This work has the aim to develop suitable technologies for processes able to recover heavy metals from contaminated fly-ashes and to evaluate their potential as well as the ecological and the economic side-constraints. The one topic of this project is to utilize the heavy metals concentrated in filter fly-ashes by separating them following the principles of heavy metal sublimation / condensation that will be gained from the project mentioned above. The biochemical part of the project investigates the potential of biochemical heavy metal separation from fly-ashes by dissolving them in organic acids. In a second step these dissolved heavy metals will be taken up by special bacteria strains that are able to upgrade them extra- or intracellular. These experiments will be carried out in collaboration with the Institute for Biotechnology at the Technical University of Graz.
In diesem Projekt sollen neuartige transparente Elektrode basierend auf sehr feinen, mit dem bloßen Auge nicht sichtbaren Metallnetzwerken etabliert werden. Die Metallnetzwerke sollen auf ihre optische Transmission und elektrische Leitfähigkeit eingehend charakterisiert werden und für klein- und großflächige Bauelemente (in erster Linie organische Solarzellen) optimiert werden. Außerdem soll die Performance des Metallnetzwerks in Verbindung mit Graphen zu einer hybriden Elektrode weiter gesteigert werden. Die optimierten Metallnetzwerke sollen als transparente Vorder- und Rückelektroden beginnend mit kleinen Flächen bis hin großen Flächen (größer als 10 cm2) in semitransparenten organischen/hybriden Solarzellen zum Einsatz kommen. Speziell für diese semitransparenten Solarzellen sollen auch geeignete photoaktive Materialien (organisch & hybrid) entwickelt werden. Außerdem soll die Anwendung der Metallnetzwerke auch für thermochrome und elektrochrome Bauelemente, bspw. für smart Windows, getestet werden. WP 1 Materialauswahl und Eignungstests für großflächige Metallnetzwerk-basierte transparente Elektroden (Realisierung durch Sublimation und Nasschemie) CeNS und UBT 1-24 WP 2 Herstellung von großflächigen hybriden transparenten Elektroden auf Basis von Metallnetzwerken in Verbindung mit Graphen TATA Steel und CeNS 1-24 WP 3 Optimierung von semitransparenten organisch/hybriden photoaktiven Materialien in Verbindung mit hybriden TCEs UBT und CeNS 6-30 WP 4 Herstellung großflächiger transparenter Elektroden (größer als 10 cm2) mittels Drucktechniken PL und UBT 6-30 WP 5 Herstellung und Optimierung von semi-transparenten Solarzellen mit hybriden TCEs UBT, CeNS und PL 12-32 WP 6 Auf dem Weg zu Integration in smart Windows und anderer Anwendungen CeNS , TATA Steel, UBT und PL 24-36.
Ziel und Innovation dieses Teilvorhabens ist die Synthese, Charakterisierung und Anwendung neuer, technologisch relevanter organischer Halbleiter und Farbstoffe, die stark im rot-grünen Bereich absorbieren und optimal auf die Blau- und Rotabsorber der Heliatek angepasst sind. Damit sollten sich in aus Hochvakuum abgeschiedenen Einzel- und Multischicht-Solarzellen weiter verbesserte Energieeffizienzen mit größer als 8% bzw. größer als 12% erzielen lassen. Diese starken rot-grün Absorber basieren auf dem an der Universität Ulm in langjähriger Zusammenarbeit mit der Heliatek und dem Institut für angewandte Photophysik in Dresden entwickelten Materialkonzept der Akzeptor-substituierten Oligothiophene (ADA-Oligothiophene). Im derzeit noch laufenden BMBF-Verbundvorhaben LOTsE wurden in enger Kooperation mit der Heliatek auf Basis des neuen Strukturkonzepts der S,N-Heteroacene weiter verbesserte ADA-Oligothiophene der zweiten Generation entwickelt, die sich sofort als technologisch relevant herausgestellt haben. In diesem Teilvorhaben sollen nun die S,N-Heteroacene durch systematische strukturelle Änderungen weiter vor allem für die Verwendung in Tripelzellen optimiert und der technologischen Anwendung noch näher gebracht werden. Ziel innerhalb dieses Arbeitspaketes ist es nun, die neue Leitstruktur der S,N-Heteroacene systematisch so zu verändern und fein abzustimmen, dass die in diesem Arbeitspaket geplanten Serien neuer Derivate zu produktrelevanten Fortschritten bezüglich des Wirkungsgrads und der Langzeitstabilität von Einzel- und Mehrfachzellen beitragen und gleichzeitig unzersetzt, rückstandsfrei und bei möglichst niedrigen Temperaturen sublimieren und vakuumprozessierbar sind. Dies sind sehr hohe Anforderungen an die organischen Halbleiter, und wir wollen deshalb sehr systematisch und in kleinen Schritten die Strukturen ändern und sie jeweils in ca. 200 mg-Mengen Heliatek zur Testung zur Verfügung stellen.
