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Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Edda Rädlein

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Veröffentlichungen

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Erstellt: Mon, 30 Nov 2020 23:15:14 +0100 in 0.0846 sec


Issa, Esmail; Nagel, Henning; Bartsch, Jonas; Glatthaar, Markus; Rädlein, Edda;
Application of hydrosilane-free atmospheric pressure chemical vapor deposition of SiOx films in the manufacture of crystalline silicon solar cells. - In: Thin solid films : international journal on the science and technology of condensed matter films.. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier, Bd. 713 (2020), 138338
- Im Titel ist "x" tiefgestellt

In this work we present SiOx films deposited in cost-effective laboratory scale three-dimensional printed atmospheric pressure chemical vapor deposition setup. As SiOx films are deposited at room temperature without complex vacuum systems, they can be a good candidate for the use in commercial c-Si solar cell production lines. The quality of the deposited films was investigated as to their integrity, conformity with various surfaces, and post-treatment resilience such as stability against etchants and annealing. Several applications of the SiOx film prepared with the atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) were discussed. In one application, the APCVD SiOx was utilized to effectively promote single-side texturing of Float Zone and Czochralski Si wafers by coating only one side with SiOx and subsequently annealing prior to texturing in an alkaline aqueous solution. Another application was to exploit the APCVD SiOx as a plating mask for silicon heterojunction solar cells. Two processing options prior to the oxide-film deposition were investigated: i) application of an Ag seed-layer, which promotes subsequent electroplating, and ii) printing of an organic grid, which, after stripping, creates openings in the SiOx that facilitate electroplating of the solar cell's electrode on the underlying transparent conducting oxide. In a different application, the APCVD SiOx films acted as protection against parasitic plating on the front side of passivated emitter and rear solar cells. The deposited films were characterized by ellipsometry, hemispherical reflectance measurements, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy and optical microscopy.



https://doi.org/10.1016/j.tsf.2020.138338
Hofbauer, Peter J.;
In-situ-Messung und Simulation der Flüssigphasensilicierung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2020. - 1 Online-Ressource (xv, 295 Seiten). . - (Werkstofftechnik aktuell. - Band 21)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Die Flüssigphaseninfiltration von porösen Kohlenstoffvorformen mit Silicium, im Allgemeinen als Liquid Silicon Infiltration (LSI) bezeichnet, ist eine der wirtschaftlichsten Technologien zur Herstellung von kohlenstofffaserverstärktem Siliciumcarbid (C/SiC). Trotz jahrzehntelanger Forschung sind die physikalischen Phänomene an der Infiltrationsfront noch nicht hinreichend verstanden worden. Folglich existiert bislang kein mechanistisches Modell, das helfen würde, den Produktionsprozess von C/SiC-Bauteilen zu optimieren. Die vorliegende Arbeit dient dazu, die Forschungslücken zu schließen und ein validiertes Simulationsmodell zur Prozessoptimierung zur Verfügung zu stellen. Inhaltlich wurde die Arbeit in drei Teile gegliedert, wobei sich der erste Teil zunächst mit den Herstellverfahren von C/SiC-Komponenten befasst. Anschließend werden die grundlegenden chemischen und physikalischen Vorgänge der Reaktion von Silicium und Kohlenstoff zu Siliciumcarbid erläutert. Gefolgt von dem bisherigen Verständnis der Infiltration von porösen, kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoffvorformen (C/C-Preforms) mit flüssigem Silicium, wird der Stand der Technik mit den bisweilen existierenden Infiltrations-und Diffusionsmodellen abgehandelt. Der zweite Teil befasst sich mit einem neu entwickelten Versuchsaufbau zur Untersuchung des LSI-Prozesses. Dieser ermöglicht eine In-situ-Beobachtung während der Infiltration einer Spaltkapillare aus Glaskohlenstoff mit Silicium. Ursprünglich war der Versuchsaufbau zur Validierung der bisher anerkannten Infiltrationsmodelle angedacht, die auf der allgemeinen Kapillartheorie beruhen. Allerdings zeigten die Versuche, dass sich die Infiltrationskinetik grundlegend von dem Verhalten unterscheidet, dass durch die bekannten Infiltrationsmodelle vorhergesagt wird. Weitere Untersuchungen führten zu neuen Erkenntnissen, die den Aufbau eines mesoskopischen Modells zur Vorhersage des tatsächlichen Infiltrationsverhaltens ermöglichten. Mit der Infiltration und Untersuchung von porösen C/C-Materialien, wird der Anwendungsbereich des Infiltrationsmodells auf kommerzielle C/C-Materialien erweitert. Der dritte und letzte Teil behandelt den Aufbau eines numerischen Modells zur Simulation des LSI-Prozesses. Erstmals wurde die reaktive Infiltration von porösen C/C-Preforms im Dreidimensionalen simuliert und das Modell mit In-situ-Messungen validiert. Eine neu entwickelte Infiltrationsgleichung und die Einführung eines zeitabhängigen Diffusionskoeffizienten führten zu einer guten Übereinstimmung von Simulations-und Messergebnisse sowie zu kurzen Rechenzeiten auch für komplexe Bauteile im Industriemaßstab.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000197
Kretzschmar, Björn Sten Mark;
Untersuchungen zur flammenpyrolytischen Abscheidung silikatischer Schichten mit definierter Porosität und Funktionalisierung. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (XVIII, 113 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

