Das Projekt "Si- und SiGe-Dünnfilme für thermoelektrische Anwendungen (SiGe-TE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IHP GmbH - Innovations for High Performance Microelectronics,Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik durchgeführt. Ziel des Verbundprojektes ist die Erarbeitung von Grundlagen zur Realisierung effizienter thermoelektrischer Dünnschichtbauelemente auf Si-und SiGe-Basis, wobei Konzepte zur ZT-Erhöhung im Focus stehen. Im TV-3 wird die Anwendung von Versetzungsnetzwerken in dünnen SOI-Strukturen für Si-basierte thermolektrische Generatoren grundlegend erforscht. Die Eigenschaften von Netzwerken in Si führen u.a. zur Verringerung des Widerstandes und der Wärmeleitung. Hierdurch kann eine wesentliche ZT-Erhöhung von Si erreicht werden. Ziel ist es, eine Konzeption für einen Demonstrator vorzulegen, der sich auf dem Chip integrieren lässt. Die Arbeiten zu TV-3 verbinden die Kompetenzen von MPI Halle, BTU Cottbus und IHP Frankfurt (Oder) zur Halbleiter-Technologie einschliesslich Waferbonden, zum Bauelemente- und Schaltungsentwurf und zur Diagnostik. Die Arbeiten des IHP konzentrieren sich auf die Charakterisierung von Material und Teststrukturen, Funktionselementen sowie auf Beiträge zum Integrationskonzept. Es werden u.a. Verfahren der HL-Mikroskopie u. -Spektroskopie genutzt und an die Probleme angepasst werden. Dabei werden der Einfluss von Parametern (Struktur des Versetzungsnetzwerkes, Dotierstoffkonzentration, Leitungstyp usw.) auf ZT, Thermospannung und Wirkungsgrad untersucht. Besondere Berücksichtigung erfährt dabei - in Hinblick auf das Design der Funktionselemente und das zu erarbeitende Integrationskonzept - die Wechselwirkung zwischen Material und Technologie.
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.
Das Projekt "Glancing Angle Deposition von Si-Ge-Nanosäulen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. durchgeführt. Im Teilvorhaben 'Glancing Angle Deposition von Si-Ge-Nanosäulen' sollen sowohl Säulen als auch andere Nanostrukturen (Chevrons, Spiralen) im Sandwichprinzip durch alternierenden Teilchenfluss von Si und Ge auf entsprechend vorstrukturierten Substraten unter den Bedingungen des streifenden Einfalls und der Rotation des Substrats gezielt deponiert werden. Dieses Verfahren erlaubt es periodisch angeordnete Strukturen auf vorstrukturierten Substraten abzuscheiden und zu dotieren. Durch Variation der experimentellen Parameter bei der Herstellung der Vorstruktur, der Deposition der Nanostrukturen und der thermischen Nachbehandlung sollen die thermoelektrischen Eigenschaften dieser Strukturen mit dem Ziel am Ende des Vorhabens das Design für ein thermoelektrisches Bauelement vorschlagen zu können, untersucht und optimiert werden. Für die Herstellung der Si- bzw. Si-Ge-Nanosäulen wird eine geeignete UHV-Anlage konzipiert, aufgebaut und betrieben werden. Mit dieser Anlage soll die Herstellung von Ge-Strukturen und von Si-Ge-Strukturen auf unstrukturierten und vorstrukturierten Substraten in Abhängigkeit von den Herstellungsbedingungen, der Strukturierung und der thermischen Nachbehandlung untersucht und hinsichtlich der thermoelektrischen Eigenschaften optimiert werden. Zur in-situ-Dotierung der Si-Ge-Nanosäulen mit n- oder p-Typ-Dotanden wird ein geeignetes Verfahren entwickelt. Parallel die Bedingungen aufgeklärt werden unter den eine Kontaktierung der Strukturen möglich ist.
