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Erzeugung ultrafeiner hochtemperaturfester Aerosole durch Kondensation

Ultrafeine Partikel haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese sogenannten Nanopartikel sind vielfaeltig anwendbar, wie z.B. als Ausgangsmaterialien fuer hochfeste Werkstoffe, in Gassensoren, als Katalysatoren, in Arzneimitteln und in Testaerosolen fuer die Heissgasentstaubung. Es wurde eine Anlage zur Nanopartikelerzeugung durch Laserverdampfung entwickelt. Zur Herstellung wird Aluminiumoxidkeramik, Graphit, Kupfer oder Aluminium mit einem C02-Laser verdampft. Aus der Kondensation entstehen kugelfoermige Primaerpartikel in einem Groessenbereich zwischen 10 und 500 Nanometern. Nach der Erstarrung koennen die Partikel durch Agglomeration unregelmassig geformte Ketten oder Flocken bilden. Deshalb wird das Aerosol so weit verduennt, dass Kollisionen der Partikel unwahrscheinlich werden und damit die Agglomerationswahrscheinlichkeit stark reduziert wird. Das zu verdampfende Material, in Form eines runden Targets, ist unter einen Drehteller montiert, der in Rotation versetzt und gleichzeitig horizontal verschoben wird. Der Laserstrahl wird von unten auf das Target fokussiert und hinterlasst durch die Targetbewegung eine spiralfoermige Bahn auf der Materialoberflaeche. Das Material verdampft lokal im Laserfokus. Der Dampf wird durch radial zustroemendes Argon in einen Sinterkegel unterhalb des Targets transportiert, wo in der heissen Zone die Kondensation und Koagulation stattfindet. In diesem Bereich bleiben die Partikel durch Absorption der Laserstrahlung fluessig, unterhalb der heissen Zone erstarren sie. Durch die Volumenaufweitung des Kegels nach unten und das seitliche Zustroemen von Argon nimmt die Partikelkonzentration von oben nach unten stark ab. Die Partikel werden auf einer Filtermembran abgeschieden und mit einem Rasterelektronenmikroskop auf Groesse, Form und Agglomerationsgrad untersucht. Neben dem Ziel der Nanopartikelerzeugung werden die zugrundeliegenden Prozesse Verdampfung, Kondensation und Koagulation sowohl experimentell als auch theoretisch detailliert untersucht.

Drohnengebundene Raman Spektroskopie für Luftuntersuchungen zur Gefahrstoffanalyse, Teilvorhaben: Gesellschaft für Systementwicklung und Instrumentierung mbH

Gebrauchsverhalten von Betonfahrbahnen mit Recyclingzuschlag

In enger Zusammenarbeit mit dem BMVBW und den Autobahnämtern der jeweiligen Bundesländer sollen alle wichtigen Daten bezüglich Herstellung und der dabei verwendeten Baustoffe von ein- und zweischichtigen Betonfahrbahndecken, bei denen RC-Betonzuschlag verwendet wurde, zusammengetragen und systematisch ausgewertet werden. Anschließend sollen die Betonfahrbahndecken augenscheinlich (Zustand der Oberflächen, Abwitterung bzw. Frost-Tausalz-Widerstand einschichtiger Decken, Dokumentation von Rissen, Fugenöffnungen und Unregelmäßigkeiten) in regelmäßigen Abständen untersucht werden. Um die in der Praxis auftretenden Verformungen (Aufwölben, Aufschüsseln) der Betonfahrbahndecken erfassen und mit Labormessungen vergleichen zu können, sollen orientierend Messungen mit einem am Baustoffinstitut entwickelten Lasermessgerät durchgeführt werden. In Laboruntersuchungen sollen darüber hinaus an Bohrkernen Materialkenndaten wie Feuchtigkeitsgehalt, Luftporengehalt und Verbundfestigkeit bestimmt werden.