In dieser Arbeit wurde die Erzeugung von definiert porösen Siliciumoxidschichten unter Anwendung der Flammenpyrolyse sowie eine Funktionalisierung der porösen Matrix durch nachträgliches Beschichten mit Manganoxid bzw. gleichzeitige Abscheidung mit Gold untersucht. Um die Porosität und die funktionale Wirkung abschätzen zu können, wurden spektroskopische und mikroskopische Analysen durchgeführt. Untersuchungen der Morphologie zeigten eindeutig nicht kristalline offenporige Strukturen auf. Auf Grund der geringen Schichtdicken stellte die Bestimmung der Porosität eine besondere Herausforderung dar. Mit Hilfe der Gravimetrie, SE und RBS wurden für die Porosität der applizierten Schichten Werte ermittelt, die für den Großteil der Proben gut übereinstimmten. Die Schichtdicken lagen in einem Bereich von 18 - 165 nm und die ermittelten Porositätswerte umfassten einen Bereich von 21 - 93 %. Es wurden die bei den einzelnen Messmethoden auftretenden Unsicherheiten bei der Bestimmung der Porosität diskutiert. Die größte Messungenauigkeit lieferte adsorbiertes Wasser. Mit Hilfe von TEM und ellipsometrischer Porosimetrie konnten Makro- und Mikroporen ausgeschlossen werden. Mesoporen waren in geringer Anzahl mit Porenradien von 4 - 5, 7,5 und 10 -15 nm nachweisbar. Die statistische Versuchsplanung zeigte, dass die Haupteinflussparameter auf die Schichtporosität der Brenner-Substrat-Abstand und die Durchlaufanzahl sind. RMD- und MD-Simulationen lieferten einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis von der Bildung chemischer Bindungen und der Netzwerkentstehung sowie dem Schichtwachstumsprozess. Die nachträglich abgeschiedenen Manganoxide wiesen in Abhängigkeit von den Prozessparametern (Brenner-Substrat-Abstand und Anteil an Sauerstoff in der Flamme; auf Silizium-Wafer) unterschiedliche Mangan/Sauerstoffverhältnisse auf. Insbesondere bei geringen Durchlaufanzahlen, geringem Brenner-Substrat-Abstand und wenig Sauerstoff in der Flamme konnten große Mn/O-Verhältnisse appliziert werden. Ein Einsatz der Manganoxidschichten als antibakterielle Schicht (Silicium-Wafer), als Elektrodenmaterial (ITO-Glas) und für transmissionserhöhende Schichten (Floatglas) wurde untersucht. Auf Grund von zu wenig haftfestem Material konnte ein Einsatz als antibakterielle Beschichtung und als Elektrodenmaterial ausgeschlossen werden. Eine Kombination aus SiO2-x- und MnOx-Schicht zeigte eine Erhöhung der Transmission über einen großen Wellenlängenbereich (VIS). Die gleichzeitig abgeschiedenen Dünnfilme zur Erzeugung von Gold-dotierten Siliciumoxidschichten besaßen eine zur Literatur vergleichbare katalytische Wirkung (beim Abbau von 4-Nitrophenol zu 4-Aminophenol).