Das Projekt "MAGMAN - Entwicklung thermoelektrischer Hochtemperaturmodule auf Basis der Silizide von Magnesium und Mangan mit neuen produktionstauglichen Verfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik durchgeführt. Ziel des beantragten Projektes ist die Entwicklung von thermoelektrischen Modulen für die Erzeugung elektrischen Stromes aus Temperaturunterschieden im Bereich zwischen ca. 700 C und 250 C auf der Basis von Siliziden. Dazu müssen in diesem Projekt die thermoelektrischen Materialien, die Kontakttechnologie und die Aufbau- und Verbindungstechnologie entwickelt werden. Mit der Expertise des IFAM werden die thermoelektrischen Materialien entwickelt. Basierend auf den Erfahrungen der Modulentwicklung des IPM wird die Kontaktierungstechnologie und die Aufbau- und Verbindungstechnik von thermoelektrischen Silizid-Modulen entwickelt.
Das Projekt "MAGMAN - Entwicklung thermoelektrischer Hochtemperaturmodule auf Basis der Silizide von Magnesium und Mangan mit neuen produktionstauglichen Verfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung von thermoelektrischen Modulen für die Erzeugung elektrischen Stromes aus Temperaturunterschieden im Bereich zwischen ca. 700 C und 250 C auf der Basis von n-Mg2Si1-xSnx und p-MnSi1.73-x. Die Auswahl fußt auf den bereits bekannten guten thermoelektrischen Eigenschaften, darauf, dass in der Literatur bereits prototypische Module beschrieben sind und auf der vorhandenen Erfahrung der Antragsteller mit Herstellung und Verarbeitung der Werkstoffsysteme. Das System ist von besonderer technologischer Relevanz, da es mit der bereits vorhandenen Technologie auf Basis von (Bi,Sb)2(Te,Se)3 kombiniert werden kann, was den nutzbaren Temperaturgradienten vergrößert und den Wirkungsgrad erhöht. Die Zielstellung erfordert ein strukturiertes Vorgehen in enger Zusammenarbeit mit dem Industriebeirat. Arbeitspakete: AP 1: Erstellung Lastenheft; AP 2: Herstellung von Werkstoffpulvern und systematische Optimierung der Legierungszusammensetzung; AP 3: Materialcharakterisierung / Optimierung durch Wärmebehandlung; AP 4: Verfahrens- und Werkzeugoptimierung des Spark Plasma Sinterns; AP 5: Entwicklung geeigneter Aufbau- und Verbindungstechnik. Meilensteine: M1: Die Synthesen von n-Mg2Si1-xSnx und p-MnSi1.73-x in für thermoelektrische Module geeigneter Qualität (nach 6 Monaten Projektlaufzeit) M2: Die einzelnen Verfahren für die Herstellung von n- und p-Segmenten vorhanden (nach 9 Monaten) M3: Die Gesamtabfolge der Verfahren zur Herstellung von Segmenten als Gesamtprozess steht (nach 12 Monaten) M4: Die Entwicklung ohmscher Kontakte erfolgreich, Materialqualität auf mind. 75 Prozent ZT der Literaturwerte (nach 15 Monaten) M5: Entwicklung der Modultechnologie (AVT) unter Berücksichtigung der chemischen Empfindlichkeit der Materialien (Feuchte, Säuren) (nach 18 Monaten)
Das Projekt "Industrialisierungskonzept für hochtemperaturtaugliche thermoelektrische Generatoren zur Abgaswärmenutzung in Automobilen auf Basis neuartiger Materialien (EcoTEG)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Werkstoff-Forschung durchgeführt. 1. Vorhabenziel In Abstimmung mit dem PT Jülich wird AZK 5 durch die beigefügte Gesamtvorhabensbeschreibung abgedeckt. 2. Arbeitsplanung Arbeitspakete: 0. Projektmanagement 1. Systembewertung und Lastenheft 2. Moduldesign und Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) 3. Prüfung Module Einzelmodulteststand 4. Auslegung Gesamtsystem 5. TEG Test am Prüfstand/im Fahrzeug 6. Industrialisierungskonzept