Regionalisierung landschaftsökologischer Parameter im alpinen Hochgebirgsraum (Walliser Alpen, Gornergrat). Bestimmung der hydrologischen Komplexgrößen Schnee und Bodenwasser sowie Klärung ihrer Bedeutung für das ökologische Prozeßgefüge

Ziel des Vorhabens ist, neben der Aufnahme des systembestimmenden Wirkungsgefüges für die alpine Gebirgsstufe, vor allem ein möglichst wirklichkeitsnahes Landschaftsmodell aufzubauen, um prognostische Aussagen zu potentiellen Umweltveränderungen für die alpine Stufe der Alpen treffen zu können. Das geplante Vorhaben versucht daher, für den alpinen Raum möglichst präzise flächenrelevante Aussagen zu den Systemparametern Vegetation, Biomasse, Relief, Schneedecke, Bodenfeuchte und Bodenwärme zu treffen, um im landschaftsökologischen Sinne das signifikante Beziehungsgefüge dieser Größen herauszustellen. Im Vordergrund der Arbeiten steht vor allem der Einsatz eines neuen feldtauglichen Messprinzips zur Bestimmung des Bodenwassergehalts auf der Basis von Wärmekapazitätsmessungen. Infolge einer engen Bindung des Bodenfeuchteregimes an das Mikrorelief sowie an die hydrologisch bedeutsame Schneedecke, sollen auch diese beiden ökologisch wichtigen Kenngrößen mit Hilfe einer fortschrittlichen Erfassungsmethodik aufgenommen werden (lasergestützter Digitalkompaß, 3D-Software). Es ist insbesondere dieser neue methodische Ansatz, der das geplante Vorhaben klar von bereits durchgeführten landschaftsökologischen Arbeiten in vergleichbaren Räumen löst und daher vielversprechende ökologische Grundlagenergebnisse erwarten läßt. Die vergleichsweise exakten Punkt- und Flächenparameteraufnahmen können aber auch als Beschreibung des ökosystemaren Ist-Zustandes verstanden werden, so daß Aufnahmewiederholungen bereits stattgefundene Systemveränderungen dokumentierten können (Ökosystemmonitoring).

Lightweight High Entropy Alloys: Entwicklung von Hochentropielegierungen mit geringer spezifischer Dichte für den Leichtbau, Teilvorhaben: Optimierung der Eigenschaften von LHEA im Guss- und SLM-Zustand und Entwicklung von Wärmebehandlungsrouten

Turbomaschinen für die Transformation in das integrierte Energiesystem der Zukunft, Teilvorhaben: 4.5b und 4.6c

Ship Emission Inspection with Calibration-free Optical Remote sensing, Vorhaben: Entwicklung eines UV/vis Fernerkundungssystem zur Messung von SO2 und NO2 in Schiffsabgasfahnen

Kosteneffiziente Prozesse für hocheffiziente III-V/Si Tandem-Solarmodule mit mindestens 30 % Wirkungsgrad, Teilvorhaben: Industrielle Bewertung

Das Projektvorhaben 'Mod30+' adressiert die Demonstration von Rekord-Modulwirkungsgraden über 30% basierend auf der III-V/Si oder III-V/Ge Tandem-Solarzellentechnologie. Während bei der Herstellung der Bottom Si-Solarzelle teils industrielle Herstellungsprozesse mit hohen TRL Level zum Einsatz kommen, werden zur Herstellung der III-V Top-Solarzelle i.d.R. kostenintensive Reinraumprozesse eingesetzt. Im Rahmen des Projektes werden daher die kostenintensivsten Herstellungsprozesse mit dem Ziel einer signifikanten Kostenreduktion betrachtet. Diese Prozesse stellen ein großes Interesse ebenso für die Herstellung von III/V Hochleistungstandemsolarzellen auf Germanium Substraten dar, die in der terrestrischen Konzentratorphotovoltaik (CPV) aber auch in der Raumfahrt angewendet werden. Für das Teilprojekt von AZUR SPACE sind dabei die folgenden Entwicklungen besonders vielversprechend: - Kostenoptimierung des Rückseitenkontaktes: Hier steht die Evaluierung des am Fraunhofer ISE entwickelten und patentieren Verfahrens der Laser basierten Folienmetallisierung (Foilmet) im Fokus der Arbeiten - Entwicklung und Evaluation gedruckter Feinlinien-Kontakte mit für den Lichteinfall optimierter Geometrie - Entwicklung und Evaluation von galvanisch abgeschiedenen Kontakten - Entwicklung eines Sprühpyrolyseprozesses als kostengünstiges Abscheidungsverfahren von ARC Schichten Diese Prozesse werden in Zusammenarbeit mit Fraunhofer ISE entwickelt und von AZUR für die industriellen PV-Anwendungen evaluiert.

