einer breiten Anwendung praxisnah erprobt. Weiterhin wird das in PARK entwickelte drahtlose Sensornetzwerk (Wireless Sensor Network) WSN eingesetzt, um kontinuierlich Betriebsdaten in vier PV Parks zu erfassen, in denen assoziierte Projektpartner solche Untersuchungen ermöglichen. Anhand dieser Daten sollen die mittels ELMO aus Bild-daten ermittelten Leistungsprognosen verifiziert und Degradationsanalysen für die PV Parks erstellt werden.
Das Projekt "Charakterisierung von Ursachen und Folgen für die Langzeitstabilität von PV-Modulen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Solarenergieforschung GmbH durchgeführt. Mikrorisse in Solarzellen können während der Lebensdauer eines Solarmoduls zu Leistungsminderungen und damit zu Ertragseinbußen führen. Nach einer Statistik des ISFH weisen marktübliche Solarmodule im Mittel in 6Prozent der Solarzellen Risse auf. Im MIKRO Projekt soll das Verständnis der Mikrorissentstehung, deren Rissfortschritt und die Auswirkung auf Leistungsverluste im PV-Modul untersucht werden. Ziel des Projektes ist es ein tiefes Verständnis für den Rissfortschritt in Solarzellen und PV-Modulen zu generieren und daraus Designregeln für die Entwicklung von Solarzellen und PV-Modulen abzuleiten. Um die Mikrorisse zu analysieren ist es vorgesehen mittels Elektrolumineszenz und gezielt eingebrachter mechanischer Last den Rissfortschritt in Solarzellen im PV-Modul zu beobachten. In Zusammenarbeit mit dem ISD soll ein Modell erarbeitet werden, das den Rissfortschritt (ISD) und die dadurch zu erwartende Leistungsminderung (ISFH) im PV-Modul beschreibt. Um die Mikrorissentstehung vorhersagen zu können, soll am ISFH ein Polariskop zur Eigenspannungsmessung im Silizium aufgebaut werden. Dieser Aufbau wird verwendet, um Herstellungsmethoden bzgl. Ihrer erzeugten Eigenspannungen in Solarzelle und String zerstörungsfrei zu bewerten. Mittels künstlicher Alterungsprüfungen soll der Rissfortschritt experimentell ermittelt werden. Aus den Ergebnissen werden Designregeln zur Vermeidung von Leistungsminderung durch Mikrorisse aufgestellt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Charakterisierung der Material-, Schicht- und Deviceeigenschaften zur Bewertung der Eignung für LED Bauelemente" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Oldenburg, Institut für Physik durchgeführt. Dieses Projekt hat als übergeordnetes Ziel, Quantenmaterialien für neue, innovative Anwendungen in der Display- und Beleuchtungsindustrie nutzbar zu machen. Die Innovationen des Projekts basieren darauf, dass erstens Cadmium-freie Quantenmaterialien zum Einsatz kommen und zweitens diese selbst als elektrisch ansteuerbare, Licht-emittierende Schichten eingesetzt werden. Als Kernmaterialien sollen hier Indiumphosphid und Indiumzinkphosphid für rot leuchtende bzw. Zinkselenid für blau leuchtende Quantenmaterialien genutzt werden. Für diese Materialien müssen zunächst grundlegende, neue Erkenntnisse zu Wechselwirkungen zwischen den anorganischen Quantenmaterialien, ihrer Ligandenoberfläche und den umgebenden organischen Materialien erarbeitet werden. Ziel ist es hierbei vor allem, die Zusammenhänge zwischen Farbspektrum, Bandbreite und Leuchteffizienz der Quantenmaterialien auf der einen Seite sowie ihren chemischen und strukturellen Eigenschaften auf der anderen Seite zu verstehen, um die gewünschten Eigenschaften beim Schichtdesign gezielt einstellen zu können. In den neuen Quantenmaterialien wird die Abhängigkeit der optoelektronischen Eigenschaften von den chemischen und strukturellen Eigenschaften zunächst an den reinen Quantenmaterialien untersucht, bevor in einem zweiten Schritt der Einfluss des einbettenden Matrixmaterials untersucht wird. Dadurch wird gewährleistet, dass die Beiträge der einzelnen Materialien zu den Eigenschaften des fertigen OLED-Bauteils aufgeschlüsselt werden können. Für beide Schritte werden jeweils die Zusammensetzung und die Phasenreinheit sowie die Größe und die Packungsdichte bzw. die Verteilung der Quantenmaterialien analysiert und ihre Wechselwirkungen mit dem Farbspektrum, der Leucht-Effizienz und der Rekombinationsdynamik ausgewertet. Damit einher geht die Identifikation von Verlustmechanismen und potentieller Ursachen, so dass eine weitere Optimierung der Effizienz ermöglicht wird.