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00045675
Vakaliuk, Oleksii; Werfel, Frank; Jaroszynski, Jan; Halbedel, Bernd;
Trapped field potential of commercial Y-Ba-Cu-O bulk superconductors designed for applications. - In: Superconductor science and technology : a multidisciplinary forum for workers involved in any aspect of the science and technology of superconductors.. - Bristol : IOP Publ., ISSN 1361-6668, Volume 33 (2020) number 9, 095009, Seite 1-9

Bulk high-temperature superconductors (HTSs) that act as a trap field magnet establish a novel type of magnetic field source, which is significantly different from that of a permanent magnet or solenoid; therefore, they can be potentially used in magnetic-force-based applications. However, the primary issues related to the commercial use of the bulk HTS technology are established on the enhancement of trapped magnetic fields, as well as their reliability and reproducibility at temperatures achievable with off-the-shelf cryocoolers. This study presents experimental investigations on the strong trapped magnetic fields observed in commercial Y-Ba-Cu-O bulk HTSs produced as a double-sample stack, a cylindrical bulk, and a ring-shaped bulk. Consequently, a reliable and reproducible magnetic field of 9.5 T at 50 K was trapped in commercial Y-Ba-Cu-O assembled as a double-sample stack. In this case, shrink-fit encapsulation with either aluminum or stainless steel tube ensured equally effective reinforcement. Higher magnetization, although accompanied with partial flux jumps, yielded a trapped field of 16.85 T at 30 K, which is comparable to the reported record trapped fields. Finally, a maximum trapped field of 9.78 T - the strongest trapped field reported to date - was attained in the 6 mm hollow space of the ring-shaped bulk HTS.



https://doi.org/10.1088/1361-6668/ab9fc4
Vakaliuk, Oleksii; Fröhlich, Thomas; Halbedel, Bernd;
Novel Lorentz Force Velocimetry system based on bulk high-temperature superconductors. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (iii, 174 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Die Lorentzkraftanometrie (LKA) ist eine Technik zur Messung der Geschwindigkeit von elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten. Sie ist eine nicht-invasive Messtechnik, die besonders vorteilhaft für heiße, opake und aggressive Elektrolyte ist. Die LKA wurde für Salzwasser als Modellelektrolyt erfolgreich mit Dauermagnetanordnungen (DM) ohne magnetischen Rückschluss, aber mit gezielter Flussführung (Halbach-Array) und hochpräzisen Kraftmesssytemen (KMS) auf Basis der interferometrischen Messung der Auslenkung des Magnetsystems und der elektromagnetischen Kompensation der Auslenkung demonstriert. Um die LKA für schwach leitfähige Elektrolyte zu erweitern, ist eine Magnetfelderzeugung von > 1 T erforderlich. Ein Hochtemperatursupraleiter-Bulk (Bulk-HTS) kann ein Magnetfeld von mehreren Tesla erzeugen und somit die LKA-Leistung deutlich verbessern und die bisher genutzten DM ersetzen. Diese Arbeit zielt deshalb darauf ab, Bulk-HTS's in der LKA unter Berücksichtigung der kritischen Verbindungen zwischen der Funktionalität von Bulk-HTS's und dem KMS einzusetzen und ein LKA-System mit Bulk-HTS's zu entwerfen, herzustellen und zu testen. Die Ergebnisse wurden für die Entwicklung eines neuartigen LKA-System auf Basis eines Bulk-HTS als Magnetfeldquelle und einer Torsionswaage als Kraftmesssystem genutzt. Dieses System - Superconducting High-precision Lorentz Force Measurement System (Super-LOFOS) - wurde dann erfolgreich aufgebaut und getestet. Bei Kühlung mit flüssigem Stickstoff bzw. Helium werden auf der Stirnfläche des Super-LOFOS magnetische Flußdichten von B_T = 100 mT bzw. B_T = 1,2 T erzeugt. Damit erweitert die vorliegende Arbeit die Einsetzbarkeit der LKA für gering elektrisch leitende und langsam strömende Fluide auf ([sigma] &hahog; u) = 1-10) S s^-1, sowie macht hochpräzise Kraftmessungen bis 1 nN unter kryogenen Bedingungen möglich. Darüber hinaus stellt das entwickelte Messsystem Super-LOFOS einen tragbaren Magnetfeldgenerator dar, der für NMR- und MRT-Technologien, Drug Targeting, und magnetische Trennungsverfahren einsetzbar ist.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000083
Hofbauer, Peter J.; Raether, Friedrich; Rädlein, Edda;
Finite element modeling of reactive liquid silicon infiltration. - In: Journal of the European Ceramic Society. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier Science, ISSN 0955-2219, Bd. 40 (2020), 2, S. 251-258

https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.09.041
Issa, E.; Nagel, H.; Guzik, Lukasz; Javanbakht, H.; Coron, E.; Rädlein, Edda; Glatthaar, Markus; Glunz, Stefan;
Plated front side metallization on transparent conducting oxide utilizing low-cost APCVD SiO2 insulating layer. - In: 36th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. - München, Germany : WIP, (2019), S. 431-435
- Im Titel ist "2" tiefgestellt

