Studienabschlussarbeiten

Bei der ADPKD (Autosomal Dominante Polyzystische Nierenerkrankung), einer häufigen Erbkrankheit, bilden sich in der Niere Zysten. Durch verschiedene Mutationen der Proteine Polycystin-1 und Polycystin-2, wird die mechanosensorische Regulation des Durchmessers der Nierenkanälchen gestört. Die Membranproteine Polycystin-1 und Polycystin-2 sind in den primären Cilien im Nierenkanälchen lokalisiert. Erst vor kurzem wurde eine Interaktion zwischen Polycystin-2 und mDia1, welches das Zytoskelett reguliert, gefunden. Bis jetzt ist der genaue Regulationsmechanismus für das Zytoskelett unklar. In dieser vorliegenden Forschungsarbeit wurde der genaue Mechanismus der Interaktion zwischen Polycystin-2 und mDia1 durch NMR-Spektroskopie erforscht. Hierzu wurden die Proteine Polycystin-2 und mDia1 exprimiert und gereinigt. Das Polycystin-2 wurde mit 15N-Stickstoff angereichert. Die jeweils auftretenden zwei Konformationszustände der Proteine wurden mit Chromatographie getrennt. Mithilfe von (1H-15N)-TROSY-HSQC (Transverse relaxation optimized spectroscopy - Heteronuclear single quantum coherence spectroscopy) wurde die Interaktion der Proteine gemessen. Durch eine Zuordnung der Signale zu den einzelnen Aminosäuren wurde die Bindungstelle zwischen Polycystin-2 und mDia1 bestimmt. Durch Messen der Signalverschiebungen und Signalintensitätsänderungen konnte die Interaktion genauer charakterisiert werden. Der hydrodynamische Radius der Proteinkomplexe wurde mit einer STE (Stimulated Echo)-Pulsfolge gemessen.

Motivation der Arbeit ist die Untersuchung der Auswirkungen von Defekten in Form von Mikrorissen auf die Wärmeentwicklung in Photovoltaik Modulen. Mikrorisse entstehen im Herstellungsprozess sowie bei Transport und Montage der Solarmodule und stellen ein bekanntes Problem der Solarindustrie dar. Es wird zunächst untersucht, welche Arten von Mikrorissen existieren und wie diese entstehen. Nachfolgend wird die Wärmeentwicklung im Photovoltaik Modul für verschiedene Betriebsfälle betrachtet. Es zeigt sich, dass die Wärmeentwicklung vor allem bei partieller Verschattung erfolgt und insbesondere geshuntete Mikrorisse die stärkste Erwärmung im Modul zur Folge haben. Die gefundenen Erkenntnisse sind mithilfe numerischer Strömungssimulation in ANSYS CFX berechnet wurden.

In dieser Arbeit wurden bifaciale Siliziumsolarzellen mit industriell etablierten Verfahrenstechniken hergestellt und charakterisiert. Mit einem Phosphoremitter und einem ganzflächigem Aluminiumrückseitenfeld wurde ein n+pp+-Zellkonzept realisiert. Dazu wurde die Vorderseite zunächst alkalisch texturiert, dann in einem Durchlaufofen mit Phosphor dotiert und mit einer Siliziumnitrid-Antireflexionsschicht versehen. Auf der Rückseite wurde mittels Siebdruck eine Aluminiumpaste aufgebracht, bei 860˚C gesintert und in einem Salzsäurebad zurückgeätzt, sodass das beim Sintern entstandene Aluminiumrückseitenfeld zurückblieb. Die Rückseiten der Zellen wurden mit PECVD-hergestellten Passivierschichten versehen. Dabei wurden Schichtstapel aus Aluminiumoxid und Siliziumnitrid bzw. Siliziumoxid und Siliziumnitrid auf ihre Einsetzbarkeit getestet. Zum Kontaktieren der Solarzelle wurden im Siebdruckverfahren auf beiden Seiten H-förmige Teststrukturen aufgebracht. Diese bestanden aus vier quadratischen Zellen mit jeweils anderen Fingerbreiten und -abständen. Die optimale Sintertemperatur wurde durch geeignete Variation derselben ermittelt. Mittels Strom-Spannungs-Messung wurden die Kenngröß en der bifacialen Solarzellen bestimmt. Der beste ermittelte Wirkungsgrad lag bei vorderseitiger Beleuchtung bei 15,7%, bei rückseitiger Beleuchtung wurden 8,6% erzielt. Zum besseren Verständnis der Ergebnisse und zur weiteren Optimierung der Bifacialzellen wurden auf beiden Seiten Messungen des Schichtwiderstands, des Kontakwiderstandes und der spektralen Reflexion durchgeführt.

