F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R E L E K T R O N E N S T R A H L - U N D P L A S M AT E C H N I K F E P
JAHRESBERICHT
2011
1
2
3
inhalt
4
contents
ALLGEMEINER TEIL
ANHANG
G E N E R A L PA R T
ANNEX
Vorwort I 4
Namen, Daten und Ereignisse I 128
Foreword I 66
Names, Dates and Events I 128
Im Profil I 6
Internationale Vertreter I 136
Profile of the Fraunhofer FEP I 68
International Representatives I 136
Organisationsstruktur I 8
Anfahrt I 138
Organizational Structure I 70
Directions I 139
Das Institut in Zahlen I 10
Impressum I 140
The Institute in Figures I 72
Editorial notes I 140
Unser Kuratorium I 12
Our Advisory Board I 74
Kooperationen und Mitgliedschaften I 14
Collaboration and Memberships I 76
Fraunhofer-Verbund Light & Surfaces I 16
Fraunhofer Group for Light & Surfaces I 78
Die Fraunhofer-Gesellschaft I 18
The Fraunhofer-Gesellschaft I 80
AUS DER FORSCHUNG
RESEARCH NEWS
Neue, transparente, elektrische Leiter – Ressourceneffizienz durch Materialinnovation I 22
New transparent electrical conductors – efficient use of resources via innovative materials I 84
Elektronenbehandlung – Ein Beitrag zur Sicherheit bei der Nahrungsmittelproduktion I 26
Electron treatment – enhancing safety in food production I 88
Beschichtung von Massengütern durch PVD-Kombinationsverfahren I 30
Coating of bulk goods using a combination of PVD processes I 92
Elektronenstrahlgefeuerte Kontakte für Silizium-Solarzellen I 32
Electron beam fired contacts for silicon solar cells I 94
Entwicklung neuer Methoden zur Bandkühlung für Hochratebeschichtungen I 34
Development of a new method for strip cooling for high-rate coating I 96
Erfolgreiche Inaktivierung von Mikroorganismen in der Wirbelschicht I 36
Successful destruction of microorganisms in a fluidized bed I 98
CdTe-Dünnschichtphotovoltaik im Fraunhofer FEP I 38
CdTe thin film photovoltaic technology at Fraunhofer FEP I 100
Magnetron-PECVD-Abscheidung von amorphen und mikrokristallinen Siliziumschichten I 40
Magnetron-PECVD deposition of amorphous and microcrystalline silicon layers I 102
PolAR: Nanometerstrukturen auf Quadratmeter-Flächen I 42
PolAR: Nanometer structures on square meter surfaces I 104
Wirksamkeitsstudie zur Bioresonanztherapie I 44
Study of the effectiveness of bioresonance therapy I 106
Charakterisierung von CdTe-Dünnschichtsolarzellen I 46
Characterization of CdTe thin film solar cells I 108
HIGHLIGHTS
HIGHLIGHTS
Königlicher Besuch im Fraunhofer-Institutszentrum Dresden I 50
Royal visit at the Fraunhofer Institute Center in Dresden I 112
Dresdner Lange Nacht der Wissenschaften 2011 I 52
Long Night of Science 2011 I 114
Die Fraunhofer Lounge – Entspannen, Unterhalten, Begegnen I 54
The Fraunhofer Lounge – relaxation, entertainment, debate I 116
Fraunhofer-Talent-School Dresden I 56
Fraunhofer-Talent-School Dresden I 118
3. Grundlagenseminar Reinigungstechnik – Reinigung in der Produktion I 58
3rd Introductory Seminar on Cleaning Technology in Industrial Production I 120
Internationale Konferenzen, Symposien und Messen I 60
International Conferences, Symposia and Fairs I 122
2
3
V orwort
1
2
Vorwort
1 Kommissarischer Institutsleiter Prof. Dr. Volker Kirchhoff
2 Stellvertretender Institutsleiter Dr. Nicolas Schiller
Liebe Leser,
Der guten Zusammenarbeit beider Teams ist es zu verdanken, dass inzwischen vollständige Schichtsysteme von Solarzellen auf Pilotanlagen im Fraunhofer FEP hergestellt werden können.
mit unserem Jahresbericht möchten wir Sie wieder in kompakter Form über die Aktivitäten
Diese Arbeiten sollen auch 2012 intensiv fortgesetzt werden. Aber nicht nur die Cadmiumtellu-
des Fraunhofer FEP im zurückliegenden Jahr informieren. Das Jahr 2011 hat an die Erfolge
rid-Technologie steht bei der Photovoltaik in unserem Fokus. Für die Herstellung von kristallinen
von 2010 lückenlos angeknüpft. Der Industrieerlös ist um 9 Prozent auf ca. 5,7 Millionen Euro
Siliziumschichten mit hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten wurden die anlagentechnischen
gestiegen. Dies ist umso beachtlicher, da wir 2011 das Arbeitsgebiet Elektronenstrahlschweißen
Voraussetzungen geschaffen, sodass wir in diesem Jahr mit der Technologieentwicklung
ausgegründet haben und der dadurch wegfallende Industrieerlös somit zusätzlich kompensiert
beginnen können.
wurde. Zu diesem guten Ergebnis haben besonders die Arbeitsgebiete Beschichtung flexibler Produkte und Präzisionsbeschichtung beigetragen. Eine der wichtigsten Aufgaben von Be-
Weitere wichtige Aktivitäten im letzten Jahr waren unter anderem der Ausbau unserer
schichtungen flexibler Substrate ist derzeit die Verbesserung der Barriereeigenschaften von
biomedizinischen Laboreinheit, die Technologieentwicklung für die Abscheidung neuer
Kunststofffolien gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf. Die Anwendungen reichen dabei von
transparenter, leitfähiger Schichten, die hervorragenden Ergebnisse bei der Abscheidung von
der Verpackung von Lebensmitteln, über die Verkapselung von Solarzellen bis hin zum Schutz
Korrosionsschutzschichten auf Schüttgut und der Fortschritt bei der Entwicklung einer neuen
organischer Displays.
Elektronenstrahltechnik, der durch die enge Zusammenarbeit mit der Firma ALD Vacuum Technologies GmbH möglich wurde.
Auf dem Gebiet der Präzisionsbeschichtung ist besonders die enge Zusammenarbeit mit der Firma VON ARDENNE Analgentechnik GmbH hervorzuheben. Gemeinsam wurden inzwischen
Liebe Leser, wir hoffen die Themen in diesem Jahresbericht stoßen auf Ihr Interesse und würden
an verschiedene Endkunden Beschichtungsanlagen auf Basis des gebündelten Know-hows
uns freuen, Sie zur näheren Diskussion des einen oder anderen Themas in unserem Hause
erfolgreich überführt.
begrüßen zu dürfen.
Ein neues Kapitel wurde bei der im Fraunhofer FEP entwickelten Technologie zur Behandlung von Saatgut mit Elektronen aufgeschlagen. Aufgrund starker Akquisition und aktueller äußerer Umstände (z. B. die EHEC-Infektion von Sprossen-Saatgut in Deutschland) ist das nationale und internationale Interesse an dieser Technologie im letzten Jahr enorm gewachsen. Der Abschluss eines Kooperationsvertrages zwischen der Getreide AG, der BayWa AG, der Petkus Technologie GmbH und dem Fraunhofer FEP soll die Entwicklung der zweiten Generation der Anlagentechnik und eine Verbreitung der Technologie in der Landwirtschaft wesentlich beschleunigen.
Prof. Dr. Volker Kirchhoff
Dr. Nicolas Schiller
In unserem Leitartikel auf Seite 26 können Sie dazu mehr erfahren. Unsere Aktivitäten in der Photovoltaik wurden auf hohem Niveau weitergeführt. Besonders wichtig ist hierbei die enge Zusammenarbeit mit der Roth & Rau AG bei der CadmiumtelluridDünnschichtphotovoltaik auf Grundlage eines Förderprojektes des Freistaates Sachsen. 4
5
I m P rofil
1
Im Profil
Die Entwicklung und Optimierung von Beschichtungsquellen
Wir verfügen derzeit über rund 8.000 m² Nutzfläche. Zur
und -prozessen, deren Aufskalierung auf einen industriellen
Ausstattung gehören unter anderem zahlreiche industrienahe
Maßstab, sowie die Integration in eine geeignete Anlagen-
Anlagen zum Beschichten, Schweißen, Härten und zur Ober-
technik und in bestehende Fertigungsverfahren sind wesent-
flächenbehandlung.
liche Dienstleistungen des Instituts. Die Kostenoptimierung hat A ls e ine s v on 6 0 I n s ti tu te n d e r F ra u n h o fer-G es el l s c haft, Europas größter O rgani s ati on für angew andt e
dabei höchste Priorität.
Des Weiteren stehen dem Institut zahlreiche Laboranlagen
F or sc hung, w i d m e t s i c h d a s Fra u n h o fe r-I ns ti tut für El ektronens trahl - und Pl as matec hni k F EP in Dresden
Entsprechend dem Querschnitts- und Schlüsselcharakter der
und Ausrüstungen zur Charakterisierung von Oberflächen zur
de r E nt w ic k lu n g vo n Te ch n o l o g i e n u n d P roz es s en z ur O berfl äc henv eredel ung.
Schicht- und Oberflächentechnik adressieren wir einen breiten
Verfügung.
Kundenkreis. Mit dieser industrienahen technischen Ausrüstung und Das Fraunhofer FEP wurde nach der deutschen Wiederver-
Wir liefern spezielle Technologien und Pilotanlagen, um neue
Unsere Forschungsentwicklungen finden vor allem Ver-
qualifizierten Mitarbeitern sowie einer starken internationalen
einigung aus Arbeitsgruppen des früheren Forschungsinstituts
Anwendungen möglich zu machen und bestehende Prozesse
wendung im Maschinenbau, im Bereich Solarenergie, Umwelt
Vernetzung sind wir bestens gerüstet, um Innovationen in der
Manfred von Ardenne in Dresden gebildet. Wie damals wer-
zu optimieren.
und Energie, in der Biomedizintechnik, der Optik, Sensorik
Dünnschicht- und Elektronenstrahltechnologie bis zur Markt-
und Elektronik, der Verpackungsindustrie, für Architektur und
reife zu führen.
den auch heute im Fraunhofer FEP Prozesse und Technologien basierend auf dichten Plasmen und Elektronenstrahlen zur
Die Elektronenstrahltechnologie ist das zweite Arbeitsfeld des
Veredelung von Oberflächen entwickelt, erprobt und bis zur
Instituts. Der Elektronenstrahl wird eingesetzt, um Metalle
Anwendungsreife in der Industrie vorangetrieben. Gemeinsam
zu schweißen, zu verdampfen oder in der Randschicht zu
Das Fraunhofer FEP ist in folgenden Geschäftsfeldern tätig:
mit kompetenten Partnern werden dem Kunden dabei Prozes-
modifizieren. Er härtet Lacke, verbessert Eigenschaften von
ffBeschichtung von Flachsubstraten
se und zugehörige Anlagentechnik bereitgestellt.
Kunststoffen, sterilisiert Medizinprodukte oder befreit Saatgut
ffBeschichtung von flexiblen Produkten
Kulturguterhalt sowie in der Landwirtschaft.
von Krankheitserregern. Für ein breites Spektrum von Anwen-
ffBeschichtung von metallischen Platten und Bändern
Die Dünnschichttechnologie ist eines unserer Hauptarbeits-
dungen wird der Elektronenstrahl daher als präzises Werkzeug
ffElektronenstrahl-Anwendungen
gebiete. Dazu gehört die Vakuumbeschichtung von Platten,
eingesetzt. Produkte wie Dünnschichtsolarzellen, Sensoren,
ffBeschichtung von Bauteilen
Bändern und Bauteilen aus unterschiedlichen Materialien mit
mikroelektronische Bauelemente oder Datenträger werden
ffPräzisionsbeschichtung
verschiedenen dünnen Schichten oder Schichtsystemen. Viele
bereits mit Technologien aus dem Fraunhofer FEP hergestellt.
Gegenstände unseres täglichen Lebens benötigen angepasste
Um unsere Forschung in der Dünnschicht- und Elektronen-
Zur Bearbeitung werden geschäftsfeldübergreifend die vier
Oberflächeneigenschaften. So werden Verpackungsfolien
strahltechnologie auszubauen, haben wir in den letzten
Kernkompetenzen des Instituts genutzt:
erst durch spezielle Barriereschichten aromadicht. Bleche,
Jahren vor allem die Kooperation mit sächsischen Hoch- und
ffElektronenstrahltechnologie
beispielsweise für Fassadenverkleidungen, werden mit korro-
Fachhochschulen verstärkt.
ffSputtertechnologie ffPlasmaaktivierte Hochratebedampfung
sionsbeständigen und dekorativen Schichten versehen. Bringt
ffHochrate-PECVD
man lichtfilternde Mehrschichtsysteme auf konventionelle
Als industrienahes Forschungs- und Entwicklungsdienst-
Materialien auf, entstehen Sonnenschutzfolien und wärme-
leistungszentrum bieten wir unseren Kunden maßgeschnei-
dämmendes Architekturglas. Spezialschichten für Displays,
derte Problemlösungen an. Die Entwicklung solcher Lösungen
Ein wesentlicher Bestandteil der Forschungsarbeit in unserem
fälschungssichere Etiketten oder Spiegel für das Dresdner
ist komplex: Neben der Auswahl eines funktionsoptimierten
Institut ist die Entwicklung und Fertigung von Schlüssel-
Grüne Gewölbe sind Ergebnisse unserer anwendungsbezoge-
Schichtsystemes, werden unter anderem geeignete Reini-
komponenten für die Beschichtungstechnik, die dem Kunden
nen Forschungsarbeit. Für einen weltweiten Markt beschichten
gungs- und Vorbehandlungsmethoden für das Substrat sowie
zusammen mit einer entsprechenden Prozesstechnologie als
Anlagen riesige Flächen an Folie, Metall, Glas und Kunststoff.
entsprechende Nachbehandlungsschritte erarbeitet.
»Technologiepakete« angeboten werden.