Die Budgetierung von Wasserressourcen aus montanen Gletschergebieten der mittlere und niederen Breiten und die Rekonstruktion paläoklimatischer Veränderungen aus Eisbohrkernen dieser Regionen mithilfe stabiler Isotopenverhältnisse des Wassers (D/H, 18O/16O) ist aufgrund der komplexen Effekte sekundärer Alterationsprozesse stark limitiert. Verlust durch Sublimation nach der Ablagerung ist wohl der am besten beschriebene, zur Veränderung der Isotopenverhältnisse beitragende Prozess. Die isotopische Veränderung durch Sublimation und anderer Sekundärprozesse, wie wiederholtes Schmelzen und Gefrieren, sind im konventionellen Isotopensystem des H und O nur schwer zu korrigieren, da die Isotopenfraktionierung auch durch Temperaturschwankungen beeinflusst wird. Der aus dem Drei-Isotopensystems des Sauerstoffs (16O-17O-18O) abgeleitete 17O-Exzess Parameter - ähnlich dem von deltaD und delta18O abgeleiteten d-Exzess Parameter - ist jedoch nahezu unbeeinflusst durch Temperaturschwankungen innerhalb des üblichen Rahmens an der Erdoberfläche. Dieser Umstand ermöglicht es, kinetisch gesteuerten Isotopenaustausch zu identifizieren, wie zum Beispiel bei der Verdunstung, ohne temperaturabhängige Gleichgewichtsfraktionierung berücksichtigen zu müssen. In dem hier vorgestellten Vorhaben möchten wir die die Fraktionierungsfaktoren im Drei-Isotopensystem des Sauerstoffs und die Entwicklung des 17O-Exzess Parameters während der Sublimation, sowie bei sich wiederholendem Schmelzen und Gefrieren zunächst in sorgfältig konzipierten Laborexperimenten bestimmen. Im Anschluss möchten wir die Anwendungsmöglichkeiten des 17O-Exzess zur Quantifizierung der sekundären Alteration von Eis und Schnee in der natürlichen Umwelt im Hochgebirge an der Forschungsstation Schneefernerhaus in den Deutschen Alpen erproben. Komplementär dazu sollen über das Jahr in regelmäßigen Abständen Schneeproben gesammelt und analysiert werden. Zum Schluss möchten wir die rezenten Eisschichten aus dem gut datierten, holozänen Eisprofil der Scarisoara Eishöhle, Rumänien, untersuchen, um mithilfe des 17O-Exzess die sekundäre, isotopische Veränderung durch wiederholtes Schmelzen und Gefrieren zu quantifizieren, die derzeit eine klimatische Interpretation der konventionellen Wasserisotopendaten verhindern.