Das Projekt "PV-IR-EL Qualitätskontrolle von CIS Modulen mittels EL- und IR Messtechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Manz CIGS Technology GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, Defekte an Photovoltaik(PV)-Dünnschichtmodulen mit schnellen, bildgebenden Verfahren wie der Messung der Infrarot(IR)-Strahlung und der Elektrolumineszenz (EL) zu analysieren. Diese analytischen Methoden erlauben die ortsaufgelöste Darstellung der Störstellen. Die experimentellen und theoretischen Untersuchungen des Bayerischen Zentrums für Angewandte Energieforschung e. V. (ZAE Bayern) und des Forschungszentrums Jülich zeigen, dass ein Zusammenhang zwischen IR- beziehungsweise EL-Signal und Modulkenngrößen besteht. Die Ergebnisse helfen die Herstellungsprozesse und ihre Effizienz zu optimieren und so das Potenzial der Kupfer-Indium-Selen(CIS)-Technologie auszuschöpfen. Bei erfolgreicher Bewertung der Messmethoden ist ihre Integration in die Qualitätskontrolle von CIS-Modulen geplant.
Das Projekt "Teilprojekt FuE-Zentrum Kiel: Entwicklung der Sintertechnik für die CPV-Anwendung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungs- und Entwicklungszentrum Fachhochschule Kiel GmbH durchgeführt. Die Konzentrator-Photovoltaik (CPV) macht sich Halbleitermaterialersparnis durch den Einsatz eines optischen Konzentrators und höchste Systemwirkungsgrade durch den Einsatz von Multijunction-Solarzellen zunutze, um kostengünstige Stromerzeugung im Sonnengürtel der Erde zu ermöglichen. Das Kostenreduktionspotential dieser Technologie ist groß, aber bei weitem noch nicht ausgeschöpft, da sich die Technologie erst im Markteintritt befindet. Ziel des Verbundes ist die Entwicklung eines deutlich kostenreduzierten CPV Systems mit einer zweistufigen Optik, bei dem die vertikale Wertschöpfungskette durch die deutsche Industrie abgedeckt werden kann. Die Industriepartner Fresnel Optics, Soitec Solar und Kirchner Solar Group decken die vertikale Kette Konzentrator-, Modul- und Trackerherstellung vollständig ab. Unterstützt werden sie hierbei durch die Forschungspartner Fraunhofer ISE und Fachhochschule Kiel. Das Projekt umfasst vier Themenschwerpunkte: 1.) Entwicklung eines neuen CPV Systems mit einer zweistufigen Optik nach dem Köhlerprinzip. Aus einem integralen Ansatz heraus wird ein CPV System kostenoptimiert entwickelt, wobei von Anfang an die Wechselwirkung zwischen Optik-, Modul- und Trackerdesign betrachtet und eine globale Optimierung der Kosten vorgenommen wird. 2.) Steigerung der Effizienz und des Ertrages. Neben der