6
7
organisationsstru k tur
organisationsstru k tur
Organisationsstruktur Institutsleitung komm. Institutsleiter
Prof. Dr. Volker Kirchhoff
Stellvertreter
Dr. Nicolas Schiller
Material-Charakterisierung
wiss. Assistentin
Sekretariat / bibliothek
Marketing / PR / unternehmenskommunikation
Annett Nedjalkov / Mandy Schreiber
Annett Arnold
Dr. Olaf Zywitzki
Dr. Marita Mehlstäubl
Verwaltung Matthias Wünsche
QualitätsManagement / TECHNIK
schutzrechte
Wolfgang Nedon
Jörg Kubusch
bereich elektronenstrahl
bereich Plasma I
bereich Plasma II
bereich systeme
Prof. Dr. Christoph Metzner
Dr. Torsten Kopte
Dr. Nicolas Schiller
Matthias Wünsche
Beschichtung von Platten und metallischen Bändern
Beschichtung von Flachsubstraten
Beschichtung von flexiblen Produkten
Prof. Dr. Christoph Metzner
Dr. Torsten Kopte
Dr. Nicolas Schiller
Dr. Jens-Peter Heinß
Dr. Ullrich Hartung
Dr. Matthias Fahland
Mechanik-entwicklung Dieter Weiske elektronik-entwicklung Dieter Leffler
Elektronenstrahl-Prozesse
Beschichtung von Bauteilen
Präzisionsbeschichtung
musterbau / Kooperation Rainer Zeibe / Steffen Kaufmann
8
Frank-Holm Rögner
Dr. Heidrun Klostermann
Dr. Peter Frach
Dr. Gösta Mattausch
werkzeuge: Dr. Fred Fietzke
dynamische beschichtung: Dr. Daniel Glöß
Informationstechnik
Med. Applikationen: Dr. habil. Christiane Wetzel
Statische beschichtung: Dr. Hagen Bartzsch
Roberto Wenzel 9
D as institut in z ahlen
Das Institut in Zahlen
Im Bereich des technischen Nachwuchses setzten wir auch
persönlichem Engagement gewährleisten. Im Berichtszeitraum
im Jahr 2011 auf eine gezielte Lehrausbildung gemeinsam
konnten deshalb auch wieder 3 Auszubildende erfolgreich
mit den jeweiligen Berufsschulen. Langjähriger Partner für
ihre Lehre beenden. Damit wurden Frau Nicole Prager als
die Ausbildung von Physiklaboranten ist dabei die Sächsische
Physiklaborantin, Herr André Gretschel als Industriemechaniker
Bildungsgesellschaft Dresden. Der IHK Dresden und allen
und Herr Manuel Wehnert als Zerspanungsmechaniker in das
Ertragsentwicklung
Entwicklung der Gesamtaufwendungen
Einrichtungen, die am Erfolg unserer Auszubildenden wesent-
Institut übernommen. Bis Ende 2011 nahmen 3 neue Auszu-
Das Institut kann trotz der weltweiten Finanz- und Wirtschafts-
Der Gesamtaufwand aus Betriebs- und Investitionshaushalt
lichen Anteil hatten und haben, gilt unser Dank. Der Dank
bildende ihre Lehre am Institut auf. In der Ausbildung befinden
krise wieder auf ein sehr beachtenswertes Geschäftsjahr
betrug 15,9 Millionen Euro. Im Betrachtungszeitraum wurden
gilt aber auch den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern unseres
sich damit derzeit 8 Auszubildende: eine Werkstoffprüferin,
zurückblicken. Aufgrund erfolgreicher Akquisition konnte
2,5 Millionen Euro, davon 1,5 Millionen Euro aus dem
Instituts, die neben ihren Haupttätigkeiten die fachgerechte
vier Physiklaborantinnen, zwei Physiklaboranten und ein
das Fraunhofer FEP durch direkte Aufträge aus der Industrie
zentralen Strategiefonds, in Gerätetechnik und Infrastruktur
Ausbildung unserer künftigen Mitarbeiter stets mit großem
Industriemechaniker.
5,7 Millionen Euro erwirtschaften. Das entspricht einer
investiert. Diese Investitionen dienen der Weiterführung der
Steigerung der Wirtschaftserträge um 9 Prozent zum Vorjahr.
Geschäftsfelder und insbesondere der Realisierung laufender
Aus öffentlichen Projekten, gefördert von Bund und Ländern,
Forschungsvorhaben und bilden gleichzeitig den Garant für
wurden Erträge in Höhe von 3,9 Millionen Euro erzielt. Davon
künftige Forschungsarbeiten. Der Anteil der Personalauf-
konnte der überwiegende Anteil in Höhe von 3,1 Millionen
wendungen belief sich auf 6,9 Millionen Euro, dies entspricht
Euro durch öffentlich geförderte Projekte gemeinsam mit
51 Prozent des Betriebshaushalts in Höhe von 13,4 Millionen
mittelständigen Unternehmen gefördert durch das Sächsische
Euro. Der Sachaufwand betrug 5,8 Millionen Euro.
Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst und das
1 Betriebshaushalt (in Millionen Euro) 20
20
15
15
10
10
5
5
Sächsische Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Mitarbeiterentwicklung
eingeworben werden. Die Quote der externen Erträge aus
Im vergangenen Jahr waren 133 Mitarbeiter, davon 10 Aus-
Projekten mit der Wirtschaft, den öffentlichen und sonstigen
zubildende, und zusätzlich 45 Diplomanden / Praktikanten
Auftraggebern, also der Drittmittelanteil, lag damit bei 74 Pro-
und 77 wissenschaftliche Hilfskräfte im Institut tätig. Von
zent und entspricht einem Volumen von 9,9 Millionen Euro.
den 64 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, die als Wissen-
Damit konnten die anspruchsvollen Ziele für 2011 übertroffen
schaftler beschäftigt waren, arbeiteten 9 Wissenschaftler
werden. Der Grundfinanzierungsverbrauch im Betriebshaushalt
zusätzlich an ihren Promotionsthemen. Der Frauenanteil im
betrug 2,9 Millionen Euro.
Wissenschaftlerbereich betrug 17 Prozent. Die Ausbildung
300
junger Wissenschaftler bestimmte auch im vergangenen Jahr
250
unsere Prioritäten in der Personalstrategie. Durch die Vergabe
200
attraktiver Diplom-, Bachelor- und Promotionsthemen gelang
150
es, dass hochmotivierte Wissenschaftlerinnen und Wissen-
100
Die im Berichtszeitraum erzielten Erträge gliedern sich wie folgt: ffWirtschaftserträge
5,7 Mio €
(Auftragsforschung mit der Wirtschaft) ffÖffentliche Erträge
0,8 Mio €
(Vertragsforschung Bund) ffÖffentliche Erträge
3,1 Mio €
ffEU und sonstige Erträge
10
1,0 Mio €
2007
2008
2009
Öffentliche / EU und sonstige Erträge
2010
2011
Grundfinanzierung
0
2006
2007
Personalaufwand
2008
Sachaufwand
2009
2010
Strategische Investitionen
2011
Normalinvestitionen
3 Mitarbeiterentwicklung
Glückwünsch gilt Frau Dr.-Ing. Manuela Junghähnel zu ihrer
0
Charakterisierung von transparenten elektrisch leitfähigen
2006
Wirtschaftserträge
50
TiO2:Nb-Dünnschichten durch Gleichstrom- und Puls-Magnet-
(Vertragsforschung Länder)
0
schaftler erfolgreich ihre Abschlüsse erzielen konnten. Unser erfolgreichen Promotion mit dem Thema: »Herstellung und
2 Gesamtaufwand (in Millionen Euro)
2006
2007
Mitarbeiter, inkl. Kurzläufer
2008
2009
Auszubildende
Praktikanten, Diplomanden
2010
2011
Stud. Hilfskräfte
Doktoranden
Kontakt Matthias Wünsche Telefon +49 351 2586-400
ron-Sputtern«. 11
unser k uratorium
Unser Kuratorium
Am 11. Mai 2011 fand die 22. Kuratoriumssitzung des
die Dünnschicht-Photovoltaik am Fraunhofer FEP wurden vom
Fraunhofer FEP statt.
Vorstand sowie von Dr. Feldhütter sehr begrüßt.
Die Kuratoren des Fraunhofer FEP, Vertreter aus Wirtschaft,
Die Institutsleitung gab den Kuratoren einen Überblick über
Politik und Wissenschaft, kamen in Dresden zusammen, um
die wirtschaftliche Situation des Instituts sowie über neue
Dr. Ulrich Engel
Kuratoriumsvorsitzender
sich einen Überblick über die Leistungen des Instituts im
Projekte und Entwicklungen seit dem Kuratoriumstreffen im
RD‘in Dr. Annerose Beck
Sächsisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst,
vergangenen Jahr zu verschaffen und um gemeinsam mit
letzten Jahr. In zwei Fachvorträgen wurden vertiefend die
Mitarbeitern des Instituts künftige strategische Schwerpunkte
strategische Ausrichtung des Geschäftsfeldes »Präzisions-
Prof. Dr. Lukas Eng
Technische Universität Dresden, Institut für Angewandte Photophysik, Institutsdirektor
abzuleiten.
beschichtung« sowie die Ansätze zur Prozessentwicklung
Prof. Dr. Richard Funk
Technische Universität Dresden, Medizinische Fakultät, Institut für Anatomie, Dekan
in der Silizium-Photovoltaik (im Besonderen Ansätze zur
Prof. Dr. Gerald Gerlach
Technische Universität Dresden, Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik,
Mitglieder des Kuratoriums
stellv. Referatsleiterin Bund-Länder-Forschungseinrichtungen
Dr. Feldhütter berichtete in Vertretung des Vorstandes der
aktiven Kontaminations- und Defekteliminierungstechniken)
Fraunhofer-Gesellschaft über wirtschaftliche, politische und
vorgestellt.
Prof. Dr. Gert Heinrich
zeigte er sich über den wirtschaftlichen Spitzenertragsanteil
Unser Dank gilt an dieser Stelle allen Kuratoren, die mit ihrem
Prof. Dr. Dieter O. Junkers
Technische Universität Clausthal
von 41,9 Prozent, den der Fraunhofer-Verbund Light & Sur-
Engagement und ihren wertvollen Hinweisen und Anregungen
RD Andreas Kletschke
Bundesministerium für Bildung und Forschung, Referatsleiter
faces, in dem das Fraunhofer FEP Mitglied ist, im Jahr 2010
stetig zur erfolgreichen Ausrichtung des Instituts beitragen.
Dr. Harald Küster
ALANOD Aluminium-Veredlung GmbH & Co. KG, Leiter Forschung und Entwicklung
erzielen konnte. Die Ausgründung »Strahltechnologie Dresden
Dr. Klaus Michael
Heraeus Sensor Technology GmbH, Manager Business Development
GmbH« sowie der Ausbau der Großflächenbeschichtung für
Dipl.-Ing. Peter G. Nothnagel
Wirtschaftsförderung Sachsen GmbH, Geschäftsführer
Prof. Dr. Hans Oechsner
Technische Universität Kaiserslautern,
Institut für Festkörperelektronik, Institutsdirektor
thematische Entwicklungen innerhalb der Gesellschaft. Erfreut
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V., Leiter des Teilinstituts Polymerwerkstoffe
Institut für Oberflächen- und Schichtanalytik, Direktor Gäste des Kuratoriums
Dr. Frank Böger
Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V. (EFDS), Geschäftsführer
Dr. Hans-Otto Feldhütter
Fraunhofer-Gesellschaft, Leiter der Hauptabteilung Forschung
Dr. Patrick Hoyer
Fraunhofer-Gesellschaft, Institutsbetreuer
Dr. Hans-Ulrich Wiese
ehem. Vorstand der Fraunhofer-Gesellschaft
12
Dr. Jan-Peter Osing
AMG Coating Technologies GmbH, Senior Advisor
Dr. Dietmar Roth
Roth & Rau AG, Vorstandsvorsitzender
Dipl.-Phys. Robin Schild
VON ARDENNE Anlagentechnik GmbH, Geschäftsführer
Dr. Michael Steinhorst
Tata Steel Europe, Direktor Produktentwicklung, Technologie, Anwendung
Dr. Hermann Stumpp
LOI Thermprocess GmbH, Geschäftsführer
13
Kooperationen und M itgliedschaften
Kooperationen und Mitgliedschaften
D ie D ünnsc hi ch tte ch n o l o g i e fi n d e t An wendung auf s i c h ras ant entwi c kel nden M ärkten. U m die Wet t bew e r bsposit ion u n s e re r K u n d e n u n d u n s e res I ns ti tuts z u s tärken und s c hnel l er z u I nnov ati onen z u gelangen, a r be it e n w ir ü b e r La n d e s g re n z e n h i n we g mi t i nter nati onal en und nati onal en Partner n z us ammen.
Industriepartner
Akademische Kooperationen
ffApplied Materials
ffTechnische Universität Dresden – Institut für
ffLeybold Optics GmbH
Festkörperelektronik
ffRoth & Rau AG
ffWestsächsische Hochschule Zwickau
ffVON ARDENNE Anlagentechnik GmbH
ffHochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTWD)
Forschungspartner
Mitgliedschaften
ffUniversity of Virginia USA
ffEFDS Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V.
ffBeijing Institute of Aeronautical Materials
ffOrganic Electronics Saxony e. V. (OES)
ffNational Institute for Materials Science Japan
ffSilicon Saxony e. V.
ffKorean Institute of Industrial Technology
ffDresden Concept
1 Weltweite Partner des Fraunhofer FEP
ffAMA Fachverband für Sensorik e. V. ffBundesverband mittelständische Wirtschaft (BVMW)
Fraunhofer-Kooperationen
ffFraunhofer-Allianz Photokatalyse ffFraunhofer-Allianz Polymere Oberflächen POLO ffFraunhofer-Allianz Reinigungstechnik ffForschungsallianz Kulturerbe
DEUTSCHLAND
ffDt. Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentechnik e. V.
(DGO) ffFraunhofer-Verbund Light & Surfaces
EU KANADA
ffKompetenznetz Industrielle Plasma-Oberflächentechnik
INPLAS e. V.
USA MEXIKO
ISRAEL ÄGYPTEN
CHINA
JAPAN SÜDKOREA TAIWAN
KOLOMBIEN
ffKompetenzzentrum Maschinenbau Chemnitz / Sachsen e. V.
(KMC) ffNetzwerk »Dresden – Stadt der Wissenschaft« ffVerband der Elektrotechnik – Bezirksverein Dresden e. V. (VDE)
SÜDAFRIKA
ffVerband deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA) ffIVAM e. V. Fachverband für Mikrotechnik ffInternational Council for Coatings on Glass ICCG e. V.
14
15
Fraunhofer-Verbund Light & Surfaces
Kompetenz durch Vernetzung
Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und
Fraunhofer-Institut für Schicht- und
Sechs Fraunhofer-Institute kooperieren im Verbund Light
Plasmatechnik FEP
Feinmechanik IOF
Oberflächentechnik IST
& Surfaces. Aufeinander abgestimmte Kompetenzen
Die Kernkompetenzen des Fraunhofer FEP sind die Elektro-
Das Fraunhofer IOF entwickelt zur Bewältigung drängender
Das Fraunhofer IST bündelt als industrienahes FuE-Dienst-
gewährleisten eine schnelle und flexible Anpassung der For-
nenstrahltechnologie, die Sputtertechnologie, die plasma-
Zukunftsfragen in den Bereichen Energie und Umwelt, Infor-
leistungszentrum Kompetenzen auf den Gebieten Schicht-
schungsarbeiten an die Erfordernisse in den verschiedensten
aktivierte Hochratebedampfung und die Hochrate-PECVD.
mation und Sicherheit sowie Gesundheit und Medizintechnik
herstellung, Schichtanwendung, Schichtcharakterisierung und
Anwendungsfeldern zur Lösung aktueller und zukünftiger
Die Arbeitsgebiete umfassen die Vakuumbeschichtung sowie
Lösungen mit Licht. Die Kompetenzen umfassen die gesamte
Oberflächenanalyse. Wissenschaftler, Techniker und Ingenieure
Herausforderungen, insbesondere in den Bereichen Energie,
die Oberflächenbearbeitung und -behandlung mit Elektronen
Prozesskette vom Optik- und Mechanik-Design über die
arbeiten daran, Oberflächen der verschiedensten Grund-
Umwelt, Produktion, Information und Sicherheit. Koordinierte,
und Plasmen. Neben der Entwicklung von Schichtsystemen,
Entwicklung von Fertigungsprozessen für optische und mecha-
materialien neue oder verbesserte Funktionen zu verleihen,
auf die aktuellen Bedürfnisse des Marktes ausgerichtete Stra-
Produkten und Technologien ist ein wichtiger Schwerpunkt
nische Komponenten sowie Verfahren zur Systemintegration
um auf diesem Wege innovative, marktgerechte Produkte zu
tegien führen zu Synergieeffekten zum Nutzen der Kunden.
die Aufskalierung der Technologien für die Beschichtung und
bis hin zur Fertigung von Prototypen. Schwerpunkte liegen
schaffen. Das Institut ist in folgenden Geschäftsfeldern tätig:
Behandlung großer Flächen mit hoher Produktivität.
auf den Gebieten multifunktionale optische Schichtsysteme,
Maschinen- und Fahrzeugtechnik, Luft- und Raumfahrt, Werk-
Mikro- und Nanooptik, Festkörperlichtquellen, optische Mess-
zeuge, Energie, Glas und Fassade, Optik, Information und
systeme und opto-mechanische Präzisionssysteme.