Blockcopolymere bestehend aus 2-Isopropyl-2-oxazoline (ISOXA) und dem Esterderivat 2-oxazoline (3-(Oxazol-2-yl) propionate) (ESTER-OXA) wurden durch kationische Ringöffnungspolymerisation hergestellt. Diese Reaktion wurde unter Zuhilfenahme von Methyltriflat im Lösungsmittel Benzonitril eingeleitet. Hierbei erfolgte die Synthese durch die sog. "One pot" Methode, welche aus 2 Schritten besteht: Zuerst erfolgt hierbei die Polymerisation des Esterderivats ESTER-OXA mit dem Initiator Methyltriflat. Dadurch wurden ESTER-OXA Polymerketten vom Typ lebender Charakter hergestellt. In einem zweiten Schritt erfolgte die Zugabe von ISOXA zum Reaktionsgemisch. Die Synthese der Polymere wurde durch herkömmliches Heizen als auch Erhitzung in einer Mikrowelle durchgeführt. Hierbei ergab sich eine hohe Ausbeute. Die strukturelle Charakterisierung der Polymere wurde durch Kernspinresonanzspektroskopie (NMR-Spektroskopie) durchgeführt. Die synthetisierten Polymere zeigten eine Übergangstemperatur von einem hydrophilen in einen hydrophoben Zustand, welche im Folgenden als Lower Critical Solution Temperature (LCST) bezeichnet wird. Dieser Übergang wird von einer Coil-Globule-Konformationsänderung begleitet. Die LCST der Polymere wurde mithilfe der turbidimetrischen Methode, welche die prozentuale Durchlässigkeit der wässrigen Polymerlösungen bei verschiedenen Temperaturen unter Verwendung eines UV/VIS-Spektrometer misst, bestimmt. Bei der Ermittlung der LCST von Poly(ISOXA) ergab sich eine Temperatur 44,7˚C. Bei der Messung LCST der Blockcopolymere wurden höhren Temperaturen festgestellt, als bei reinem Poly(ISOXA). Dies ist durch den höhren Gehalt der hydrophilen Comonomere ESTER-OXA begründet. Weiterhin wurde festgestellt, dass sich die LCST der Blockcopolymere mit größeren Gehalt an ESTER-OXA erhöht. Das Poly(ESTER-OXA) Segment der Blockcopolymere wurde unter milden Bedingungen hydrolysiert, so dass nur eine Hydrolyse von Ester-Gruppen und nicht von Amid-Gruppen des Copolymers stattfand. Die LCST der hydrolysierten Blockcopolymere wurde durch die turbidimetrische und eine NMR-Methode bestimmt. Zur Ermittlung der LCST mithilfe von Kernspinresonanzspektroskopie wurden 1H-NMR-Spektren des Copolymers bei verschiedenen Temperaturen und pH-Werten verwendet. Die Werte der LCST der hydrolysierten Blockcopolymere waren höher, als die der nicht hydrolysierten Blockcopolymere. Da bei diesen Carboxylgruppen in den Ketten der Copolymere auftreten und diese Gruppen eine höhere Hydrophilie als Estergruppen besitzen. Die LCST der hydrolysierten Blockcopolymere unterschied sich nicht signifikant mit der Variation des pH-Wertes der Lösung. Diese geringe Empfindlichkeit gegenüber dem pH-Wert folgt aus den relativ kurzen Segmenten von Poly(ESTER-OXA) im Vergleich zu den Segmenten von Poly(ISOXA). Außerdem wurden Diffusionsmessungen, zur Bestimmung der molekularen Beweglichkeit der Polymere in wässriger Lösung als auch zur Größenermittlung der Moleküle, durchgeführt. Diese Diffusionsmessungen erfolgten durch Pulsed Gradient Spin-Echo-NMR (PGSE NMR). Diese Technik der Kernresonanzspektroskopie ermöglicht den Diffusionskoeffizienten der Polymere zu messen. Die Diffusionskoeffizienten der Polymere in der Lösung erhöhen sich mit steigender Temperatur, wobei sich die Viskosität des Lösungsmittels verringert. Unter Verwendung von PGSE NMR wurde der hydrodynamische Radius der Polymere berechnet. Dieser Radius verringerte sich bei steigender Temperatur, weil die Polymere eine Coil-Globule-Konformationsänderung durchführten. Hiermit konnte ein Zusammenbruch der Polymerketten bei steigender Temperatur nachgewiesen werden.

Die Identifikation der an der teilweise oxidierten Be(0001)-Oberfläche auftretenden Schwingungsmoden ist durch die Kombination der Elektronenenergieverlustspektroskopie mit Dichtefunktionalrechnungen erfolgt. Die dominanten Verluststrukturen können Sauerstoff- und Berylliumschwingungen in einer aus den Rechnungen folgenden Sauerstoff-Beryllium-Mischschicht zugeordnet werden. Die Dispersion des akustischen Oberflächenplasmons bleibt dabei von der einsetzenden Oxidation der Be(0001)-Oberfläche nahezu unbeeinflusst..