Selektive Polysilizium Finger, Teilvorhaben: Strukturierte passivierte Kontakte für TOPCon und IBC Solarzellen

TOPCon Solarzellen (Tunnel Oxide Passivating Contact) wurden in den letzten Jahren von vielen Forschungsinstituten und Firmen entwickelt und werden nun zunehmend in industrieller Produktion hergestellt und kommerziell vertrieben. Dabei werden Zellspannungen von knapp über 700 mV erreicht und Wirkungsgrade von 23.0% bis 23.8% erzielt. Die Spannung solcher Zellen wird vor allem durch die Rekombination auf der Vorderseite limitiert, weshalb als nächster Schritt eine Verbesserung der Zellvorderseite notwendig ist. Um optische Verluste durch parasitäre Absorption zu vermeiden, sind dafür strukturierte passivierte Kontakte notwendig. Entwickelt werden soll eine Prozess-Sequenz zur kostengünstigen Herstellung solcher strukturieren passivierten Kontakte. Diese soll in den Standardprozess für TOPCon Solarzellen eingebunden werden und basiert auf lokaler Laserdotierung von poly-Silizium zur Herstellung von in alkalischer Lösung ätzstabilen p+ poly-Silizium-Bereichen. Auf diese Weise sollen auf der Vorderseite der Solarzelle lokale passivierte Kontakte implementiert werden, um den Wirkungsgrad der Solarzelle, vor allem durch eine erhöhte Zellspannung von 715-720 mV, deutlich zu steigern. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens zur Herstellung solcher lokalen Kontakte besteht bei IBC Solarzellen (interdigitated back contact). Hierbei ermöglicht die lokale Behandlung durch den Laser die Herstellung separater p+ dotierter poly-Silizium Bereiche. Im Teilprojekt des ISC werden vor allem die Schichtentwicklung, die Laserprozessentwicklung und die Entwicklung der Zellstrukturen bearbeitet. Das überragende Ziel des ISC ist es, kosteneffiziente Prozessfolgen für TOPCon und IBC Solarzellen mit strukturierten passivierten Kontakten zu entwickeln, die sich in die industrielle Fertigung überführen lassen.

Selektive Polysilizium Finger

TOPCon Solarzellen (Tunnel Oxide Passivating Contact) wurden in den letzten Jahren von vielen Forschungsinstituten und Firmen entwickelt und werden nun zunehmend in industrieller Produktion hergestellt und kommerziell vertrieben. Dabei werden Zellspannungen von knapp über 700 mV erreicht und Wirkungsgrade von 23.0% bis 23.8% erzielt. Die Spannung solcher Zellen wird vor allem durch die Rekombination auf der Vorderseite limitiert, weshalb als nächster Schritt eine Verbesserung der Zellvorderseite notwendig ist. Um optische Verluste durch parasitäre Absorption zu vermeiden, sind dafür strukturierte passivierte Kontakte notwendig. Entwickelt werden soll eine Prozess-Sequenz zur kostengünstigen Herstellung solcher strukturieren passivierten Kontakte. Diese soll in den Standardprozess für TOPCon Solarzellen eingebunden werden und basiert auf lokaler Laserdotierung von poly-Silizium zur Herstellung von in alkalischer Lösung ätzstabilen p+ poly-Silizium-Bereichen. Auf diese Weise sollen auf der Vorderseite der Solarzelle lokale passivierte Kontakte implementiert werden, um den Wirkungsgrad der Solarzelle, vor allem durch eine erhöhte Zellspannung von 715-720 mV, deutlich zu steigern. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens zur Herstellung solcher lokalen Kontakte besteht bei IBC Solarzellen (interdigitated back contact). Hierbei ermöglicht die lokale Behandlung durch den Laser die Herstellung separater p+ dotierter poly-Silizium Bereiche. Im Teilprojekt des ISC werden vor allem die Schichtentwicklung, die Laserprozessentwicklung und die Entwicklung der Zellstrukturen bearbeitet. Das überragende Ziel des ISC ist es, kosteneffiziente Prozessfolgen für TOPCon und IBC Solarzellen mit strukturierten passivierten Kontakten zu entwickeln, die sich in die industrielle Fertigung überführen lassen.

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