Kommunikation, Mensch und Umwelt.
Kernkompetenzen des Verbunds
www.fep.fraunhofer.de
ffBeschichtung & Oberflächenfunktionalisierung ffLaserbasierte Fertigungsverfahren
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
ffLaserentwicklung & Nichtlineare Optik
Mit über 350 Patenten seit 1985 ist das Fraunhofer-Institut
ffMaterialien der Optik & Photonik
für Lasertechnik ILT ein gefragter FuE-Partner der Industrie für
Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
ffMikromontage & Systemintegration
die Entwicklung innovativer Laserstrahlquellen, Laserverfahren
Fraunhofer IPM entwickelt und realisiert optische Sensor- und
Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik
ffMikro- & Nanotechnologien
und Lasersysteme. Unsere Technologiefelder umfassen Laser
Belichtungssysteme. Bei den vorwiegend Laser-basierten
IWS steht für Innovationen in den Geschäftsfeldern Fügen,
ffKohlenstofftechnologie
und Optik, Lasermesstechnik, Medizintechnik und Biophotonik
Systemen sind Optik, Mechanik, Elektronik und Software ideal
Trennen sowie Oberflächentechnik und Beschichtung. Die
ffMessverfahren & Charakterisierung
sowie Lasermaterialbearbeitung. Hierzu zählen unter anderem
aufeinander abgestimmt. Die Lösungen sind besonders robust
Besonderheit des Fraunhofer IWS liegt in der Kombination
ffUltrapräzisionsbearbeitung
das Schneiden, Abtragen, Bohren, Schweißen und Löten sowie
ausgelegt und jeweils individuell auf die Bedingungen am
eines umfangreichen werkstofftechnischen Know-hows mit
ffWerkstofftechnologien
die Oberflächenbearbeitung, die Mikrofertigung und das
Einsatzort zugeschnitten. Auf dem Gebiet der Thermoelektrik
weitreichenden Erfahrungen in der Entwicklung von Techno-
ffPlasma- & Elektronenstrahlquellen
Rapid Manufacturing. Übergreifend befasst sich das Fraun-
verfügt das Institut über Know-how in Materialforschung,
logien und Systemtechnik. Zahlreiche Lösungen im Bereich der
hofer ILT mit Laseranlagentechnik, Prozessüberwachung und
Simulation und Systemen. In der Dünnschichttechnik arbeitet
Lasermaterialbearbeitung und Schichttechnik finden jedes Jahr
-regelung, Modellierung sowie der gesamten Systemtechnik.
Fraunhofer IPM an Materialien, Herstellungsprozessen und
Eingang in die industrielle Fertigung.
Kontakt
www.ilt.fraunhofer.de
Verbundvorsitzender
Verbundassistentin
Prof. Dr. Andreas Tünnermann
Susan Oxfart
Telefon +49 3641 807-201
Telefon +49 3641 807-207
www.iof.fraunhofer.de
Systemen.
www.ist.fraunhofer.de
www.iws.fraunhofer.de
www.ipm.fraunhofer.de
www.light-and-surfaces.fraunhofer.de
16
17
D ie F raunhofer - G esellschaft
Die Fraunhofer-Gesellschaft
Forschen für die Praxis ist die zentrale Aufgabe der Fraunhofer-
Nutzen für die Kunden hinaus: Mit ihrer Forschungs- und
Gesellschaft. Die 1949 gegründete Forschungsorganisation
Entwicklungsarbeit tragen die Fraunhofer-Institute zur Wettbe-
betreibt anwendungsorientierte Forschung zum Nutzen der
werbsfähigkeit der Region, Deutschlands und Europas bei. Sie
Wirtschaft und zum Vorteil der Gesellschaft. Vertragspartner
fördern Innovationen, stärken die technologische Leistungs-
und Auftraggeber sind Industrie- und Dienstleistungsunter-
fähigkeit, verbessern die Akzeptanz moderner Technik und
nehmen sowie die öffentliche Hand.
sorgen für Aus- und Weiterbildung des dringend benötigten
1 Hauptstandorte der Fraunhofer-Institute und -Einrichtungen in Deutschland
ITZEHOE ROSTOCK
wissenschaftlich-technischen Nachwuchses.
LÜBECK BREMERHAVEN
Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibt in Deutschland derzeit mehr als 80 Forschungseinrichtungen, davon 60 Institute.
Ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern bietet die Fraunhofer-
Mehr als 20 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter,
Gesellschaft die Möglichkeit zur fachlichen und persönlichen
überwiegend mit natur- oder ingenieurwissenschaftlicher
Entwicklung für anspruchsvolle Positionen in ihren Instituten,
Ausbildung, bearbeiten das jährliche Forschungsvolumen von
an Hochschulen, in Wirtschaft und Gesellschaft. Studierenden
1,8 Milliarden Euro. Davon fallen 1,5 Milliarden Euro auf den
eröffnen sich an Fraunhofer-Instituten wegen der praxisnahen
Leistungsbereich Vertragsforschung. Über 70 Prozent dieses
Ausbildung und Erfahrung hervorragende Einstiegs- und Ent-
Leistungsbereichs erwirtschaftet die Fraunhofer-Gesellschaft
wicklungschancen in Unternehmen.
mit Aufträgen aus der Industrie und mit öffentlich finanzierten Forschungsprojekten. Knapp 30 Prozent werden von Bund
Namensgeber der als gemeinnützig anerkannten Fraunhofer-
und Ländern als Grundfinanzierung beigesteuert, damit die
Gesellschaft ist der Münchner Gelehrte Joseph von Fraunhofer
Institute Problemlösungen erarbeiten können, die erst in fünf
(1787 – 1826). Er war als Forscher, Erfinder und Unternehmer
oder zehn Jahren für Wirtschaft und Gesellschaft aktuell
gleichermaßen erfolgreich.
BREMEN
HANNOVER BRAUNSCHWEIG
AACHEN EUSKIRCHEN
und Wirtschaftsräumen.
LEIPZIG
SCHMALLENBERG SANKT AUGUSTIN WACHTBERG
JENA
HERMSDORF
ILMENAU
DRESDEN
CHEMNITZ
DARMSTADT WÜRZBURG ST. INGBERT
wichtigsten gegenwärtigen und zukünftigen Wissenschafts-
HALLE
KASSEL
DUISBURG
TELTOW
MAGDEBURG
DORTMUND
OBERHAUSEN
werden. Internationale Niederlassungen sorgen für Kontakt zu den
BERLIN POTSDAM
KAISERSLAUTERN
ERLANGEN
SAARBRÜCKEN KARLSRUHE ETTLINGEN
PFINZTAL STUTTGART FREISING
Mit ihrer klaren Ausrichtung auf die angewandte Forschung und ihrer Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltechnologien spielt die Fraunhofer-Gesellschaft eine zentrale
FREIBURG KANDERN EFRINGEN-KIRCHEN
MÜNCHEN HOLZKIRCHEN
Rolle im Innovationsprozess Deutschlands und Europas. Die Wirkung der angewandten Forschung geht über den direkten 18
19
aus der forschung
aus der forschung
AUS DER FORSCHUNG
Neue, transparente, elektrische Leiter – Ressourceneffizienz durch Materialinnovation I 22 Elektronenbehandlung – Ein Beitrag zur Sicherheit bei der Nahrungsmittelproduktion I 26 Beschichtung von Massengütern durch PVD-Kombinationsverfahren I 30 Elektronenstrahlgefeuerte Kontakte für Silizium-Solarzellen I 32 Entwicklung neuer Methoden zur Bandkühlung für Hochratebeschichtungen I 34 Erfolgreiche Inaktivierung von Mikroorganismen in der Wirbelschicht I 36 CdTe-Dünnschichtphotovoltaik im Fraunhofer FEP I 38 Magnetron-PECVD-Abscheidung von amorphen und mikrokristallinen Siliziumschichten I 40 PolAR: Nanometerstrukturen auf Quadratmeter-Flächen I 42 Wirksamkeitsstudie zur Bioresonanztherapie I 44 Charakterisierung von CdTe-Dünnschichtsolarzellen I 46
20
21
TiTarget
TaTarget 1
2
3a
Neue, transparente, elektrische Leiter – Ressourceneffizienz durch Materialinnovation
250 nm
3b
250 nm
250 nm
3c
Wir haben die strategische Entwicklung von neuartigen,
1 Reaktives-Puls-Magnet-
Indium-freien TCO-Materialien für die Photovoltaik im letzten
ron-Co-Sputtern von TiO2:Ta
Jahr weiter stark vorangetrieben. Dabei stand dotiertes
mit einem Dual-Magnetron-
Zink- und Titanoxid im Fokus unserer Forschungsarbeiten
System der Targetlänge von
(Abb. 4). Durch Verwendung von Rohr-Magnetron-Systemen
500 mm
D ie a llge m e in e R o h s to ffk n a p p h e i t u n d der enorme Kos tendruc k bei der Produkti on z wi ngen die Indust r ie
gelingt uns nun die effiziente Schichtabscheidung von Alumi-
2 Transparente, leitfähige
und F or sc hun g z u M a te ri a l i n n o va ti o n e n . D i e Subs ti tuti on und di e Ers c hl i eßung neuer, v erbes s er t er, t r ans-
nium-dotiertem Zinkoxid mit hohen Beschichtungsraten. Des
Titandioxid-Schicht auf Glas
pa re nt le it f ä h i g e r M a te ri a l i e n i s t e i n S chwerpunkt uns erer F ors c hungs akti v i täten.
Weiteren wurde die Wirkung von verschiedenen Dotanden,
3 REM-Abbildung anataser
wie Gallium und Titan, auf die optischen und elektrischen
TiO2-Schichten
Eigenschaften von Zinkoxid untersucht. Dies erweitert die
a) ohne Dotierung
Transparente, leitfähige Materialien sind in vielen An-
Getrieben durch die weltwirtschaftliche Preisentwicklung von
Einsatzmöglichkeiten von Zinkoxid als TCO-Material deutlich,
b) mit 4 % Tantal dotiert
wendungsbereichen anzutreffen. Die transparente Elektronik
Rohstoffen und Endprodukten gab es in den letzten Jahren
vor allem durch den Einsatz von ZnO:Ga im Bereich der trans-
c) mit 19,8 % Tantal dotiert
ist hier ein aufstrebendes Forschungs- und Technologiefeld,
ein enormes Wachstum neuer Klassen möglicher anwendbarer
parenten Elektronik. Im Vergleich dazu ist dotiertes Titanoxid
welches zielgerichtet zur Realisierung von »unsichtbaren«
Materialien. Das Fraunhofer FEP erforscht intensiv neue,
ein noch weitgehend unbekanntes TCO-Material. Zunächst ist
elektronischen Schaltkreisen und optoelektronischen Kompo-
transparente, leitfähige Materialien und kann auf die jeweilige
undotiertes Titanoxid ein im sichtbaren Spektralbereich hoch-
nenten strebt. Anwendungen hierfür liegen vor allem in der
Endanwendung bezogen maßgeschneiderte, transparente,
transparentes Material und ein optisch hochbrechendes Dielek-
Konsumelektronik. In der Displaytechnik und Photovoltaik sind
leitfähige Schichten und Schichtsysteme anbieten. Hier steht
trikum, welches in vielen optischen Funktionsschichtsystemen,
solche Materialien hauptsächlich in transparenten Elektroden
besonders die kosteneffiziente, großflächige Herstellung von
wie zum Beispiel zum Schutz gegen elektromagnetische
verbreitet und finden Anwendung in Touch-Displays,
dünnen Schichten aus transparenten, leitfähigen Oxiden
Strahlung, verwendet wird. In der kristallinen Anatas-Phase
Solarzellen, Flachbildschirmen, oder in sogenannten »Smart-
(TCOs) mit verbesserten Eigenschaften im Vordergrund.
ist Titanoxid aus der Photokatalyse bekannt und wird als
Windows«.
selbstreinigende, antibakteriell wirkende Schicht verwendet. Werden Titan-Atome teilweise durch Niob oder Tantal ersetzt,
4 Eigenschaften von gesputterten TCOs auf der Basis von Zink- und Titanoxid, die großflächig mithilfe von in-line Beschichtungsanlagen am Fraunhofer FEP abgeschieden worden sind.
erhöht sich die elektrische Leitfähigkeit des Materials deutlich. Die Ladungsträgerkonzentration steigt mit steigendem Anteil
TCO-Material
ZnO
von Niob oder Tantal. Amorphes dotiertes Titanoxid zeigt spezi-
TiO2
Dotand
Al
Ga
Ti
Nb
Ta
fische elektrische Widerstände im Bereich von ca. 1 … 5 Ωcm.
Dotierkonzentration [%]
2
3
3
6
4
Durch Strukturumwandlung der Schichten bei Temperaturen
SMS [1] oder RMS [2]
SMS [1]
SMS [1]
RMS [2] oder DMS [3]
DMS [3]
zwischen 350 °C und 450 °C in die kristalline Phase Anatas
metallisch 45
Magnetron-System Target
oxidisch
oxidisch
oxidisch
oxidisch oder metallisch
> 350
100
100
47
Dynamische Beschichtungsrate [nm*m/min]
kann der spezifische elektrische Widerstand deutlich bis in den Bereich von 10-4 … 10-3 Ωcm reduziert werden. Die einstellbaren Widerstandswerte sind vergleichbar mit denen der
Spezifischer Widerstand [Ωcm] [4]
3,6 × 10-4
2,7 × 10-4
9,3 × 10-4
1,3 × 10-3
2,1 × 10-2
bekannten TCOs Indium-Zinn-Oxid oder Aluminium-dotiertes
Extinktionskoeffizient @ 550 nm
2,4 × 10
2,1 × 10
3,4 × 10
1,5 × 10
2,0 × 10
Zinkoxid.
SMS: Einzel-Magnetron-System
[3]
RMS: Rohr-Magnetron-System
[4]
[1]
[2]
22
-3
-3
-3
-2
-2
DMS: Doppel-Magnetron-System nach Tempern der Schicht im Vakuum
23
5
6
Neben den materialwissenschaftlichen Aspekten haben wir
7
Vorteile des reaktiven Puls-Magnetron-Co-Sputterns:
Werkzeug für die Abscheidung von ternären und mehrkom-
ff Die Nutzung von metallischen oder Legierungstargets
reduziert die Kosten für Targetmaterialien ff Anwendung konventioneller Sputtertechnologie: Dual-
ponentigen Schichten mit frei wählbarer Zusammensetzung
Magnetron-System im bipolaren Puls-Magnetron-Sputter-
(Abb. 8). Die Verwendung von großflächigen Kathoden erlaubt
Modus ff Hohe Beschichtungsraten
Wahl der Pulsparameter kann zielgerichtet die Einstellung
ff Variable Einstellung der Schichtzusammensetzung durch
Arbeitspunkt wird durch einen schnellen Regelkreis stabilisiert,
Variation der Pulslänge ton des Nb-Targets 100
ton Ti-Target
die Schichtabscheidung auf großen Flächen. Durch geeignete der Schichtzusammensetzung erfolgen (Abb. 9). Der reaktive
9 Einstellung der Schichtzusammensetzung von TiO2:Nb durch
Wahl der Puls-Parameter ff Sehr stabiler Sputterprozess zur Abscheidung von ternären
der die Anpassung des Reaktivgasflusses mithilfe optischer
Materialkombinationen bei frei wählbarer Zusammen-
Emissions-Spektroskopie ermöglicht (Abb. 10).
setzung und guter Reproduzierbarkeit
zung frei auswählbarer Spektral-
elektrischen Widerstandes
linien der Reaktivgaseinlass ge-
einer TCO-Schicht
regelt. [6]
Durch Variation der Pulslängen
6 Prozessregler S-PCU, Eigenentwicklung des
des Spannungspulsers erfolgt die
Fraunhofer FEP
Einstellung der Schichtkomposi-
7 In-line Beschichtungs-
tion.
anlage ILA 900
50
GZTO: Gallium-Zink-Zinn-Oxid
Strom Strom [A] [A]
Das Puls-Magnetron-Co-Sputtern ist hier ein wichtiges
5 Überprüfung des
Mit der S-PCU wird unter Nut-
unsere Sputtertechnologien hinsichtlich hoher Beschichtungsraten und Variabilität der Schichtzusammensetzung optimiert.