Effizienz eines Systems hat der spezifische Jahresertrag eine ebenso große Rolle für die Wirtschaftlichkeit. Durch die Einführung der zweistufigen Optik sollen sowohl Ertrag, als auch Effizienz des Systems erhöht werden. Zur Effizienzsteigerung werden maßgebliche Arbeiten zur Fresnellinsenherstellung durchgeführt (Verkürzung der Werkzeugherstellung durch neue Charakterisierungsmethoden für die Zwischenwerkzeuge, Kostenoptimierung des Abformprozesses, kleinere Streuung der Linsenqualität). 3.) Entwicklung neuer Aufbautechniken für die Solarzellenmontage. Die Sintertechnik bietet ein großes Potential zur Verbesserung der thermischen Anbindung der Solarzelle, sowie deren Belastbarkeit hinsichtlich Temperaturzyklen. Die Anwendbarkeit der Sintertechnik auf die Montage von III-V Mehrfachsolarzellen wird in grundlegenden Untersuchungen an der Fachhochschule Kiel geprüft. 4.) Entwicklung geeigneter Qualitätssicherungsprozesse. Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist ein Modulkonzept, das auf einem Verbundrahmen aufbaut, unerlässlich. Da die bisher verwendeten Methoden hierfür nicht mehr nutzbar sind, müssen Qualitätssicherungsmethoden (insbesondere die Leistungsbestimmung) entwickelt werden, die z.B. auf der Kombination verschiedener Messmethoden beruhen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung eines flugfähigen Messsystems bestehend aus IR- und EL-Kamera" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ircam GmbH durchgeführt. In dem Projekt soll die Leistungsprognose von PV-Anlagen und die Sicherung der Nutzung installierter PV-Leistung mithilfe optischer, bildgebender Verfahren realisiert werden. Dazu soll ein automatisiertes Expertensystem entwickelt und aufgebaut werden. Für die konsequente, regelmäßige Qualitätsüberprüfung von PV-Anlagen wird ein automatisiertes Messsystem, bestehend aus einer Drohne mit flugfähiger Infrarot -IR- und auch Elektrolumineszenz -EL-Kamera (im Folgenden EL genannt), leistungsfähiger Elektronik, Steuereinheit und Auswertesoftware gebaut werden. Die IRCAM GmbH wird eine neue Kamera entwickeln, welche für die Messung von EL-Strahlung optimiert ist (EL-Kamera). Die EL-Kamera soll in einem batteriebetriebenen Fluggerät ('Drohne') eingesetzt werden. Daher muss sie hinsichtlich Gewicht, Größe und Leistungsaufnahme optimiert werden. Als Zwischenstufe bei der Entwicklung der flugfähigen EL-Kamera wird eine Labor-EL-Kamera aufgebaut, mit welcher erste Messungen der EL-Strahlung vom Boden aus möglich sind. Die Entwicklung ist in aufeinanderfolgende Unter-Arbeitspakete aufgeteilt.
