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    Nachwuchsförderpreise für 3 Absolventen des INATECH

    10.11.2020 08:50
    Bei der diesjährigen Nachwuchsförderpreise der Universität Freiburg wurden drei Absolventen, Nicolas Kurz, Felix Predan und Nick Harder, des INATECH mit den folgenden Preisen ausgezeichnet: istockphoto.com/Pogonici

    istockphoto.com/Pogonici

    EVA-MAYR-STIHL-NACHWUCHSFÖRDERPREIS

    Dr.-Ing. Nicolas Kurz

    nicolas.kurz(at)onlinehome.de

    Untersuchung der elektro-akustischen und pyroelektrischen Eigenschaften von Aluminium-Scandium-Nitrid für mikroakustische Hochfrequenzfilter

    Aluminium-Scandium-Nitrid gilt als vielversprechender Kandidat für den Einsatz in kompakten und energieeffizienten mikroakustischen Hochfrequenzfiltern der nächsten Mobilfunkgeneration 5G. Als Grundlage für die Entwicklung dieser Bauteile konnte durch die Untersuchungen dieser Arbeit ein vollständiger Materialparametersatz bereitgestellt und ein Materialmodell für das bessere Verständnis der Material-mechanik entwickelt werden.

    Mikroakustische Hochfrequenzfilter sind für kompakte und energieeffiziente Mobilfunkgeräte unerlässlich. Jedoch genügen etablierte Materialien dieser Bauteile den Anforderungen der nächsten Mobilfunkgeneration 5G nicht uneingeschränkt.

    Aluminium-Scandium-Nitrid gilt als vielversprechender Kandidat für den Einsatz in mikroakustischen Hoch- frequenzfiltern der nächsten Generation. Um das volle Potential dieser Bauteile jedoch ausschöpfen zu können, muss ein selbstkonsistenter Materialparametersatz zur Beschreibung der elektro-akustischen und hydroelektrischen Materialparameter über einen weiten Scandium-Konzentrationsbereich vorliegen.

    Die untersuchten Aluminium-Scandium-Nitrid-Dünnschichten wurden mittels reaktivem Magnetronsputtern hergestellt. Für die Extraktion der elektro-akustischen Materialparameter wurde ein Verfahren entwickelt, welches mikroelektro-mechanischen Resonatoren in Kombination mit einer modellbasierten Parameteranpassung einsetzt. Der pyro-elektrische Effekt wurde mit der dynamischen Sharp-Garn-Methode untersucht und daraus die pyroelektrischen Koeffizienten bestimmt.

    Des Weiteren ergibt sich für Aluminium-Scandium-Nitrid eine weitere Besonderheit: Im Vergleich zu anderen III-V-Halbleitern entwickeln sich die Materialparameter nicht- linear als Funktion der Scandium-Konzentration. Unter Zuhilfenahme der Untersuchungsergebnisse wurde ein  Materialmodell entwickelt, mit dem sich die relative Änderung als auch das nichtlineare Verhalten der mechanischen, piezoelektrischen und pyroelektrischen Materialparameter erklären lässt.

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    Dr. Ing. Felix Predan

    felix.predan(at)ise.fraunhofer.de 

    Development of highly efficient four-junction solar cells based on antimonides

    Felix Predan entwickelte in seiner Dissertation eine neuartige Vierfachsolarzelle, welche auf dem Material GaSb basiert. Auf Basis zahlreicher innovativer Prozesstechnologien konnte am Ende eine Solarzelleneffizienz von 43.8 % unter Konzentration demonstriert werden. Dieser Wert stellt einen der höchsten bisher publizierten Wirkungsgrade für die Konvertierung von Sonnenenergie in elektrische Energie dar.

    Ein entscheidender Hebel um die Stromentstehungskosten der Photovoltaik zu reduzieren ist die Maximierung des Zell-wirkungsgrades. Dieses Ziel verfolgte Felix Predan in seiner Dissertation bei der Entwicklung einer neuartigen Vierfach-solarzelle basierend auf Antimoniden. Bei diesem Konzept wird eine Dreifachsolarzelle invertiert auf einen GaAs Sub-strat gewachsen sowie eine separate GaSb Unterzelle auf einem GaSb Substrat. Diese Teilsolarzellen werden mittels eines innovativen Wafer-Bonding Verfahrens monolithisch kombiniert und die Schichtstruktur kann dann zu einem elektrischen Bauteil prozessiert werden. Die Forschungs-schwerpunkte umfassten dabei die Entwicklung und Opti-mierung des Argonstrahl-aktivierten Wafer-Bonding mit Antimoniden, die metallorganische Gasphasenepitaxie von Antimoniden um eine passende hocheffiziente Unterzelle zu realisieren, die Optimierung einer geeigneten Prozess-route im Reinraum sowie umfangreiche theoretische Model-lierungen, um erstmal Optimierungspotential zu identifizieren und darauf aufbauend die Effizienz der Vierfachsolarzelle sukzessive zu erhöhen. Am Ende konnten Effizienzen von 43.8 % unter Konzentration demonstriert werden, welche eine der höchsten Wirkungsgrade für die Konvertierung von Sonnenenergie in elektrische Energie darstellt. Weitere Routen zur Optimierung der Zelle wurden evaluiert und es konnte gezeigt werden, dass die implementierte Solarzelle eine vielversprechende Basis darstellt um höchste Effizienzen

     

    ROBERT-MAYR-NACHWUCHSFÖRDERPREIS

    Nick Harder, M.Sc.

    nick.harder(at)inatech.uni-freiburg.de

    Quantification of Generic Flexibility in Distributed Energy Resources

    Ziel dieser Arbeit ist es, eine Methodik vorzustellen, die es ermöglicht, die Flexibilität und ihre Kosten für ein System, das aus mehreren Systemkomponenten besteht, zu quantifizieren. Eine Vielzahl von Lastprofilen aus verschiedenen Haushalten wird untersucht, um ihren Einfluss auf die Flexibilität zu untersuchen. Ein solches Modell erlaubt es, die Eigenschaften der aggregierten Flexibilität zu analysieren.

    Flexible Haushaltsgeräte, wie z.B. Wärmepumpen in Kombination mit thermischen Energiespeichern oder Batterie-speichern, können dem Stromsektor Flexibilität verleihen. Um dem Markt diese Flexibilität zur Verfügung zu stellen, muss diese jedoch korrekt quantifiziert und ihre Kosten  abgeschätzt werden. In dieser Arbeit wird eine Methode entwickelt, die es erlaubt, die einstellbare Leistung zu quantifizieren und die entsprechenden Kosten der Flexibilitätsbereitstellung zu bestimmen. Es wurde beobachtet, dass die verfügbare Flexibilität und ihre Kosten durch viele Faktoren wie Systemkomponenten, menschliches Verhalten, thermische Parameter des Gebäudes und Preissignale beeinflusst werden. Auch die Einbeziehung selbst eines  geringen Anteils von Haushalten mit Batterien oder Elektrofahrzeugen glättet das aggregierte Flexibilitätsprofil, und ein beträchtliches Maß an Flexibilität steht zu fast jedem Zeitpunkt zur Verfügung.

     

    Das Institut INATECH bedankt sich bei den Stifter*innen und gratuliert den Preisträger*innen ganz herzlich.

    Mehr Informationen zu den Nachwuchsförderpreisen finden Sie in der Broschüre mit allen Nachwuchspreisträgerinnen und -preisträgern

     

     



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