[5]
IGZO: Indium-Gallium-Zink-Oxid
0
IZO: Indium-Zink-Oxid ZITO: Zink-Indium-Zinn-Oxid
-50
ZTO: Zink-Zinn-Oxid
Für die Regelung solcher Prozesse wurde am Fraunhofer FEP
Mit dem Puls-Magnetron-Co-Sputtern zeigt das Fraunhofer FEP
der Prozessregler S-PCU entwickelt. Dieser schnelle Regler
ein weiteres innovatives Beschichtungswerkzeug, mit dem es
bietet einige Vorteile für die Prozessführung, wie zum Beispiel
auf die ständig wechselnden Anforderungen aus der Industrie
die Nutzung von frei wählbaren Plasma-Emissionslinien für die
schnell und flexibel antworten und als kompetenter Partner
Regelung. Hier sind keine optischen Filter mehr notwendig
Produktinnovationen voranbringen kann.
ton Nb-Target -100
-40
-20
0 Zeit [µs]
können großflächig Titanoxidschichten mit verschiedenen
40
1 0 Schematische Darstellung des Puls-Magnetron-Co-Sputterns
wie sie bei der klassischen Reaktivgasregelung durch PlasmaEmissions-Monitor angewendet werden. Auf diese Weise
20
Vakuumkammer
8 Quaternäres Diagramm des Oxid-Halbleiter-Systems
Ga2O3 – ZnO – SnO2 – In2O3
Dotierkonzentrationen von Niob und Tantal in einem Bereich
Ga2O3
von 1 … 15 Prozent und unterschiedlicher Stöchiometrie mit
Kollimator
ein- und derselben Target-Kombination hergestellt werden.
Ti
Ti80Nb20
Spektrometer
Abbildung 1 zeigt die Magnetronentladung eines Puls-Magnet-
NbXOY / TiOX
ron-Co-Sputter-Prozesses zur reaktiven Schichtabscheidung
Lichtleitfaser
von TiO2:Ta von Titan- und Tantal-Targets. Die Schichtabscheidung von metallischen Targets gestattet im Vergleich
GZTO
IGZO
zur Abscheidung von keramischen Targets hohe dynamische
In2O3
Beschichtungsraten im Bereich von 30 … 50 nm × m/min. So IZO
wurden ca. 150 nm dicke TiO2:Nb- und TiO2:Ta-Schichten mit spezifischen elektrischen Widerständen im Bereich von 10-3 … 10-2 Ωcm abgeschieden, die eine Absorption im sichtbaren Spektralbereich kleiner als 8 Prozent aufwiesen.
24
TiOX
Piezoventil
ITO
Kontakt
ZITO Spannungspulser
ZnO
ZTO
SnO2
Dr. Manuela Junghähnel
Regeleinheit Spektrometrische-PCU
[6]
[5]
Reaktivgaseinlass
Telefon +49 351 2586-128
25
Elektronenbehandlung – Ein Beitrag zur Sicherheit bei der Nahrungsmittelproduktion
Jahr 2000 daraus zusammen mit der Schmidt AG eine mobile
[1]
Demonstrationsanlage im Produktionsmaßstab entwickelt und
tion ökologischer Saatgut-Beiz-
gebaut.
anlagen«
Projektname »Neue Genera-
Gefördert aus Mitteln der
Seit dieser Zeit haben sich die Versuche zur Elektronen-
Europäischen Union und
Me hr a ls 25 Ja h re i s t e s h e r, d a s s i m d a mal i gen F ors c hungs i ns ti tut M anfred v on A rdenne ers t e Unt er su-
behandlung von Saatgut in vielfältiger Weise bewährt. Durch
des Freistaates Sachsen.
c hunge n z ur d e s i n fi z i e re n d e n W i rk u n g v on bes c hl euni gten El ektronen bei G etrei des aatgut durchgef ühr t
Partnerschaften mit Anlagenbauern (Schmidt-Seeger AG bzw.
Förderkennzeichen: 3433/565
w urde n. E r st i n d i e s e m Ja h r k a n n m a n von ei nem wi rts c haftl i c hen D urc hbruc h i n di es em A nwe ndungsbe-
deren Ausgründung EVONTA Service GmbH), mehreren Land-
Projektpartner:
re ic h spre c he n .
wirtschaftsbetrieben, insbesondere dem BayWa-Standort Haini-
Schmidt AG
chen / Sachsen, sowie der fachlichen Kooperation unter anderem
Fraunhofer FEP
Strahlenchemische Wirkungen von ionisierenden Strahlungen
Die Lösung sind beschleunigte Elektronen. Im Gegensatz zur
mit der Biologischen Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft
(zum Beispiel Gamma-, Elektronen-, Röntgenstrahlung) auf Poly-
Gammastrahlung ist deren Eindringvermögen in Materialien
(bba; jetzt Julius-Kühn-Institut) und der Sächsischen Landesanstalt
[2]
mere sind lange bekannt. Die erzielten Effekte, wie Vernetzungs-
deutlich geringer und zudem über die aufgeprägte kinetische
für Landwirtschaft konnten viele Praxiserfahrungen und Unter-
logischen Bundesanstalt für
reaktionen oder der Polymerabbau resultieren im Wesentlichen
Energie exakt einstellbar. Damit lässt sich die desinfizierende
suchungen hinsichtlich der Wirksamkeit für den Pflanzenschutz in
Land- und Forstwirtschaft Ber-
aus dem Aufbrechen von Mehrfachbindungen im Polymer durch
Wirkung auf die Oberfläche und eine definierte Randschicht von
die Optimierung der Technologie einfließen. Der Schwerpunkt lag
lin-Dahlem »Die Elektronenbe-
Energieeintrag und dem damit verbundenen Erzeugen von hoch
Samen begrenzen, ohne den Keimling oder den Mehlkörper
in diesen Jahren bei der Behandlung von Getreidesaatgut aber
handlung von Getreidesaatgut
reaktiven Kettenenden und Radikalen, die wiederum die erwähn-
im Inneren des Samenkorns zu beeinflussen. Damit wurden
auch Raps, Leguminosen und Gemüsesaatgut wurde einbezogen.
- Zusammenfassende Wertung
ten Sekundärreaktionen hervorrufen. Beschleunigte Elektronen
in den 90er Jahren erfolgreich großtechnische Versuche an
In Deutschland wurden damit über 200.000 Hektar mit elektro-
der Freilandergebnisse« Nr. 399,
als Energielieferant sind in diesem Zusammenhang interessant, da
Getreidesaatgut im Fraunhofer FEP durchgeführt. Die Saat-
nenbehandeltem Getreide-Saatgut bestellt. Einen eindrucksvollen
2005 (ISSN 0067-5849, ISBN
Elektronenquellen im Gegensatz zu Gammaquellen problemlos
gutbehandlung wurde in einer Vakuumkammer durchgeführt,
Überblick über einen Teil der Untersuchungsergebnisse vermitteln
3-930037-20-3)
abgeschaltet werden können und Anlagen damit ein deutlich
da die Beschleunigung von frei beweglichen Elektronen nur
die bba-Mitteilungen 399 [2] von 2005.
vereinfachtes Handling aufweisen.
unter Hochvakuumbedingungen erfolgen kann. Der technische Aufwand dieser kontinuierlich arbeitenden Anlage war deshalb
Trotz der Empfehlung der bba sowie der EPPO (European and
Dass auch komplexe Polymermoleküle in lebenden Organismen,
extrem hoch und die Nebenwirkungen der Vakuumbedingun-
Mediterranean Plant Protection Organization) zum Einsatz des
wie DNA-Ketten, durch Energieeintrag beeinflusst werden
gen auf das Saatgut nicht unerheblich.
Verfahrens für die konventionelle als auch für die ökologische Landwirtschaft sowie vieler Vorteile (chemiefrei, umweltscho-
können, liegt nahe. Strangbrüche, Basenverlust, Denaturierung, Längsvernetzungen durch Elektronenbeschuss führen zu irrepa-
Der technische und technologische Durchbruch wurde mit der
nend, nicht staubend, kosteneffizient) hat diese Technologie
rablen Schäden an DNA-Molekülen und damit zum Zelltod. Diese
Entwicklung von Bandstrahlern am Fraunhofer FEP erzielt. Dieser
10 Jahre lang ein Schattendasein gefristet und ist nicht über den
Effekte sind der Schlüssel für eine desinfizierende Wirkung be-
Typ von Elektronenquellen hat zum einen einen linienförmigen
Demonstrationsstatus hinaus gekommen. Die Ursachen sind
schleunigter Elektronen, denn dadurch lassen sich unter anderem
Elektronenemitter, der eine große Längenausdehnung einer
sicher vielfältig und nicht nur objektiv, unter anderem:
schädliche Keime abtöten. Die Sterilisation von Medizinprodukten
Elektronenquelle bei kleiner Baugröße erlaubt und zum anderen
mit Gammastrahlung etablierte sich auf dieser Grundlage. Da
mit einem sogenannten Lenard-Fenster die Auskopplung der
Gammastrahlung eine hohe Durchdringungsfähigkeit im Material
beschleunigten Elektronen aus der evakuierten Elektronenquelle
aufweist, erfolgt eine Sterilisation im gesamten Volumen. Für die
an Atmosphäre ermöglicht. Damit wurde es möglich, Saatgut
Behandlung von Saatgut ist das jedoch vollkommen ungeeignet,
an Luft im Durchlaufprinzip zu behandeln. Im Rahmen eines
denn ein steriles Samenkorn kann nicht mehr keimen.
öffentlich geförderten Verbundprojektes [1] wurde bis zum
26
Mitteilungen aus der Bio-
1 Mobile Anlage zur Saatgutbehandlung Behandlungsraum Saatgutzuführung Bedienraum
Elektroraum
Medienraum
ffDas Bestehen einer etablierten und ausgereiften Technologie
zur chemischen Beizung von Saatgut mit einem funktionierenden Vertriebsnetz und vorhandener Anlagentechnik ffKeine Wirkung der Elektronenbehandlung gegen boden-
bürtige Erreger 27
Saatgutstrom
Elektronen
Samenschale
Embryo
2
Elektronengeneratoren
3a
ffNach einer Elektronenbehandlung ist das Saatgut augen-
3b
3c
2 Unterzeichnung des Koope-
Im Fokus stehen neben den traditionellen Getreidesaaten auch
Ein Argument gegen die Entkeimung von Lebensmitteln mit io-
[3]
scheinlich unverändert, kein einfacher Behandlungsnachweis
der wachsende Markt an Maissaatgut, sensibles Sprossensaat-
nisierender Strahlung ist die Beeinflussung des Lebensmittels an
finden Sie auf:
rationsvertrages zur Weiterent-
möglich
gut und die hochwertigen Feinsämereien.
sich durch diese Strahlung. Reaktionen im organischen Material,
www.fep.fraunhofer.de/presse
wicklung der Saatguttechnologie
ffVorbehalte gegen den Einsatz ionisierender Strahlung in der
Landwirtschaft ffHohe Anschaffungskosten für eine Elektronenbehandlungs-
anlage
Weitere Informationen dazu
wie die Bildung von hochreaktiven Radikalen, Kettenbrüchen in
[4]
Seit 2011 bemüht sich das Fraunhofer FEP auch, die Elektronen-
organischen Molekülen und damit die Erzeugung chemischer
news/cef110406.htm
behandlung von Saatgut in den chinesischen Markt einzu-
Spaltprodukte usw. sind in ihren Auswirkungen durch die Nah-
Getreide AG
führen. Dafür hat der Vorstand der Fraunhofer-Gesellschaft
rungsaufnahme auf den menschlichen Körper wenig erforscht
Fraunhofer FEP
www.efsa.europa.eu/en/press/
durch die Firmen: PETKUS Technologie
PROFIL-Mittel in erheblichem Umfang bereitgestellt.
und deshalb als Risiko bzw. als Gefährdung eingestuft worden.
BayWa AG
Die letzten zwei Jahre haben allerdings Bewegung in den
Die Behandlung von Saatgut ist jedoch bei weitem nicht die
Eine jüngste umfangreiche Studie der European Food Safety
3 Das Prinzip der
Markt der Saatgutbehandlung gebracht. Etlichen chemischen
einzige Zielrichtung der Weiterentwicklung. Probleme mit Keim-
Authority (EFSA)
Beizmitteln wurde die Zulassung entzogen, Neuzulassungen
belastungen gibt es auch im Bereich der Futtermittel (Futter-
Technologie keine chemische oder mikrobiologische Gefährdung
a) Behandlung im Fallstrom
und damit auch die Neuentwicklung von Beizmitteln sind stark
getreide sowie pelletiertes Futter) sowie bei Nahrungsmitteln.
der Verbraucher im Vergleich zu anderen Desinfektionsverfahren
b) allseitige Behandlung mit
ausgeht. Damit steht ein vielseitiges Verfahren zur Verfügung,
Elektronen
zurückgegangen, ein zunehmender Druck bakteriologischer
[4]
weist jedoch eindeutig nach, dass von dieser
Elektronenbehandlung:
Krankheitserreger ohne wirksame Bekämpfungsmittel, ein
Außer bei Kräutern und Gewürzen ist die Behandlung von
um das Food-Chain-Management von der landwirtschaftlichen
c) gezielte Randschichtbehand-
schwerer Fall von E. coli-Infektionen durch Sprossensaatgut
Lebensmitteln mit ionisierender Strahlung in Deutschland jedoch
Produktion bis zum Endprodukt sicherer zu machen.
lung
sowie die unzureichenden Behandlungsmethoden im ökologi-
verboten. Weltweit ist die Desinfektion von Lebensmitteln
schen Landbau haben die Nachfrage nach Alternativen weltweit
– meist Früchte – mit ionisierender Strahlung (vorwiegend Gam-
Das Fraunhofer FEP möchte noch einen Schritt weiter gehen
wieder erhöht. Einem glücklichen Umstand ist es zu verdanken,
mastrahlung) dagegen auf dem Vormarsch. Auf der diesjährigen
und für viele Anwendungen den Einfluss der ionisierenden
dass mit der Nordkorn Saaten GmbH ein weiterer starker
IMRP (International Meeting of Radiation Processing) Konferenz
Strahlung auf das Produkt deutlich reduzieren. Oft ist die
Partner für die Saatgutbehandlung im Norden von Deutschland
in Montreal spielte die Keimreduktion an Lebensmitteln durch
Keimbelastung von Lebensmitteln nur an der Oberfläche und in
gewonnen werden konnte.
ionisierende Strahlung eine entscheidende Rolle. Getrieben
einer Randschicht vorhanden. Mit einer definierten Elektronen-
Im Ergebnis der Bemühungen um die Etablierung der Elektro-
durch weltweite Fälle von Verbrauchergefährdung (EHEC in
behandlung kann man erreichen, dass auch nur diese Bereiche
nenbehandlung von Saatgut wurde die Demonstrationsanlage
Deutschland, keimbelasteter Spinat und E. coli-Infektionen
beeinflusst werden, ein weiteres Argument für diese umwelt-
von einem Konsortium aus BayWa AG und Nordkorn Saaten
durch belastetes Hackfleisch in den USA, Infektionen durch
freundliche, schonende und sichere Technologie.
