Laufende Forschung­s­pro­jekte

In der heutigen Zeit stellt das „Internet der Dinge“ (IoT) die treibende Kraft für die rasante Entwicklung im Bereich der flexiblen Elektronik dar. Grundlegende Technologien wie RFID-Etiketten bieten in Synergie mit Sensornetzwerken das Potential für innovative Applikationen; sei es im Gesundheitssektor als tragbare Elektronik (wearable electronics) für die Überwachung von Vitalparametern oder in der Lebensmittelindustrie im Bereich der Qualitätsüberwachung. Dünnschichttransistoren (TFTs) stellen ein Schlüsselelement  für dieses Technologie dar, da sie für die Strommodulation im System verantwortlich sind. Um das Interesse des Marktes für diese portablen Gadgets zu wecken, müssen sich diese neben ihrer kosteneffizienten Herstellung auch durch eine geringe Leistungsaufnahme auszeichnen.

Optische Komponenten integriert mit der Siliziumtechnologie sind von hohem Interesse für eine kostengünstige industrielle Massenfertigung. Das Fachgebiet Sensorik forscht an der Realisierung von optischen Komponenten aus Siliziumdioxid und Siliziumoxinitrid. Diese Materialien lassen sich bei niedrigen Temperaturen mittels plasmaunterstützter Gasphasenabscheidung (PECVD) herstellen. Dies ermöglicht eine Herstellung optischer komponenten zusammen mit CMOS-Schaltung auf dem selben Chip. Durch optimierte Herstellungsprozesse konnten Mikroresonatoren mit hohen Gütefaktoren, sowie Wellenleiter mit geringer Dämpfung hergestellt werden.
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Farbstoffsolarzellen (FSSZ) stellen eine kostengünstige Alternative zu herkömmlichen siliziumbasierten Solarzellen dar. Der Einsatz von TiO2-Nanopartikeln, welche mit unterschiedlichen Farbstoffen für das sichtbare Licht sensibilisiert werden können, führt zu einer großen Flexibilität. Hierdurch eignen sie sich für spezielle Anwendungsbereiche wie beispielsweise innerhalb von Gebäuden, in denen der Einsatz herkömmlicher Zellen unökonomisch wäre. Um ein Maximum an Wirkungsgraden und Lebensdauer zu erzielen, werden zur Sensibilisierung spezielle synthetische Farbstoffe verwendet. Jedoch ist eine Verwendung von aus Pflanzen gewonnenen Farbstoffen ebenfalls möglich. Die Elektroden der FSSZ bestehen in der Regel aus Glassubstraten, welche mit einem transparenten, leitfähigen Oxid (Transparent Conducting Oxide – TCO) beschichtet sind. Diese TCO-Schichten weisen Widerstände in einem Bereich von 10 Ω/□ auf. Dieser vergleichsweise hohe Widerstand führt dazu, dass sich die höchsten Wirkungsgrade nur mit sehr kleinen Zellen erzielen lassen. Es wurde gezeigt, dass mit einer Veränderung der Zellengröße von 0,25 cm² auf 2 cm² eine Reduzierung des Wirkungsgrades um 65 % einhergeht. Eine großflächige Anwendung erfordert folglich ein neuartiges Elektrodendesign mit reduzierten Schichtwiderständen. Als mögliche Alternative oder unterstützend zu den leitfähigen Oxiden wird im Fachgebiet Sensorik der Einsatz mikrostrukturierter Metallschichten untersucht. Hierbei kommen sowohl Titan-, als auch Aluminiumschichten zum Einsatz. Die Herstellung der Strukturen erfolgt durch Technologien der Halbleiterprozesstechnik. Hierdurch ist es bereits gelungen, den Schichtwiderstand auf Werte <1 Ω/□ zu senken. Zusätzlich werden neue Herstellungsmethoden für FSSZ entwickelt, mit denen die maximal erzielbaren Wirkungsgrade unabhängig vom verwendeten Substrat weiter gesteigert werden können. Durch einen im Fachgebiet entwickelten UV-Bestrahlungsprozess konnten so beispielsweise  bereits sehr gute Leistungssteigerungen erzielt werden.

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Drahtlose Sensornetzwerke, RFID Systeme, Energy harvesting, Eingebettete Systeme, Mikrokontrollerbasierte Steuer- und Kontrolsysteme. Die aktuelle Aufgabe in diesem Projekt ist eine Reihe von Funksensoren auf RFID Basis zu entwickeln, die eine Bestimmung der Lage von Personen im Badezimmer ermöglichen. Außerdem übernimmt Herr Petrov die Betreuung des Solarflieger-Projektes. Dieser fast 2 Meter große Solarflieger wurde am Fachgebiet Sensorik aufgebaut und soll jetzt mit verschiedenen Sensoren sowie Kommunikationsmodulen ausgestattet werden.
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Thermoelektrische Generatoren (TEGs) wandeln auf Basis des Seebeck-Effektes einen Wärmestrom direkt in elektrische Energie um. Die Umkehrung des geläufigeren Peltier-Effektes ermöglicht so einen effizienteren Energieeinsatz, da die in unserem Alltag stets präsenten Abwärmeverluste reduziert werden können. Ein Auto gibt beispielsweise 2/3 der im Kraftstoff enthaltenen Energie über die Abgase an die Umgebung ab. Aber auch in großen Industriezweigen wie der Stahlindustrie werden riesigen Mengen an Energie zum Aufheizen und Bearbeiten von Stahl aufgewendet, die anschließend während des Kühlens wieder gezielt verloren geht.
Das potentielle Anwendungsfeld für TEGs ist somit riesig, jedoch steht der Durchbruch dieser Technologie weiterhin aus. Dies liegt unter anderem am schlechten Wirkungsgrad, der derzeit bei ungefähr 5 % liegt. Aus diesem Grund sind die dominanten Forschungsschwerpunkte die Optimierung bekannter-, sowie Herstellung neuer TE-Materialien

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