In diesem Projekt sollen neuartige transparente Elektrode basierend auf sehr feinen, mit dem bloßen Auge nicht sichtbaren Metallnetzwerken etabliert werden. Die Metallnetzwerke sollen auf ihre optische Transmission und elektrische Leitfähigkeit eingehend charakterisiert werden und für klein- und großflächige Bauelemente (in erster Linie organische Solarzellen) optimiert werden. Außerdem soll die Performance des Metallnetzwerks in Verbindung mit Graphen zu einer hybriden Elektrode weiter gesteigert werden. Die optimierten Metallnetzwerke sollen als transparente Vorder- und Rückelektroden beginnend mit kleinen Flächen bis hin großen Flächen (größer als 10 cm2) in semitransparenten organischen / hybriden Solarzellen zum Einsatz kommen. Speziell für diese semitransparenten Solarzellen sollen auch geeignete photoaktive Materialien (organisch & hybrid) entwickelt werden. Außerdem soll die Anwendung der Metallnetzwerke auch für thermochromische und elektrochromische Bauelemente, bspw. für smart Windows, getestet werden. WP 1: Materialauswahl und Eignungstests für großflächige Metallnetzwerk-basierte transparente Elektroden (Realisierung durch Sublimation und Nasschemie) - CeNS und UBT: 1-24M WP 2: Herstellung von großflächigen hybriden transparenten Elektroden auf Basis von Metallnetzwerken in Verbindung mit Graphen - TATA Steel und CeNS: 1-24M WP 3: Optimierung von semitransparenten organisch/hybriden photoaktiven Materialien in Verbindung mit hybriden TCEs-UBT und CENS: 6-30 WP 4: Herstellung großflächiger transparenter Elektroden (größer als 10 cm2) mittels Drucktechniken-PL und UBT: 6-30 WP 5: Herstellung und Optimierung von semi-transparenten Solarzellen mit hybriden TCEs-UBT, CeNS und PL: 12-32 WP 6: Auf dem Weg zu Integration in smart Windows und anderer Anwendungen-CeNS , TATA Steel, UBT und PL: 24-36.
Die Herausforderung dieses Teilvorhabens ist zum Einen die Aufreinigung der für die Kleinstserienproduktion benötigten Mengen an hochreinen organischen Materialien und zum Anderen der Aufbau einer Kontrolle der Reinheit und des vollständigen Materialverhaltens entlang der Prozesskette. Ziel ist es u. a. Ansatzpunkte für ein späteres Qualitätsmanagement zu finden sowie bei kritischem Materialverhalten Lösungswege für eine modifizierte Prozessgestaltung zu erarbeiten, damit eine wirtschaftliche Produktion ermöglicht wird. Zu Beginn des Projektes sollen Mustermaterialien in der Kleinanlage sublimiert und komplette Analyse der Prozessschritte durchgeführt werden, welche das entsprechende Material durchläuft. Weiterhin soll die Substanz verwendet werden um neue Analysemethoden auf deren Anwendbarkeit zu testen. Um später interne Reinheitsanalysen über Bauelementstrukturen durchführen zu können, soll im Rahmen des Projektes parallel dazu die Erweiterung einer bestehenden Präparationsanlage erfolgen. Nach Erhalt der ersten Charge neuer Absorbermaterialien wird zunächst eine HPLC-Analysemethode entwickelt um diese zu analysieren. Parallel dazu soll die Anwendbarkeit weiterer Analysemethoden geprüft und daraus bei Eignung zumindest eine weitere entwickelt werden. Mit den ersten Mengen an neuen Absorbern soll das Verhalten während des Sublimationsprozesses in der Kleinanlage überprüft werden. Daraufhin erfolgt eine erste Optimierung der Sublimationsparameter im Rahmen weiterer Reinigungs- und Analyseschritte. Die jeweils erhaltenen sublimierten Materialien werden anschließend für die Analyse von Prozessschritten verwendet. Darüber hinaus erfolgt die Bestimmung der Korrelation zwischen Reinheit der Materialien und den Leistungsdaten des letztlich hergestellten Bauteils. Dies soll über die Analyse mit dem bis dahin aufgebauten APAC-System erfolgen. Sobald größere Chargen der neuen Absorbermaterialien verfügbar sind, soll die Aufskalierung des Reinigungsprozesses erfolgen.
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