GmbH im Sommer 2011 gekauft [3] und im ersten Jahr bereits
verkeimte Früchte aus Südostasien) sind weltweit Behandlungs-
fast bis an die Kapazitätsgrenze ausgelastet. Zusammen mit
anlagen installiert worden. Ein Export von Früchten in die
einem neuen innovativen Partner im Bereich der Saatgut-An-
USA ist zum Beispiel nur noch nach einer Strahlenbehandlung
lagentechnik, der Röber Institut GmbH, sowie den Anwendern
möglich. Nachgewiesenermaßen erlaubt ionisierende Strahlung
BayWa AG und Getreide AG mit dem Tochterunternehmen
eine sichere Keimreduktion bis auf Sterilisationsniveau ohne die
Nordkorn Saaten GmbH wurde bereits die gemeinsame Weiter-
Verwendung chemischer Zusatzstoffe, ohne hohe Temperaturen
entwicklung des Verfahrens beschlossen und Projektanträge
und damit auf eine außerordentlich schonende Weise. Für alle
sind in Vorbereitung. Ziele sind unter anderem:
bestrahlten Lebensmittel bzw. deren Inhaltsstoffe gilt weltweit
ffPreiswertere und kompaktere Anlagentechnik
eine Labelpflicht (Abb. 4).
ffFlexible Anpassung an unterschiedliche Saatgutarten und
Wirkt in Deutschland dieses Label eher abschreckend auf den
Frank-Holm Rögner
Verbraucher, hat es in den USA mittlerweile den positiven Status
Telefon +49 351 2586-242
Durchsätze ffIntegration in vorhandene Saatgutaufbereitungsanlagen
28
4 »Radura-Symbol« zur Kennzeichnung von Lebensmitteln, die durch Bestrahlung behandelt wurden
Kontakt
»sicheres Lebensmittel« erreicht. 29
1
2
3
Beschichtung von Massengütern durch PVD-Kombinationsverfahren
4
gesputterten Chromschichten (helle Streifen). Das Aluminium
Projektförderung:
1 Charge von Blindniet-
übernimmt hierbei die kathodische Korrosionsschutzwirkung,
DFG / AiF-Clustervorhaben
Hülsen (5 kg) vor der Be-
während die Chrom-Zwischenschichten als Diffusionssperre
»Kombinierte mechanisch-
schichtung
wirken und das Kornwachstum des Aluminiums im Verlaufe
mediale Alterung von Nietver-
2 Qualitätskontrolle nach
der Schichtabscheidung unterbrechen. Eine abschließende
bindungen in Mischbauweise«
der Schüttgutbeschichtung
D ie Be ha ndlu n g v o n K l e i n te i l e n a l s S ch ü ttgut s tel l t ei ne ökonomi s c h überz eugende A l ter nati v e zur Einzel-
Passivierungsschicht aus Aluminiumoxid vervollständigt den
Teilprojekt A1
3 Querschliff einer Korro-
t e ilbe ha ndlun g d a r. Au s te c h n o l o g i s c h e r Si c ht gi l t es j edoc h ei ne Rei he v on Probl emen z u meist er n. Das
Schichtstapel.
»Entwicklung und Bewertung
sionsschutzschicht aus Al / Cr-
F r a unhof e r F E P h a t d a zu e i n e n vi e l ve rs p rec henden A ns atz entwi c kel t.
von PVD-Schichtsystemen auf
Multilagen mit Aluminium-
Die nach dem neuen PVD-Verfahren veredelten Niete haben
Verbindungselementen zur Ver-
oxid-Passivierung
bereits ein breitgefächertes Interesse industrieller Anwender
besserung der Alterungsbestän-
4 Schüttgut-Beschichtungs-
Der Einsatz von Vakuumbeschichtungsverfahren für die Ober-
tivierten Bedampfung und des Magnetronsputterns. Sämtliche
auf sich gezogen und werden gegenwärtig in applikations-
digkeit von Nietverbindungen«
anlage ALMA 1000
flächenveredlung von Bauteilen hat heute bereits einen hohen
Beschichtungskomponenten sowie die Substratbewegung
nahen Tests für ihren Serien-Einsatz qualifiziert. Der erfolgrei-
(IGF 16249 BR/1)
Grad der Marktdurchdringung erreicht. Dies gilt jedoch nur
können frei programmierbar gesteuert werden. Auf diese Wei-
chen Leitapplikation werden in den kommenden Jahren sicher
für individuell gehandhabte Teile und nicht für schüttfähige
se lassen sich Schichtarchitekturen wie Gradienten und Multi-
weitere Anwendungen der Massengutbeschichtung mittels
industrielle Massengüter wie Niete, Schrauben, Muttern,
layer, die bisher nur Flachsubstraten oder in eingeschränktem
innovativer PVD-Kombinationsverfahren folgen.
Stifte, Federn oder Kugeln. Aber auch letztere müssen häufig
Maße auch individuell gehandhabten Bauteilen zugänglich
beschichtet werden, sei es aus Gründen des Verschleiß- und
waren, auch mit hoher Rate auf Schüttgut aufbringen.
Korrosionsschutzes oder um eine niedrige Reibung, geringe Kontaktwiderstände bzw. ein ansprechendes Aussehen zu
Im Ergebnis mehrjähriger Arbeiten ist es mit der am Fraun-
erzielen.
hofer FEP betriebenen und kontinuierlich weiterentwickelten Schüttgut-Beschichtungsanlage ALMA 1000 heute möglich,
Um mit den in der Schüttgutbeschichtung etablierten Techno-
bis zu 30 kg schüttfähiger Kleinteile (wie die in Abbildung 1
logien wie mechanisches, chemisches und elektrolytisches
dargestellten Blindniet-Hülsen) innerhalb von 60 bis 90 Mi-
Plattieren oder Tauch- / Schleuderverfahren konkurrieren zu
nuten mit etwa 10 µm dicken Schichtsystemen zu versehen.
können, muss die Vakuumbeschichtungstechnik konsequent
Die Zuverlässigkeit des Verfahrens ist dabei so hoch, dass von
ihre Stärken Qualität, Flexibilität und Umweltverträglichkeit
Tausenden beschichteter Kleinteile einer Charge nur einige
ausspielen und sich an ökonomischen Maßstäben von Effizienz
wenige sichtbare Defekte aufweisen – hervorgerufen zumeist
und Ressourcenschonung messen lassen.
durch Spritzer oder von den Einbauten abplatzende Schichtflitter. Querschliffe der beschichteten Niete lassen unter dem
Am Beispiel der Korrosionsschutz-Beschichtung von
Mikroskop eine gleichmäßige Bedeckung aller äußeren Flächen
Nietelementen für den Fahrzeugbau konnten Forscher des
sowie eine geringe und in den meisten Fällen tolerierbare Ver-
Fraunhofer FEP das Potenzial der physikalischen Dampfphasen-
ringerung der Schichtdicke auf Bohrungen und Vertiefungen
abscheidung (PVD) eindrucksvoll unter Beweis stellen und eine
(ca. 30 … 50 Prozent) erkennen. Bei weiterer Erhöhung
interessante Alternative zu etablierten Lösungen aufzeigen.
der Vergrößerung (Abb. 3) offenbart sich die lamellenartige
Den Schlüssel zum Erfolg bildete hierbei die Kombination
Feinstruktur der abgeschiedenen Korrosionsschutzschichten
unterschiedlicher Abscheideverfahren, nämlich der plasmaak-
aus aufgedampften Aluminium- (dunkelgraue Gebiete) und
30
5 Funktionsschema der Schüttgutbeschichtung durch plasmaaktivierte Bedampfung und Magnetronsputtern Vakuumkammer
Schiffchenverdampfer Magnetron
Schiffchenverdampfer Hohlkathode
dichtes Plasma
Kontakt
Substrat Substrattrommel
Dr. Fred Fietzke Telefon +49 351 2586-366
31
1
2
3
Elektronenstrahlgefeuerte Kontakte für Silizium-Solarzellen
4
An ersten Test-Solarzellen mit aufgedampfter Metallrückseite
Gefördert aus Mitteln der
1 Solarzelle mit EBFC-Rück-
und elektronenstrahlgefeuerten Kontakten wurden bereits So-
Europäischen Union und
seitenkontaktierung
larzellenwirkungsgrade von 12,7 Prozent gemessen (Abb. 1).
des Freistaates Sachsen.
2 EBFC-Raster
Förderkennzeichen: 12896/2155
4 Herstellung elektronenstrahlgefeuerter Kontakte (EBFC)
D e r E insa t z h o c h p ro d u k ti ve r Te c h n o l o g i en bei der H ers tel l ung effi z i enter Sol arz el l en i s t ei ne w esent liche
Projektpartner:
Vor a usse t z un g fü r we i te re K o s te n s e n k u ngen bei der N utz ung v on »Sonnens trom«. El ektronens tr ahlgef eu-
Roth & Rau AG
Datenverarbeitungssystem
e r t e K ont a k t e k ö n n e n h i e rfü r i n s b e s o n d ere i n v akuumgebundenen Proz es s l i ni en ei nen Bei trag leist en.
Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der kristallinen
vierungsschicht an dieser Stelle aufgebrochen wird (Abb. 4).
Silizium-Solarzellen sind darauf ausgerichtet, die Solar-
Günstig bei diesen punktuellen elektronenstrahlgefeuerten
zellenwirkungsgrade weiter zu steigern und gleichzeitig die
Kontakten (engl. electron beam fired contacts, EBFC) ist,
Produktionskosten zu senken. Ein übliches Verfahren zur
dass die guten Eigenschaften der Passivierung in großen
Verbesserung des Wirkungsgrades ist die Passivierung der
Flächen erhalten bleiben. Gleichzeitig kommt es zum lokalen
Solarzellenoberflächen durch wenige 10 nm dicke Schichten
Eindiffundieren von Aluminium, was einerseits den Kontakt-
oder Schichtstapel. Sie bestehen meist aus Siliziumdioxid oder
widerstand absenkt, andererseits aber auch im Kontaktbereich
Siliziumnitrid und werden mit Hilfe von Vakuumverfahren
zur Verminderung der Ladungsträgerrekombination beiträgt.
Elektronenstrahlquelle mit Ablenksystem
3 Clusteranlage ERICA für Beschichtungs- und Strukturierungsprozesse
Fraunhofer FEP
Rückstreuelektronendetektor
Sekundärelektronendetektor Elektronenstrahl
Metallrückseitenkontakt Passivierungsschicht
EBFC
Silizium-Solarzelle
hergestellt. Die Passivierung senkt die Oberflächenrekombinationsrate und hilft so, Ladungsträgerverluste zu minimieren.
Neben der Einsatzfähigkeit des Elektronenstrahls im Vakuum
Bei der Herstellung von Kontakten zur Ableitung des erzeug-
besitzt dieser gegenüber dem sonst für die Kontaktierung
ten Stromes ist es jedoch notwendig, diese elektrisch isolieren-
typischerweise benutzten Strahlwerkzeug Laser einige weitere
den Schichten lokal zu öffnen. Dies geschieht beispielsweise
interessante Vorteile:
vor dem Aufdrucken des metallischen Rückseitenkontaktes mit Hilfe eines gepulsten Lasers an Atmosphärendruck.
Sonnenlicht
5 Im Volumen absorbierte Leistung für drei verschiedene Beschleunigungsspannungen normierte absorbierte Leistung pa(z)/pa max
ff Der Elektronenstrahl ist ein Teilchenstrahl mit einer charakte-
normierte absorbierte Leistung pa(z)/pa max
ristischen Energieabsorption im Volumen. Im Gegensatz zur oberflächennahen Absorption von Laserlicht kann der
zessschritten direkt nach dem Aufbringen der Passivierung im
Hauptenergieeintrag durch Variierung der Beschleunigungs-
Vakuum zu verbleiben. Vorteilhaft können hierfür Elektronen-
spannung auf die zu durchdringende Schichtdicke einge-
strahltechnologien zum Einsatz gebracht werden. So wurde prinzipiell gezeigt, dass der Aluminiumrückseitenkontakt durch
stellt werden (Abb. 5). ff Die trägheitslose elektromagnetische Strahlablenkung er-
Elektronenstrahl-Hochratebedampfung herstellbar ist. In einem
möglicht sehr hohe Prozessgeschwindigkeiten. Die Kontak-
nachfolgenden Schritt wurde nun mit einem fokussierten
tierung einer Solarzelle pro Sekunde ist realistisch.
Elektronenstrahl (Strahldurchmesser ca. 50 µm) punktuell die
ff Sekundäreffekte des Elektronenstrahls, wie Sekundärelektro-
Aluminiumschicht mit dem Siliziumbasismaterial durch lokales
nen oder Rückstreuelektronen, können zur Überwachung
Aufschmelzen verbunden, wobei die zwischenliegende Passi-
und Kontrolle des Prozesses genutzt werden.
32
Abstand z von der Oberfläche [µm]
Grundidee im durchgeführten Projekt war, auch mit den Pro-
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 Al
SiO2,
4
SiN
Kontakt
8
12
10 kV 30 kV 50 kV
Silizium
Benjamin Graffel Telefon +49 351 2586-212
33
1
2
3
4
Entwicklung neuer Methoden zur Bandkühlung für Hochratebeschichtungen
Gefördert aus Mitteln der
1 Kühlkörper mit Bürsten-
Europäischen Union und
besatz
des Freistaates Sachsen.
2 Gaskühlwalze in der
Förderkennzeichen: 14274/2473
Beschichtungskammer der Anlage MAXI
D a s t e c hnisc h e P o te n ti a l d e r Va k u u m -Hoc hratebes c hi c htung konnte i n der Vergangenhei t nicht im m er
Projekt:
3 Ungenügende Band-
a usge sc höpf t we rd e n , d a d i e a u ftre te n d en Wärmebel as tungen z u D eformati onen der Subs tratbänder oder
»Neue Technologien für solare
kühlung äußert sich in einer
z u S c hä digun g e n d e r S ch i ch te n fü h rte n . M i t neu entwi c kel ten Vari anten der Bandkühl ung kön nen bishe-
Anwendungen«
starken Ausprägung von
r ige L im it ie r u n g e n ü b e rwu n d e n we rd e n .
Falten am Stahlband Projektpartner:
4 Effektive Bandkühlung
VON ARDENNE
verhindert Schädigungen des
Die Realisierung einer Substratkühlung innerhalb von Vakuum-
Zur Realisierung hoher Wärmeübergangskoeffizienten sind
anlagen erweist sich als sehr kompliziert, da effiziente Wärme-
Gasdrücke von mindestens 5 … 100 mbar erforderlich.