Schwager, Anne-Marie; Dellith, Jan; Bruder, Armin; Baierl, Hardy; Lasch, Patricia; Barz, Andrea; Bliedtner, Jens; Reichel, Volker; Rädlein, Edda;
Hochtemperatur-Laserstrahlsintern von Glaspulverwerkstoffen. - In: 11. Mittweidaer Lasertagung. - Mittweida : Hochschule Mittweida, (2019), S. 181-184

Rabenbauer, Pascal;
Entwicklung eines bleifreien, niedrigschmelzenden und hochbrechenden Spezialglases für den Einsatz als Streuschichtmatrix in organischen Leuchtdioden. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2019. - 1 Online-Ressource (xiv, 138, XXXVIII Seiten). . - (Werkstofftechnik aktuell. - Band 20)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Bleifreie, niedrigschmelzende und hochbrechende Spezialgläser wurden mit dem Ziel synthetisiert, diese als Streuschicht in einer organischen Leuchtdiode (OLED) zu verarbeiten und damit die interne Lichtauskopplung zu erhöhen. Ausgehend von ternären Systemen auf Basis eines B2O3- und/oder SiO2-Netzwerks wurden zunächst Bi2O3- respektive TeO2-haltige Gläser hergestellt. Darüber hinaus wurden der Einfluss und die Wirkungsweise weiterer Oxide auf diese Glassysteme analytisch erfasst. Ausgewählte Gläser wurden als Pulver zusammen mit 1-3 [my]m großen TiO2- oder SiO2-Streupartikeln zu einer Paste verarbeitet, in einem Siebdruckprozess auf ein Substrat aus Kalk-Natron-Silicatglas appliziert und abschließend verglast. Um daraus eine funktionsfähige OLED herzustellen wurde in einem Reinraumprozess auf die Komponente aus Substratglas und Streuschicht eine Schichtabfolge aus ITO-Anode, Emitterschichten und Kathode aufgebracht. Als besonders geeignet stellten sich Gläser aus dem System Bi2O3-B2O3-SiO2-ZnO-SrO-BaO (B:BSZSB) heraus. Mit ihnen konnten neben der Anpassung der Wärmeausdehnung an das Substrat auch die Brechzahlanpassung an die ITO-Anode mit nd = 1,90 ± 0,1, eine Transformationstemperatur Tg < 450 &ring;C und eine hohe Transmission im sichtbaren Bereich gewährleistet werden. Als ideal für die Verglasung von B:BSZSB-haltigen Schichten stellte sich ein Partikeldurchmesser d90 = 4,76 [my]m und eine möglichst enge Kornverteilung aus abgerundeten Partikeln dar. Die Partikel sollten dabei idealerweise gleichverteilt sein. Ziel war es, die Auskoppeleffizienz der OLED mittels Glasstreuschicht um mindestens 50 % zu steigern. Konkret bedeutet das, eine Lichtausbeute von [eta] ≥ 40 lm/W zu erreichen. Das optimale Streuvermögen für die Lichtextraktion aus einer OLED konnte durch einen Haze von 0,6-0,9 erzielt werden. Maßgeblich dafür sind die Schichtdicke und die darin enthaltene Streupartikelkonzentration. Die höchste Lichtausbeute von [eta] = 55 lm/W konnte für OLEDs mit einer eigenentwickelten 15 [my]m dicken Streuschicht der Zusammensetzung 23Bi2O3-38B2O3-4SiO2-24ZnO-4SrO-7BaO (mol-%) und einer Streupartikelkonzentration von 2,5 Vol.-% TiO2 realisiert werden. Im Vergleich zur Referenz-OLED ohne Streuschicht ([eta] = 26 lm/W) entspricht die erzielte Lichtausbeute, bei einer konstanten Leuchtdichte von 2000 cd/m2, einer Steigerung um 110 %. Die Übertragung des Prozesses vom Labormaßstab in die industrielle Fertigung im Reinraum konnte durch die Übergabe des Beschichtungsverfahrens inklusive aller nötigen optimierten Prozessschritte und -parameter an die OSRAM OLED GmbH gewährleistet werden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000165
Halbedel, Bernd; Kolesnikov, Yuri;
Magnetische Separation von Teilchen aus Fluiden - Grundlagen, Ergebnisse und Vorrichtungsvorschläge. - In: Workshop Elektroprozesstechnik. - Ilmenau : Förderkreis Elektrowärme Ilmenau e.V., (2019), 9, insges. 13 S.