Das Projekt "THERMOSIL - Kostengünstige Herstellung von thermoelektrischen Generatoren auf Basis von Magnesiumsilizid durch fortschrittliche Gießtechnik und Extrusion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Köln, Institut für Fahrzeugtechnik durchgeführt. Vorhabensziel: Ziel des Vorhabens ist die Herstellung von Werkstoffen hoher thermoelektrischer Effizienz aus ungiftigen Magnesium-Zinn-Siliziden. Für die Anwendung in der Automobilindustrie stehen dabei problemlos hochskalierbare sowie kostengünstige Verfahren wie die der Schmelzmetallurgie und des Gießens sowie des Strangpressens im Fokus. Am Projektende soll eine Entscheidungsmatrix erarbeitet worden sein, die die angewandten Herstellverfahren mit der Effizienz der damit gewonnenen thermoelektrischen Werkstoffe in Relation setzt. Arbeitsplanung: Für die schmelzmetallurgische Darstellung werden ausgewählte Tiegelmaterialien und Abdecksalze verwendet. Die Gefügebeeinflussung geschieht durch zusätzliche Legierungselemente und durch die Einstellung unterschiedlicher Abkühlraten. Die so erhaltenen Materialien werden hinsichtlich ihrer thermoelektrischen Eigenschaften charakterisiert und eingeordnet. Nach Einstellung einer reproduzierbaren Synthesemethode soll in Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern eine Betriebsversuch im Technikumsmaßstab erfolgen. Die Weiterverarbeitung erfolgt dann durch Koextrusion mittels Indirektstrangpressen zur Darstellung der gewünschten Geometrien und zur Vermeidung von Zerspanungsverlusten.
Das Projekt "Industrialisierungskonzept für hochtemperaturtaugliche thermoelektrische Generatoren zur Abgaswärmenutzung in Automobilen auf Basis neuartiger Materialien (EcoTEG)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Rhein-Waal, Campus Kleve, Fachbereich Technologie und Bionik, Abteilung Angewandte Optoelektronik und Laserphysik durchgeführt. 1. Vorhabenziel Ziel des Projektes ist es, thermoelektrische Materialien, Module und Systeme hinsichtlich Temperaturverteilung und thermomechanischer Beanspruchung zu charakterisieren. 2. Arbeitsplanung Neue Messverfahren basierend auf Thermografie und Speckle-Interferometrie werden eingesetzt zur Charakterisierung der Module.
Das Projekt "Thermoelectric clathrates for waste heat recovery" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wien, Institut für Festkörperphysik durchgeführt.
Das Projekt "Si- und SiGe-Dünnfilme für thermoelektrische Anwendungen (SiGe-TE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Interdisziplinäres Zentrum für Materialwissenschaften durchgeführt. 1. Vorhabenziel Die technologischen Grundlagen für effiziente thermoelektrische Dünnschichtbauelemente auf Silicium- und Germaniumbasis stehen im Fokus. Hierfür soll das Potential der Nanostrukturierung zur Realisierung von Si- bzw. Si-Ge-basierten Dünnschichten gezielt eingesetzt und transferiert werden. Die Herausforderung des Projekts besteht in der Messung der relevanten Transportgrößen, die den Gütefaktor bestimmen. Diese müssen für die Schichtstrukturen thermoelektrischen Si-Strukturen, die eine erhebliche Steigerung der Effizienz aufweisen und herkömmliche Materialien ersetzen können. 2. Arbeitsplanung Die umfassende und vergleichende thermoelektrische und strukturelle Charakterisierung der von den Projektpartnern hergestellten Si- und Si-Ge-Schichtstrukturen ist das zentrale Element des Teilvorhabens. Die Messergebnisse werden genutzt, um Schlussfolgerungen für die Optimierung der Herstellungsparameter bzw. die generelle Anwendbarkeit der Methode zu ziehen. Neben der Charakterisierung besteht der zweite Aufgabenkomplex im TV 4 in der Bereitstellung von lithographischen Strukturierungstechniken für die Verbundpartner zur Herstellung von Nanostrukturen. Es soll gezeigt werden, dass sich die Effizienz von thermoelektrischen Si-basierten Materialien durch eine Nanostrukturierung als Nanosäulen entsprechend vorliegender theroretischer Konzepte und erster Messungen wesentlich verbessern lässt. Es sollen Teststrukturen hergestellt werden, die als Basis für eine zukünftige Entwicklung...
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