übertragungsprozesse an das Vorhandensein von Stoffen ge-
Da bei der Vakuumbeschichtung Prozessdrücke im Bereich
bunden sind. Der Wärmekontakt zwischen zwei Festkörpern,
von 10 mbar eingehalten werden müssen, ist lokal ein
hier von einem bandförmigen Substrat zu einem Kühlkörper,
Druckunterschied von bis zu sechs Größenordnungen zu
[1]
wird durch die stets vorhandenen mikroskopischen Rauig-
gewährleisten. Die spezielle Herausforderung besteht darin,
Verfahren zum Kühlen von
keiten der Oberflächen begrenzt. Ein bürstenartiger Besatz
dass der Raum hohen Druckes durch ein bewegtes Band
des Kühlkörpers (siehe Abb. 1, ) ist durch seine Flexibilität
abgedichtet werden muss. In Abbildung 5 wird schematisch
in der Lage, die mikroskopischen Rauigkeiten auszugleichen.
dargestellt, dass zwei Pumpstufen vorgesehen sind, die das
Somit ist eine größere Zahl an Festkörper-Kontaktstellen beim
Abströmen des Gases in den Prozessraum der Vakuumanlage
Wärmeübergang wirksam und die Effizienz der Kühlung eines
minimieren. In Abbildung 6 wird veranschaulicht, dass die
2. Pumpstufe
bandförmigen Substrats im Vakuum kann wesentlich erhöht
angestrebte strömungstechnische Entkopplung des Spalt-
1. Pumpstufe
werden.
raumes vom Prozessraum erfolgreich realisiert werden konnte
[1]
-4
Anlagentechnik GmbH
5 Schematischer Aufbau der Gaskühlwalze
Fraunhofer FEP
Bandes bei hohem Wärmeeintrag
Prozessraum EP 1674591, Vorrichtung und
Substraten Druckregler
[2]
Metallband
Pumpe Pumpe
EP 1802786, Vorrichtung und
Verfahren zum Kühlen band förmiger Substrate
Bereich erhöhten Gasdruckes
und niedrige Prozessdrücke sogar unterhalb von 10-5 mbar Werte von bis zu 120 W/m K, wogegen an bisher gebräuch-
werden. Das wesentliche Ergebnis aus Abbildung 6 sind die
lichen Kühlwalzen Wärmeübergangskoeffizienten von nur
momentan nachgewiesenen Wärmeübergangskoeffizienten
50 W/m K bekannt sind. Bei der Anwendung der »Bürsten-
von bis zu 200 W/m2K, die erstmalig demonstriert werden.
kühlvorrichtung« ergibt sich ein Optimierungsbedarf hinsicht-
In Abbildung 4 wird dokumentiert, dass die installierte Band-
2
lich der Relation des angewendeten Bandzuges, des erreichten
kühlung zu einem falten- und verwerfungsfreien Bandlauf in
Kühleffektes und der Aufrauung auf der Bandrückseite.
der heißen Zone führt.
Für oberflächensensitive Bänder wurde ein weiteres Kühlver-
Die im Fraunhofer FEP entwickelten Varianten der Bandküh-
fahren entwickelt [2]. Hierfür wird an einer »Gaskühlwalze«
lung werden zukünftig weiter optimiert, eröffnen aber schon
(siehe Abb. 2 und 5) in den Spaltraum zwischen zu kühlendem
jetzt neue Perspektiven für Applikationen der Vakuum-Hoch-
Band und Walzenoberfläche ein Gas eingelassen.
ratebeschichtung.
34
6 Wärmeübergangskoeffizient und resultierender Prozessraumdruck in Abhängigkeit vom Gasdruck unter dem Band
200 1E-4 150
100
1E-5
50
1E-6
0 0
20
40
60
80
Gasdruck für Spaltraum [mbar]
Prozessraumdruck [mbar]
während des Betreibens der Gaskühlwalze aufrecht erhalten
2
Wärmeübergangskoeffizient [W/m²K]
Die Messungen der Wärmeübergangskoeffizienten erbrachten
Kontakt Dr. Jens-Peter Heinß Telefon +49 351 2586-244
35
1
22
3
Erfolgreiche Inaktivierung von Mikroorganismen in der Wirbelschicht
4
5 Wirbelschichtverfahren zur Herstellung von Granulaten Sprühen
Aufziehen
Verfestigen
fertiges Granulat
Gefördert aus Mitteln der
1 Wirbelgut während der
Europäischen Union und
UVC-Bestrahlung
des Freistaates Sachsen.
2 Wirbelschichtanlage
Förderkennzeichen: 13344/2269
UVC-Strahlung
3 Schwarzschimmel (Aspergillus niger)
Im Ve r bundf o rs ch u n g s p ro j e k t » E B -CI P « (El ec tron Beam – C l eani ng I n Pl ac e) wurden s ei t 2008 zusam m en
Projekt:
4 Backhefe (Saccharomyces
m it de r GL AT T S ys te m te c h n i k G m b H s trahl eni nduz i erte Proz es s e i n W i rbel s c hi c htanl agen untersucht .
»EB-CIP (Electron Beam – Clea-
cerevisiae)
ning in Place)«
UVC-Strahlung Sprüh- Keime / tropfen Pulver
verfestigte Schale
Zwiebelstruktur
Projektpartner:
Medizinische und pharmazeutische Produkte unterliegen
inaktivem Hefepulver zu erhalten. Durch ständige UVC-Bestrah-
strengen Anforderungen an ihre Produktqualität und ihre
lung während des Granulierens im Wirbelprozess werden die
mikrobiologische Reinheit. Daher müssen bereits die ein-
Mikroorganismen innerhalb kurzer Zeit abgetötet. Unbestrahlte
gesetzten Rohmaterialien, meist in Form von Granulaten, völlig
Granulate und Granulate, die im Wirbelverfahren einer Tem-
Laufzeit:
keimfrei sein. In einem durch das Sächsische Staatsministerium
peratur von 100 °C ausgesetzt waren, weisen eine wesentlich
Oktober 2008 – Dezember 2011
für Wissenschaft und Kunst (SMWK) geförderten Verbund-
höhere Zahl unerwünschter aktiver Zellen auf (Abb. 6). In der dritten Versuchsphase wurde Schwarzschimmel (Aspergil-
pharmazeutisches Wirbelgut von schädlichen Mikroorganismen
lus niger), welcher auf pulverförmiges Dicalciumphosphat-
zu befreien.
Dihydrat aufgebracht wurde, bestrahlt. DicalciumphosphatDihydrat ist ein wichtiges Ausgangsmaterial in der Pharma- und
In einer Wirbelschichtanlage (Abb. 2) wird das Pulver während
Lebensmittelindustrie. Eine Keimreduktion durch Wärme kommt
des Granulierungsprozesses mit UVC-Strahlung (254 nm)
nicht infrage, da bei Temperaturen von über 60 °C Kristallwasser
bestrahlt, sodass die einzelnen Schichten des in Zwiebel-Struktur
aus dem Dihydrat abgespalten wird und es damit minderwertig
aufgebauten Granulates (Abb. 5) keimfrei aufwachsen.
und unbrauchbar wird. Durch UVC-Bestrahlung konnte die Anzahl der lebenden Mikroorganismen innerhalb von nur
In der ersten Versuchsphase wurde zunächst die Wirkung von
4 Minuten um rund 98 Prozent gesenkt werden (Abb. 7), ohne
UVC-Strahlung auf einen Probeorganismus, den Pilz Saccha-
dass ein wärmebedingter Qualitätsverlust eintrat.
romyces cerevisiae (auch als Backhefe bekannt), untersucht. Bereits nach 5 Sekunden Bestrahlung waren alle Pilze abgetötet
Die durchgeführten Versuche zeigen, dass das im Verbund-
(Überlebensrate 0 %).
projekt entwickelte Anlagenkonzept geeignet ist, um keimfreie Granulate im Wirbelschichtverfahren herzustellen. Die
In der zweiten Versuchsphase wurde organisches Maltodex-
angewandte UVC-Strahlung wirkt dabei jedoch nur auf der
trinpulver mit einer Suspension aus Backhefe als Kontami-
Oberfläche. In weiteren Versuchen sollen Elektronenstrahlen
nationsträger besprüht. Ziel war es, ein Granulat mit einem
eingesetzt werden, um auch tieferliegende Keime zu entfernen.
Maltodextrinkern und Zwiebelschalen-ähnlichen Schichten aus 36
Fraunhofer FEP
Zellzahl pro Gramm Granulat
Fraunhofer FEP ein neues Anlagenkonzept entwickelt, um
6 Inaktivierung der Hefezellen im Granulationsprozess
bestrahlt
unbestrahlt
100 °C
7 Bestrahlung von mit Schwarzschimmel verunreinigtem Dicalciumphosphat-Dihydrat Lebende Zellen pro Gramm
projekt mit der Firma GLATT Systemtechnik GmbH wurde am
Glatt Systemtechnik GmbH
Kontakt
800 700 600
unbestrahlt
500
UVC-bestrahlt mit 1400 W
400
Christoph Kleemann Telefon +49 351 2586-479
300 200 100 0
André Weidauer 0
2
4
6
Zeit [min]
8
10
12
Telefon +49 351 2586-164
37
1
2
3
CdTe-Dünnschichtphotovoltaik im Fraunhofer FEP
des CdTe-Absorbers und zur optimalen Chlorbehandlung
Gefördert aus Mitteln der
1 Für Messzwecke segmen-
hinsichtlich der Rekristallisation, der verstärkten p-Dotierung
Europäischen Union und
tierte Solarzelle
der Absorberschicht und der Überwindung der Gitterfehl-
des Freistaates Sachsen.
2 In-line Beschichtungsan-
anpassung von Fenster- und Absorbermaterial. Darüber hinaus
Förderkennzeichen: 14549/2533
lage CATE
beeinflusst die Chloraktivierung auch die Eigenschaften der
3 CdTe-Prozesskette an der
Das Fraunhofer FEP entwickelt bereits seit vielen Jahren unterschiedliche Einzelschichten für photovoltaische
CdS-Fensterschicht und der Pufferschicht zwischen TCO
in-line Beschichtungsanlage
Anwendungen. Durch ein Verbundprojekt mit der Roth & Rau AG steht nun erstmals die komplette Prozess-
und Fensterschicht. Die Oberflächeneigenschaften der TCO-
CATE
technologie für Dünnfilm-Solarzellen im Hause zur Verfügung. Mit neuer Anlagentechnik, kombiniert mit ana-
Schichten üben einen weiteren Einfluss auf die Morphologie
Arbeitsdruck:
lytischer Prozessbegleitung, werden komplette Cadmiumtellurid-Solarzellen hergestellt und weiterentwickelt.
der CdS-Fensterschicht aus. Das Verständnis für die sich in komplexer Weise gegenseitig beeinflussenden Eigenschaften
Cadmiumtellurid (CdTe) -basierte Solarmodule kombinieren die
marktübliches, mit fluordotierten Zinnoxidschichten vorbe-
konnte nur schrittweise durch umfangreiche analytische
Vorteile einer hohen Effizienz mit niedrigen Produktionskosten
schichtetes Substratglas in die Untersuchungen einbezogen.
Untersuchungen erlangt werden (vgl. benachbarten Artikel:
durch einen schnellen Dünnfilm-Beschichtungsprozess. Sie sind
Die Beschichtung der Substrate mit der CdS-Fensterschicht
»Charakterisierung von CdTe-Dünschichtsolarzellen« von
deshalb besonders attraktiv für die industrielle Umsetzung. Mit
und der CdTe-Absorberschicht erfolgt nach dem CSS
Dr. Olaf Zywitzki).
einem durch die EU und dem Freistaat Sachsen geförderten
(close-spaced sublimation)-Verfahren durch sublimierende
Verbundprojekt mit der Roth & Rau AG wurde der Weg zum
Verdampfung der Materialien in der in-line Beschichtungsan-
Zur Evaluierung der Zelleigenschaften stehen ein I-V-Messplatz
Aufbau der kompletten Prozesstechnologie zur Herstellung
lage »CATE« (Abb. 3). Die Beschichtungsanlage besitzt eine
mit Sonnensimulator und ein Quanteneffizienzmessplatz zur
von CdTe-basierten Solarzellen in der Superstrat-Konfiguration
Einschleusungskammer, eine Aufheizkammer für das Substrat,
Verfügung. Die Arbeiten ermöglichen eine kontinuierliche
in einer Größe von 10 cm × 10 cm auf Glassubstraten be-
zwei CSS-Bedampfungskammern zur CdS- und CdTe-
Steigerung der Solarzelleneffizienz. Zum gegenwärtigen
schritten (Abb. 1).
Abscheidung, eine Ein- oder Ausschleusungskammer sowie
Zeitpunkt konnte ein Wirkungsgrad von 13,0 Prozent (mit
eine Kammer zur Aktivierung der Schichten durch chlorhaltige
Goldrückkontakt) nachgewiesen werden.
Die im Fraunhofer FEP umgesetzte prozesstechnologische
Gasgemische. Zur Temperaturführung der Substrate ist die
Kette beinhaltet die Abscheidung des transparenten
gesamte Anlage mit Strahlungsheizern ausgestattet.
Frontkontaktes, die Abscheidung der Cadmiumsulfid (CdS)-
1 × 10-3 mbar Substrattemperatur: 500 … 520 °C Dynamische Beschichtung: 0,5 … 1,5 m/min Substratgröße: 10 × 10 cm²
Mit der Umsetzung der kompletten CdTe-Prozesskette kann das Fraunhofer FEP einen hohen fachlichen Gewinn an Kom-
Fensterschicht und der nachfolgenden CdTe-Absorberschicht,
Die Aktivierung der Absorberschicht und des Heteroübergangs
die an ihrer Grenzfläche den Heteroübergang ausbilden, die
erfolgt sowohl durch klassische nasschemische Behandlung als
Chloraktivierung, die Telluranreicherung am Übergang zur
auch durch eine Trockenprozessierung in der Chlor-Behand-
Rückkontaktschicht und die Abscheidung der Rückkontakt-
lungskammer der »CATE«. Im laufenden Forschungsbetrieb
schicht.
werden zur rückseitigen Kontaktierung Goldkontakte mit
petenz auf dem Gebiet der Dünnfilm-Photovoltaik verbuchen.
temporärer Funktionalität verwendet. Parallel dazu erfolgen Die Abscheidung von Indium-Zinn-Oxid- und Zinkoxid-basier-
Arbeiten zur Entwicklung eines Antimontellurid (SbTe) -basier-
ten TCO (transparent conductive oxide)-Frontkontaktschichten,
ten Rückkontaktsystemes.
Kontakt
und von Pufferschichten zur Anpassung der elektronischen
Inhaltliche Schwerpunkte der Projektarbeit sind Unter-
Dr. Henry Morgner
Struktur erfolgen unter Nutzung der Pulssputtertechnologie
suchungen zu dünneren und damit weniger absorbierenden
Telefon +49 351 2586-209
an der in-line Versuchsanlage ILA 750. Alternativ wird auch
CdS-Fensterschichten, zur Reduzierung der Schichtdicke
von Barriereschichten zur Stabilisierung der Glasoberfläche
38
39
1
2
3
Magnetron-PECVD-Abscheidung von amorphen und mikrokristallinen Siliziumschichten
4
1 Dünnschicht-Solarzelle
Durch die Verwendung der Prekursoren Monosilan und
Gefördert aus Mitteln der
Wasserstoff können intrinsische amorphe (a-Si:H) und mikro-
Europäischen Union und
2 Cluster 300 Versuchsanlage
kristalline (µc-Si:H) Siliziumschichten abgeschieden werden, die
des Freistaates Sachsen.
für das stationäre Magnetron-
beispielsweise in der Dünnschichtphotovoltaik als Absorber-
Förderkennzeichen: 12896/2155
sputtern
3 Plasma eines Ring-Magnet-
material Anwendung finden (Abb. 1).