Das Projekt "Entwicklung eines innovativen Herstellungsprozesses für energiesparende Elektrolumineszenzleuchtschichten auf dreidimensional geformten Oberflächen inklusive gedruckter Elektronik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Franz Binder GmbH & Co. Elektrische Bauelemente KG durchgeführt. Ziel des geplanten Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines innovativen Herstellungsprozesses für energiesparende Elektrolumineszenzleuchtschichten auf dreidimensional geformten Oberflächen inklusive gedruckter Elektronik. Die Franz Binder GmbH & Co. Elektrische Bauelemente KG entwickelte gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Lichttechnisches Institut (LTI) ein Tampondruckverfahren, welches es ermöglicht, Elektrolumineszenz (EL) auf konkave sowie konvexe Flächen aufzubringen. Das Druckverfahren ermöglicht es, Elektrolumineszenz auf dreidimensionale Bauteile mit Geometrien jeder Form aufzubringen. Dabei werden die Schichten direkt auf das zu leuchtende Objekt gedruckt (Dickschichtelektrolumineszenz). Das Projekt verlief weitestgehend zur vollsten Zufriedenheit. Die Projektziele konnten nahezu vollständig erreicht werden. Durch den entwickelten Herstellungsprozess können erstmals mittels Transferdruck (speziell Tampondruck) konkave sowie konvexe, nicht notwendigerweise glatte, leuchtende 3D-Flächen (EL-Leuchten) prozesssicher, inklusive gedruckter Elektronik (Leiterbahnen, RFID, OLED, ) herstellt werden. Dadurch können am Markt sowohl bisherige Beleuchtungsprodukte durch EL-Leuchten substituiert werden als auch EL-Leuchten in bisher noch nicht erschlossenen Bereichen, wie z.B. Verpackungsindustrie, eingesetzt werden. Der gesamte Herstellungsprozess wurde unter permanenter Berücksichtigung ökologischer Gesichtspunkte gestaltet. Durch die Verkürzung des Herstellungsprozesses durch das neue Verfahren ist es möglich, bei der Herstellung ca. 20-30Prozent der CO2-Emissionen im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik einzusparen. Im späteren Einsatz der durch die neue Drucktechnik erzeugten Beleuchtung können nochmals ca. 25-35Prozent Energie, im Gegensatz zum Einsatz bisheriger Beleuchtungssysteme, eingespart werden. Damit trägt das Vorhaben wesentlich zur Umweltentlastung bei.
Das Projekt "Bewertung von Zellrissen in kristallinen Silizium-Photovoltaikmodulen mittels bildgebender Verfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von 8.2 Arp & Kleiss GmbH durchgeführt. Seit vielen Jahren verursachen Zellrisse in Photovoltaik (PV) -modulen große Unsicherheit bei Solarparkbetreiber in Bezug auf den zu erwartenden Energieertrag, die Lebensdauer und die elektrische Sicherheit. Zellrisse werden insbesondere bei Überprüfungen der PV-Anlagen z.B.nach Extremwettereignissen, wie Hagel oder Sturm, aber auch bei vorgeschriebenen wiederkehrenden Prüfungen mit Elektrolumineszenz entdeckt. Sie können ein Indikator für beginnende Leistungsdegradation und den beginnenden Verlust der elektrischen Sicherheit sein. Allein aus dem Vorhandensein von Zellrissen sind die zu erwartenden Auswirkungen nicht direkt ableitbar. Hierzu sind dann weitere ergänzende Prüfungen (Isolation, Thermographie) notwendig. Aktuelle Normen zur Sicherheitsprüfung (IEC 61730-Serie) und Bauartzulassung (IEC61215-Serie) bewerten in der Regel die Funktion neuer PV-Module. Die Bewertung im feldbefindlicher PV-Module und die Beurteilung von Änderungen und Auswirkungen vorhandener Rissstrukturen bei Betriebs- und Umgebungsbedingungen wird nicht beschrieben. Verschiedene, unternehmen-getriebene Risskataloge etablierten sich aufgrund ihrer subjektiven Perspektive nicht, so dass ein allgemein akzeptiertes Regelwerk zur Beurteilung von Zellrissen von allen Parteien nachgefragt wird. Das Ziel ist es, die bestehende normative Lücke der Bewertung von Zellrissen mittels Elektro-lumineszenz in PV-Modulen zu schließen und einheitliche Kriterien für die Bewertung der Auffälligkeiten festzulegen. Es soll eine Entscheidungsmatrix erarbeitet werden, die es ermöglichen soll, ältere PV-Anlagen zu bewerten und Handlungsempfehlungen für Gutachter und Wartungsfirmen zu geben. Zusätzlich entsteht mehr Rechtssicherheit in den einzelnen Schritten der Wertschöpfungskette. Darüber hinaus ist es das Ziel, mit den Forschungsergebnissen dem Markt technisches Know-How bereitzustellen, das den sicheren Betrieb und die Betriebsdauer der PV-Module kalkulierbar macht.
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