EFRE-Projekt „Innovationsfortführung in den Bereichen Photovoltaik und Photonik am ZIK SiLi-nano“

Laufzeit 01.04.2016 – 29.02.2020

Während der ersten BMBF-Förderphase des ZIK SiLi-nano von 2009 bis 2014 sind die beiden Nachwuchsgruppen „Light-to-Silicon“ und „Silicon-to-Light“ installiert worden, die jeweils auf den Gebieten Photovoltaik und Photonik arbeiten. Als gemeinsame Grundlage stand dabei die Licht-Materie Wechselwirkung besonders bei Silizium im Blickpunkt. Aufgrund der wirtschaftlichen Entwicklung im Bereich der Siliziumphotovoltaik in den letzten Jahren und einer rasanten Entwicklung im Bereich der Siliziumphotonik ist das bearbeitete Materialspektrum aber in den letzten Jahren deutlich erweitert worden. Dabei steht die Licht-Materie Wechselwirkung zur Energiegewinnung und optischen Informationsverarbeitung zwar immer noch im Mittelpunkt, weitere interessante Materialien wie Chalkogenidgläser, Ferroelektrika, Metalloxide und Metallorganische-Rahmen-Molekülstrukturen (MOFS) sind aber hinzugetreten. Mit Bewilligung einer zweiten Förderphase des ZIK sind auch zwei weitere Arbeitsgruppen („Light for High Voltage Photovoltaics”, “Light for Hydrogen”) gebildet worden, die auf den Gebieten der ferroelektrischen Photovoltaik und der photokatalytischen Wasserspaltung zur Wasserstoffgewinnung arbeiten. Damit wird aktuellen Entwicklungen Rechnung getragen und der Schwerpunkt der Arbeit des ZIK im Bereich der Materialwissenschaft für alternative Formen der Energiegewinnung und –speicherung ausgebaut.


Ziel des Projektes “Innovationsfortführung in den Bereichen Photovoltaik und Photonik am ZIK SiLi-nano“ ist dabei, einesteils die während der ersten Förderphase entstandenen Innovationsansätze weiterzuführen und in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut IMWS an einer Verwertung/ einem Know-how-Transfer zu arbeiten. Andererseits sollen neue Projektideen  realisiert werden, die eine fachliche Brücke zwischen den „alten“ und „neuen“ Arbeitsgruppen des ZIK schlagen, damit Synergien aktiv genutzt werden können.
Aufgrund dieser mehrdimensionalen Zielsetzung gliedert sich das Projekt in 6 Arbeitspakete (AP), von denen AP1,2,3 in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IMWS Ende 2017 weitestgehend abgeschlossen wurden. Arbeitspaket 4 wird voraussichtlich Ende 2018 beendet und Arbeitspaket 5 läuft noch mindestens bis Februar 2020. Die Arbeitspakete sind hier nochmals aufgeführt und mit Kurzbezeichnungen (in Klammern) versehen.


Arbeitspaket 1: Optisch angepasste Siliziumsolarzellen für Anwendungen bei hoher solarer Einstrahlungen (Plasmatexturierte Oberflächen)


Arbeitspaket 2: Mikrostruturelle in situ Diagnostik von feuchten Proben (Habitatkammer)


Arbeitspaket 3: Entwicklung von Zinkoxid-Schichten für leitfähige Verkapselungsfolien (TCO auf ETFE-Folien)


Arbeitspaket 4: Periodisch strukturierte Substrate für oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS-Substrate)


Arbeitspaket 5: Perowskit/Silizium-Hybridstrukturen für nichtlineare Photonik (Perowskit/Si-Photonik)
Arbeitspaket/Investition 6: Elektrischer Meßplatz/Probe-Station (Probe-Station

 

EFRE-Projekt “Hochpräzise fs-Laserstrukturierung von Multimaterialsystemen”

Laufzeit 01.01.2019 – 30.09.2021

Ziel dieses Projektes ist es, die bereits bei der Strukturierung von Si- und TCO-Schichten gewonnenen Erkenntnisse zur Ablation mit ultrakurzen Pulsen zu verallgemeinern und auf eine quantitative Basis zu stellen, so dass ein breiteres Spektrum an Materialien und Mehrfachschichtsystemen auf diese Weise bearbeitet werden kann. Dazu sollen spezielle Mittel der räumlichen Strahl- und zeitlichen Pulsformung eingesetzt werden. Gezielte zeitaufgelöste Experimente sollen die Grundlage für ein allgemeines quantitatives Modell der Femtosekunden-Laserablation bilden, so dass gezielte Vorhersagen für sinnvolle Ablationsparameter an neuen Materialien gemacht werden können. Die wellenlängenspezifische Absorption der Materialien soll eingesetzt werden, um gezielt Einzelschichten bzw. Schichtverbünde in Mehrfachschichtsystemen abzusprengen und so das Verfahren der eingeschlossenen Laserablation mit ultrakurzen Pulsen als schädigungsarme, flexible Materialbearbeitungsmethode zu etablieren.


Wir planen zu diesem Zweck die Arbeiten in zwei Arbeitspakete zu unterteilen, die jeweils von einem Doktoranden über maximal 4 Jahre hinweg bearbeitet werden sollen. Zu beiden Arbeitspaketen liegen uns bereits Interessenbekundungen von Industrieunternehmen vor.

Thema 1: Wellenlängenselektivität und Strahlformung zur räumlichen Optimierung des Ablationsprozesses

Thema 2: Modellbildung und Pulsformung zur zeitlichen Optimierung des Ablationsprozesses

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