A m or phe S iliz i u ms c h i ch te n fi n d e n An we n dung i n der D ünns c hi c htphotov ol tai k oder al s M ateri al f ür Dünn-
Um das Potential des Prozesses für diese Anwendung zu
[1]
sc hic ht t r a nsis to re n . M a g n e tro n -a k ti v i e rte PEC VD -Proz es s e ermögl i c hen i hre A bs c hei dung mi t h oher Rat e
evaluieren, erfolgte eine Versuchsserie in einer Laboranlage mit
Hexamethyldisiloxan
und a uf groß e r F l ä c h e .
dem Doppel-Ring-Magnetron DRM 400. Die bisher erreichten
[2]
Schichteigenschaften sind in Abbildung 5 dargestellt. Die
Tetraethylorthosilikat
HMDSO:
TEOS:
rons
4 Doppel-Ring-Magnetron DRM 400
amorphen Schichten verfügen über eine hohe PhotoBeim Magnetron-PECVD-Prozess handelt es sich um einen
verwendet wurde, ist in Abbildung 6 schematisch dargestellt.
empfindlichkeit (Hellleitfähigkeit / Dunkelleitfähigkeit). Die
PECVD-Prozess (Plasmachemische Dampfphasenabscheidung)
Der Einsatz eines Magnetrons als Plasmaquelle ermöglicht es,
bisher besten amorphen Schichten wurden mit Raten ab-
bei dem als Plasmaquelle eine Magnetron-Sputterquelle einge-
den PECVD-Prozessdruck in den Bereich von Sputterprozessen
geschieden, die bis zu fünfmal höher als bei PECVD-Prozessen
setzt wird. 2008 berichteten wir erstmals über diese neue Be-
abzusenken. Dadurch lässt sich der PECVD-Prozess leichter
mit anderen Plasmaquellen sind. Der Wasserstoffgehalt und
schichtungstechnologie, im darauffolgenden Jahr erfolgte die
mit Sputterprozessen kombinieren. Außerdem benötigt die
der Mikrostrukturparameter (Maß für Bindungsverhältnisse) be-
erste Überführung einer Anlage in die industrielle Produktion.
Technologie keine aufwändige Impedanzanpassung wie beim
dürfen jedoch der weiteren Optimierung. Erste mikrokristalline
Als Prekursoren für die Schichtbildung wurden bisher silizium-
HF-PECVD. Zur Beschichtung von großen Flächen im industriel-
Siliziumschichten mit einem kristallinen Anteil von 70 Prozent
len Maßstab ist eine Aufskalierung der Technologie nötig.
konnten ebenfalls hergestellt werden.
haltige organische Monomere wie HMDSO
[1]
oder TEOS
[2]
eingesetzt. Der prinzipielle Aufbau des Magnetron-PECVD-
Magnetronquellen von 2 Metern mit homogener Plasmaver-
Prozesses mit einer Doppel-Ring-Magnetron-Sputterquelle
teilung sind bereits kommerziell erhältlich, sodass diese Techno-
Die hohe Beschichtungsrate und die bisher erreichten Schicht-
(DRM 400, siehe Abb. 4), wie er für die Entwicklungsarbeiten
logie für die Großflächenbeschichtung eingesetzt werden kann.
eigenschaften für amorphes Silizium sowie die Möglichkeit auch mikrokristalline Schichten abzuscheiden, machen den Prozess für die Dünnschichtphotovoltaik interessant.
5 Schichteigenschaften von amorphem (a-Si:H) und mikrokristallinem (µc-Si:H) Silizium Eigenschaften a-Si:H
Fraunhofer FEP Probe (Ωcm)
Literaturwert
-1
< 1,0 × 10-10 (Ωcm)-1
-1
Dunkelleitfähigkeit
2,9 × 10
Hellleitfähigkeit
1,0 × 10 (Ωcm)
> 1,0 × 10 (Ωcm)
2,5 × 105
> 1,0 × 105
21,2 at. %
9 … 11 at. %
0,6
< 0,1
Hellleitfähigkeit / Dunkelleitfähigkeit Wasserstoffgehalt Mikrostrukturparameter R* Bandlücke (Tauc-Methode) Beschichtungsrate Eigenschaften µc-Si:H
-12 -6
-5
2,0 eV
1,8 eV
2,7 nm/s
0,5 nm/s
Fraunhofer FEP Probe
Literaturwert
Kristalliner Anteil
70 %
60 … 80 %
Beschichtungsrate
1,2 nm/s
0,4 nm/s
40
6 Prinzip des Magnetron-PECVD
-1
Einlass von SiH4, H2 und Ar
Substrat
Außentarget (rot) Innentarget (grün)
Kontakt Pierre Pötschick
Flansch
Telefon +49 351 2586-377
Dr. Hagen Bartzsch Pulsgenerator DC-Stromversorgung UBS-C2
Telefon +49 351 2586-390
41
1
2
3
4
2.0kV 1.6mm x 50.0k SE(U)
PolAR: Nanometerstrukturen auf Quadratmeter-Flächen
1.00 µm
2.0kV 2.6mm x 50.0k SE(U)
1.00 µm
Mit den DMS-Quellen konnte auf Polyethylenterephtalat
Förderung:
1 Rolle-zu-Rolle Anlage
(PET) -Folie mit einer Produktivität (Bandgeschwindigkeit) von
Bundesministerium für Wirtschaft
coFlex® 600
0,5 m/min pro Station eine Entspiegelung erreicht werden.
und Technologie
2 Links: Entspiegelung der
In Abbildung 6 ist zu erkennen, dass der Entspiegelungsgrad
Folie durch PolAR-Prozess;
einer im PolAR-Prozess entspiegelten Folie mit dem eines
Projekt:
Rechts: unbehandelte PET-
N a nost r uk t uri e rte O b e rfl ä ch e n we rd e n gewöhnl i c h mi t D i mens i onen v on höc hs tens ei ni gen Q uadr at zent i-
4-Schicht-Interferenzsystems vergleichbar ist. Außerdem
»Förderung von innovativen
Folie
m e t e r n a ssozi i e rt. I m R a h m e n d e s P ro j e kts Pol A R [1] (Pol y mere O berfl äc hen mi t A nti -Refl ex Ei ge nschaf t en)
konnte gezeigt werden, dass sich der Prozess sehr universell
Netzwerken« (Innonet),
3 REM-Aufnahme einer un-
w urde e ine Te ch n o l o g i e zu r H e rs te l l u n g g roßfl äc hi ger nanos trukturi erter Pol y mer-O berfl äc hen e nt w ickelt .
für verschiedene Materialien anpassen lässt. So konnten Folien
Förderkennzeichen: 16IN0723
behandelten PET Folie
4 REM-Aufnahme einer mit
aus Triacetatzellulose (TAC), Fluorpolymer-Folien (ETFE) bis hin zu verschiedenen Kundensubstraten mit dem Verfahren
Projektpartner:
[1]
Nanostrukturierte Oberflächen können Produkten völlig neue
dem die selbstorganisierende Entstehung von Nanostrukturen
Eigenschaften, beispielsweise in Hinsicht auf Optik oder
auf polymeren Oberflächen bei Ionenbeschuss ausgenutzt
Fraunhofer FEP
Oberflächenenergie verleihen. Leider bieten viele Verfahren,
wird. Mit dem Verfahren können ohne die sonst üblichen
TU Dresden
mit denen solche Oberflächen erzeugt werden können, kaum
Lithographie- oder Replikationsschritte nanostrukturierte Ober-
Möglichkeiten für eine Massenproduktion.
flächen erzeugt werden. Für die Prozessrealisierung wird eine
entspiegelt werden.
Fraunhofer IOF
Beschuss der Oberfläche mit Ionen gewährleistet.
sehr effizient beschichten. Dabei wird die Folie in Form von
Informationstechnik, Institut
5 Schema der Rolle-zu-Rolle Anlage coFlex 600
über Prozessstationen beschichtet. Abbildung 5 zeigt eine
sung des Strukturierungsprozesses für Bandbeschichtungsan-
derartige Rolle-zu-Rolle Anlage zur Beschichtung von Kunst-
lagen eine einzigartige Möglichkeit entsteht, nanostrukturierte
stofffolien am Fraunhofer FEP, die coFlex 600.
Oberflächen auf großen Flächen zu erzeugen. Es wird jedoch eine Plasma- oder Ionenquelle benötigt, die mit ausreichender
Die Rolle mit Substratfolie wird auf die Abwickel-Welle
Produktivität die Prozessübertragung ermöglicht, die sich
platziert. Über das Bandlaufwerk wird die Folie durch die sechs
günstig in Bandlaufanlagen installieren lässt und über eine Pro-
Prozessstationen transportiert und kommt anschließend auf
zessdauer von mehreren Stunden eine stabile Prozessführung
dem Aufwickel an. In den Prozessstationen sind Dual-Mag-
ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wurde das
netron-Systeme (DMS) installiert. Je nach Belegung können
Projekt PolAR ins Leben gerufen. Primäre Anwendung war da-
damit bis zu sechs Schichten durch Magnetron-Sputter- oder
bei die Ausrüstung der Folie mit Entspiegelungs-Eigenschaften.
Magnetron-PECVD-Verfahren in einem Durchlauf auf die Folie
Ein Dual-Magnetron-System konnte im Rahmen des Projektes
aufgebracht werden. Die Folienbreite beträgt dabei 600 mm
als geeignete Quelle identifiziert werden. Quellen dieser Art
und typische Längen der Rollen können einige Kilometer
werden gewöhnlich zum Beschichten eingesetzt. Durch eine
betragen. Damit können in der Anlage große Flächen ohne
Prozessführung in sauerstoffreicher Atmosphäre kann die
Vakuumunterbrechung beschichtet werden.
Schichtentstehung jedoch unterdrückt und der Ionenbeschuss des Substrates deutlich erhöht werden, was durch plasma-
Am Fraunhofer IOF Jena wurde ein Verfahren
[2]
42
entwickelt, in
Aufwickler
Southwall Europe GmbH Island Polymer Industries
diagnostische Untersuchungen nachgewiesen werden konnte.
GmbH Leica Microsystems GmbH Rodenstock GmbH
DualMagnetronQuellen
SeeReal Technologies GmbH Roth & Rau Microsystems GmbH NOWOFOL Kunststoffprodukte GmbH & Co. KG Johnson Controls GmbH
6 Reflexionsspektren der PET-Folien [2] 20 PET unbehandelt beidseitige 4-Schicht Entspiegelung beidseitige Entspiegelung durch PolAR-Prozess
15
Reflexion [%]
Aus den Vorbetrachtungen wird ersichtlich, dass durch Anpas-
®
für Festkörperelektronik Abwickler Folie
Rollenmaterial in die Anlage eingebracht und beim Transport
PET-Oberfläche
Fakultät Elektrotechnik und ®
Plasma- oder Ionenquelle benötigt, die einen gleichmäßigen Bekanntlich lassen sich Polymerfolien in Rolle-zu-Rolle Anlagen
PolAR-Technologie geätzten
DE 10 2006 056 578 A1
Kontakt Dr. Matthias Fahland Telefon +49 351 2586-135
10
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0 350
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750
Wellenlänge [nm]
800
850
Waldemar Schönberger Telefon +49 351 2586-139
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1
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Wirksamkeitsstudie zur Bioresonanztherapie
3a
3b
gen vorgesehen, um die Anregungsfrequenzen individuell auf
1 Untersuchte Bioresonanz-
den Zelltypus und das therapeutische Einsatzfeld einzustellen.
geräte
2 Biomedizinische LaborDer Bedarf nach objektiven Messungen alternativmedizinischer
einheit im Fraunhofer FEP
Verfahren spiegelt sich in der großen Resonanz auf Veröffent-
3 Mikroskopische Auf-
D ie Biore sona n zth e ra p i e i s t e i n e a l te r n a ti v medi z i ni s c he M ethode der phy s i kal i s c hen M edi z i n deren W ir k-
lichungen dieser Pilotstudie wider. Aus dem asiatischen Raum,
nahme der Keratinozyten;
sa m k e it , übe r e i n e n P l a ce b o e ffe k t h i n a u sgehend, bi s l ang j edoc h noc h ni c ht nac hgewi es en werden konnt e.
wo die physikalische Medizin eine lange Tradition hat, kamen
100-fache Vergrößerung
In de r biom e d i z i n i s c h e n L a b o re i n h e i t d e s F raunhofer F EP konnten nun auf z el l bi ol ogi s c her Ebene Einf lüsse
bereits Anfragen japanischer Firmen. Die Vereinigung zur
a) vor der Bioresonanz-
ge m e sse n w e rd e n .
Förderung der Schwingungstherapie e. V. sieht die Studie als
therapie
wichtigen Meilenstein für eine gezielte Weiterentwicklung
b) nach der Bioresonanz-
dieser Therapierichtung.
therapie
sierende Schwingungen zum Einsatz kommen, wird bereits
moderate Vorschädigung mit Cycloheximid erreicht wurde.
in der physikalischen Medizin angewendet. Einige klinische Heilerfolge konnten dabei, insbesondere bei Schilddrüsen-
Die Untersuchungen zeigen, dass harmonisierende Schwingun-
erkrankungen, verzeichnet werden. Dennoch fehlt bislang ein
gen die Stoffwechselaktivität von gesunden Bindegewebszellen
klarer wissenschaftlicher Wirkungsnachweis, der Placebo-
um bis zu 8 Prozent und die von vorgeschädigten Binde-
effekte ausschließt. Untersuchungen mit Zellkulturen haben
gewebszellen um bis zu 4 Prozent steigern können (Abb. 4). Die
den großen Vorteil, dass Placeboeffekte nicht möglich sind.
Messung der Stoffwechselaktivität von hornbildenden Zellen (Keratinozyten) ergab bislang nur unspezifische Werte. Interes-
Im Rahmen einer Pilotstudie wurden daher in unserer bio-
sante Resultate zeigen sich für diesen Zelltyp hingegen bei der
medizinischen Laboreinheit Testmodelle entwickelt, um den
Reparatur der Zellen: Sowohl geschädigte als auch gesunde
Einfluss harmonisierender Schwingungen verschiedener Bio-
Keratinozyten zeigen eine signifikant gesteigerte Aktivität bei
resonanzgeräte (Abb. 1) auf spezifische biologische Vorgänge
der Zellteilung, je nach Bioresonanzgerät von bis zu 44 Prozent
in Zellkulturen zu untersuchen. Zellveränderungen, wie eine
(Abb. 5). Bei den Bindegewebszellen war eine Aktivierung der
Stimulation des Zellstoffwechsels und der Zellzyklusaktivität,
Zellteilung in wesentlich schwächerem Maße zu beobachten
geben dabei Auskunft über eine revitalisierende bzw. heilende
(ca. 10 %). Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass sich
Wirkung der Schwingungen.
durch die Behandlung die Morphologie beider Zelltypen nicht verändert hat (Abb. 3a / b), es also keine Hinweise auf negative
Um den Einfluss auf verschiedene Gewebearten zu ermitteln,
Nebenwirkungen der Schwingungen gibt.
wurden zwei Zelllinien verwendet: menschliche Bindegewebszellen (humane Fibroblasten) und menschliche hornbildende
In den Versuchen konnte gezeigt werden, dass Messungen der
Zellen (humane Keratinozyten aus dem Epithelgewebe). Da
Stoffwechselaktivität und der Teilungsaktivität der Zellen sehr
Keratinozyten Epithelzellen aus der Schilddrüse ähnlich sind,
gut geeignet sind, um den Einfluss von harmonischen Schwin-
lassen sich korrelative Schlüsse auf die Beeinflussung der
gungen auf in vitro-Zellkulturen zu untersuchen. Auch wurde
Schilddrüsenfunktion durch die Schwingungen ziehen. In den
gezeigt, dass verschiedene Gewebearten unterschiedlich auf
Tests wurde die Wirkung verschiedener Bioresonanzgeräte auf
die Schwingungen reagieren. Hier sind weitere Untersuchun-
44
4 Änderung der Stoffwechselaktivität gesunder und vorgeschädigter Bindegewebszellen (Fibroblasten) relative Zellstoffwechselaktivität Amet,rel (Amet,Probe/Amet,Kontrolle )
gesunde und auf vorgeschädigte Zellen untersucht, wobei eine
9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0%
Gerät 1 gesund
Gerät 2 vorgeschädigt
5 Steigerung der Zellzyklusaktivität gesunder und vorgeschädigter hornbildender Zellen (Keratinozyten) relative Aktivität der Zellzyklusphase G2 / M Acycl,rel (Acycl,Probe/ Acycl,Kontrolle )
Die Bioresonanztherapie, bei der organspezifische harmoni-
50 % 40 % 30 %
Kontakt
20 % 10 % 0%
Gerät 1 gesund
Gerät 3 vorgeschädigt
Dr. habil. Christiane Wetzel Telefon +49 351 2586-165
45
1
2
3a
Charakterisierung von CdTe-Dünnschichtsolarzellen
3b
3c
detailliert untersucht werden. Abbildung 3a zeigt nach
Gefördert aus Mitteln der
1 Feldemissions-Rasterelek-
Aktivierung bei niedriger Temperatur eine ca. 100 nm dünne
Europäischen Union und
tronenmikroskop
homogene und geschlossene CdS-Schicht ohne erkennbare
des Freistaates Sachsen.
2 FE-REM Abbildung einer
Porosität. Bei höherer Aktivierungstemperatur wird zuerst ein
Förderkennzeichen: 14549/2533
CdTe-Dünnschichtsolarzelle
CdS-Kornwachstum beobachtet und es entstehen erste Poren
3 Hochauflösende FE-REM
U nt e r suc hung e n m i t h o ch a u fl ö s e n d e r Fel demi s s i ons -Ras terel ektronenmi kros kopi e erl auben ein besseres
innerhalb der CdS-Schicht (Abb. 3b). Nach weiterer Erhöhung
Abbildungen der Grenz-
Ve r st ä ndnis z u m E i n fl u s s d e r P ro z e s s p a rameter auf Struktur, G efüge und G renz fl äc hen v on CdTe- Dünn-
der Aktivierungstemperatur wird dann eine ausgeprägte
fläche TCO / CdS / CdTe nach
sc hic ht sola r z e l l e n u n d k ö n n e n d a d u rch e i nen wi c hti gen Bei trag z ur Erhöhung des W i rkungs grades leist en.
Agglomeration der CdS-Schicht festgestellt und es kann eine
verschiedenen CdCl2-Aktivie-
Schwefeldiffusion in die CdTe-Absorberschicht nachgewiesen
rungsbehandlungen
werden (Abb. 3c).
a) homogene, geschlossene
Eine typische CdTe-Solarzelle besteht aus einem Schichtstapel,
weist eine optimierte CdTe-Absorberschicht eine Blockstruktur
der in der sogenannten Superstrat-Konfiguration in der Art
mit lateraler Kristallitgröße von 1 … 2 µm ohne erkennbare
Hochauflösende FE-REM Untersuchungen tragen somit zu
b) CdS-Kornwachstum mit
aufgebaut ist, dass der Lichteinfall über die Floatglasseite
Porosität an den Korngrenzen auf. Innerhalb der Kristallite
einem besseren Verständnis des Einflusses der Prozessparame-
beginnender Agglomeration
erfolgt. Unterhalb des Glases befindet sich ein transparent,
treten als Gitterfehler einige Zwillinge auf. An der Oberfläche
ter auf Gefüge und Grenzflächen der CdTe-Solarzellen bei und
und Porenbildung
leitfähiges Oxid (TCO) als Frontkontakt, eine etwa 100 nm
der CdTe-Schicht ist als grauer Streifen eine tellurreiche Deck-
helfen dadurch den Wirkungsgrad der Solarzellen zu erhöhen.
c) ausgeprägte CdS-Agglo-
dünne, n-leitende CdS-Schicht, eine 3 bis 4 µm dicke, p-lei-
schicht zu erkennen, welche für eine bessere Ankopplung an
tende CdTe-Absorberschicht und ein metallischer Rückkontakt
den metallischen Rückkontakt benötigt wird.
(Abb. 4).
CdS-Schicht
meration und Porenbildung
4 Aufbau einer CdTe-Dünnschichtsolarzelle (Superstrat-Konfiguration)
Ein sehr wichtiger Prozessschritt bei der Herstellung von CdTeFür die Charakterisierung des Gefüges und der Grenzflächen
Solarzellen ist die CdCl2-Aktivierung. Während der Aktivierung
zwischen den Schichten werden polierte Querschnitte der
laufen simultan mehrere Prozesse ab, welche wesentlich den
Solarzellen mit Hilfe einer Ionenpräparation hergestellt. Die
Wirkungsgrad der Solarzelle beeinflussen. So wird durch die
Abbildung erfolgt dann durch hochauflösende Feldemissions-
Aktivierung die p-Leitung innerhalb der CdTe-Schicht etabliert
Rasterelektronenmikroskopie (FE-REM, Abb. 1). Dabei können
oder verbessert. Außerdem treten durch die Aktivierung Korn-
eine Vielzahl von verschiedenen Signalen mit unterschiedlichen
wachstum, Rekristallisation und Diffusionsprozesse auf, welche
Informationsgehalten über die Probe detektiert werden. Das
die Ausbildung der n-leitenden CdS-Schicht beeinflussen.
Floatglas
untersucht werden, während Gebiete unterschiedlicher
Die CdS-Schicht absorbiert aufgrund ihrer Bandlücke von
TCO Frontkontakt
chemischer Zusammensetzung im Ordnungszahlkontrast zu
2,4 eV einen Teil des Sonnenlichtes im kurzwelligen Bereich
erkennen sind. Verschiedene Dotierungen können dagegen im
und sollte für einen hohen Photostrom deshalb so dünn wie
Potentialkontrast abgebildet werden.
möglich sein. Gleichzeitig ist eine minimale CdS-Schichtdicke
Gefüge der Schichten kann im Kristallorientierungskontrast
notwendig, um die Eigenschaften des p-n-Überganges für Als Beispiel zeigt die FE-REM-Aufnahme (Abb. 2) den
eine hohe offene Klemmspannung aufrechtzuerhalten. Durch
ionenpolierten Querschnitt einer vollständig prozessierten
hochauflösende FE-REM Untersuchungen von ionenpräparier-
CdTe-Solarzelle. Die Kristallite der einzelnen Schichten sind
ten Querschnitten können Veränderungen der Ausbildung der
sehr gut im Kristallorientierungskontrast zu erkennen. So
CdS-Schicht in Abhängigkeit von den Aktivierungsparametern
46
n-CdS
p-CdTe Absorberschicht
Kontakt Dr. Olaf Zywitzki
Metallischer Rückkontakt
Telefon +49 351 2586-180
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H ighlights
highlights
HIGHLIGHTS
Königlicher Besuch im Fraunhofer-Institutszentrum Dresden I 50 Dresdner Lange Nacht der Wissenschaften 2011 I 52 Die Fraunhofer Lounge – Entspannen, Unterhalten, Begegnen I 54 Fraunhofer-Talent-School Dresden I 56 3. Grundlagenseminar Reinigungstechnik – Reinigung in der Produktion I 58 Internationale Konferenzen, Symposien und Messen I 60
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49
1
2
3
Königlicher Besuch im FraunhoferInstitutszentrum Dresden
4
Wissenschaftlern einen Rahmen zum gegenseitigen Austausch.
1 Kronprinz Willem-
Grenzüberschreitende europäische Cluster und die Unter-
Alexander bei seiner Rede
stützung zum Wissensaustausch haben zum Ziel, die Wett-
im Fraunhofer FEP
bewerbsposition deutscher und niederländischer Unternehmen
2 Die niederländische
und Forschungseinrichtungen im globalen Wettbewerb zu
Königsfamilie verfolgt
D e r Be suc h v o n K ö n i g i n B e a tri x d e r Ni e derl ande, Kronpri nz W i l l em-A l ex ander v on O rani en und Kronpr in-
stärken und Entwicklungen zur Nutzung erneuerbarer Energie-
interessiert die deutsch-
z e ssin Má x ima d e r N i e d e rl a n d e i m R a h men des »D utc h-G erman Semi nar on Energy I nnov a t ions« am
quellen zu beschleunigen. Im Rahmenprogramm des Seminars
niederländische Tagung
14. A pr il im F ra u n h o fe r-I n s ti tu ts z e n tru m war s i c herl i c h ei n bes onderes H i ghl i ght des Jahres 20 11.
organisierte die industrielle Verbundinitiative erneuerbare Ener-
3 Der sächsische Minister-
gien Sachsen (eesa) daher zudem ein deutsch-niederländisches
präsident Stanislaw Tillich
Netzwerk-Treffen.
mit seiner Frau auf dem
Der zweite Staatsbesuch von Königin Beatrix der Niederlande in
Kronprinz Willem-Alexander, der sich seit langem für den Aus-
Deutschland unterstreicht die besondere Bedeutung deutsch-
bau erneuerbarer Energien engagiert, hielt am Fraunhofer-Insti-
Bei einer Laborführung stellten die Fraunhofer-Institute, das
4 Königin Beatrix hinter-
niederländischer Beziehungen auf politischer und wirtschaftli-
tutszentrum einen Vortrag auf der Tagung »Dutch-German Se-
Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik
fragte mit großem Interesse
cher Ebene. Nach ihrem ersten Staatsbesuch 1982 in den alten
minar on Energy Innovations – Connecting PV Industries from
FEP, das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und
die vorgestellten Solar-
Bundesländern, reiste Königin Beatrix nun in Begleitung von
Saxony and the Netherlands«. Er appellierte an niederländische
Systeme IKTS und das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und
innovationen
Kronprinz Willem-Alexander und Kronprinzessin Máxima der
und deutsche Experten aus Wissenschaft und Wirtschaft, sich
Strahltechnik IWS, ihre Aktivitäten in den Material- und
Niederlande erneut nach Deutschland, um die wirtschaftlichen
gemeinsam über Unternehmens- und Landesgrenzen hinweg
Energietechnologien vor. Das Fraunhofer FEP präsentierte seine
Beziehungen zwischen beiden Ländern zu stärken und sich ein
für einen weiteren Ausbau erneuerbarer Energien einzusetzen.
Großanlagen zur Vakuumbeschichtung und stellte Projekte
Bild von den Entwicklungen Deutschlands seit der Wiederver-
Der niederländische Kronprinz mahnte, vor allem mit Blick auf
vor, bei denen großflächig mit hohen Geschwindigkeiten
einigung zu machen.
die Naturkatastrophe in Japan und das Reaktorunglück von
Dünnschichtsysteme für komplette Solarzellen im Vakuum
Nach einem Empfang durch Bundespräsident Christian Wulff
Fukushima, die gewaltigen Kräfte der Natur zu respektieren.
aufgebracht werden. Auch andere Arbeiten aus dem Bereich
auf Schloss Bellevue, einem Mittagessen mit Bundeskanzlerin
Es habe sich aber auch gezeigt, wie wichtig es sei, den Anteil
Umwelt und Energie, wie die Prozess- und Schichtentwicklung
Angela Merkel, Besuchen des Brandenburger Tors und des Ber-
von Wind, Sonne und Wasser bei der Energieerzeugung zu
für weitere Technologien zur Nutzung regenerativer Energie-
liner Fernsehturms sowie einer Bootsfahrt auf der Spree, wurde
steigern und die Kräfte der Natur zum Vorteil zu nutzen. Eine
quellen sowie zur Speicherung von Energie, stießen auf großes
die königliche Familie am dritten Tag ihres Staatsbesuches
besondere Rolle spiele dabei die Solarkraft. Er betonte, dass
Interesse bei den Seminarteilnehmern. In einer begleitenden
durch den sächsischen Ministerpräsidenten Stanislaw Tillich
es mithilfe der Sonne möglich wäre, »unser Energieproblem
Poster-Ausstellung im Technikum des Fraunhofer IKTS konnten
in Dresden begrüßt. Am Vormittag des 14. April besichtigten
zu lösen«. Er wandte sich direkt an die Photovoltaikexperten
zudem Unternehmen über ihre Produkte und Dienstleistungen
die Königin, Kronprinz Willem-Alexander und Kronprinzessin
der Tagung und fügte hinzu: »Mit ihrer Arbeit leisten sie einen
informieren.
Máxima auf ihrem Spaziergang durch die Dresdner Altstadt
Dienst an der Welt.«
Fraunhofer-Institutszentrum
die Frauenkirche und das Historische Grüne Gewölbe. Den Nachmittag widmete die königliche Familie mit Besuchen bei
Bei der deutsch-niederländischen Tagung wurden neueste
der Firma Solarwatt und des Fraunhofer-Institutszentrums dann
Entwicklungen auf dem Gebiet der Photovoltaik vorgestellt.
ganz dem Thema »erneuerbare Energien«. Begleitet wurden
Die unter anderem von der Wirtschaftsförderung Brabant,
sie dabei vom sächsischen Ministerpräsidenten Stanislaw Tillich
der Wirtschaftsförderung Sachsen und vom Fraunhofer-
und der sächsischen Staatsministerin für Wissenschaft und
Institutszentrum Dresden organisierte Tagung bot insgesamt
Kunst Sabine von Schorlemer.
80 deutschen und 50 niederländischen Unternehmern und
50
V ideo zur Veranstaltung www.youtube.com/user/fraunhoferfep
Kontakt Annett Arnold Telefon +49 351 2586-452
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1
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Dresdner Lange Nacht der Wissenschaften 2011
4
verschiedener Metalle auf das Wachstum von Bakterien ver-
1 Technikum des Fraunho-
glichen werden. Auch die keimtötende Wirkung verschiedener
fer FEP
Dosen niederenergetischer Elektronen konnten sie am Grad
2 Dr. habil. Christiane
der Bakterienvermehrung ablesen.
Wetzel, Leiterin der biomedizinischen Laboreinheit, im
We c k ‘ de n F o rs ch e r i n D i r. D i e s e m M o tt o fol gend mac hten s i c h rund 3 400 Bes uc her i n den Abend- und
Wer sich bei unserer Solar-Autorennbahn noch nicht warm
Gespräch mit Dirk Hilbert,
N a c ht st unde n d e s 1 . Ju l i 2 0 1 1 a u f, u m s i c h v on angewandter F ors c hung am F raunhofer-I ns ti tut szent r um
gespielt hatte, der konnte dies beim Verlassen des Technikums
Bürgermeister von Dresden
be ge ist e r n z u l a s s e n .
an unserem Wärmestrahler-Exponat nachholen. Eigentliches
3 Beim Experimenterätsel
Ziel unseres Demonstrators war es jedoch, dem Effekt
konnten Nachwuchswissen-
wärmedämmender Schichten nachzuspüren: Hinter einer be-
schaftler einen Platz bei der
Zur 9. Dresdner Langen Nacht der Wissenschaften am 1. Juli
tung, welche Seite sichtbar wird. Für unseren Elfmeter-Krimi
schichteten Kunststoffplatte kam deutlich weniger Wärme der
Fraunhofer-Talent-School
2011 boten 85 Veranstalter in ganz Dresden einen bunten Mix
hieß das: Erst wenn das Licht auf der Tor-Seite anging, wusste
Glühbirne an, als hinter einer unbeschichteten. Was an diesem
Dresden 2011 ergattern
an Experimentalshows, Vorträgen, Präsentationen, Kinderpro-
der Besucher, ob der Ball im Tor gelandet war. Der Schlüssel
kalten Juniabend ein Nachteil war, sorgt beim energieeffizien-
4 Pünktlich um 18 Uhr
grammen und Führungen. Auch das Fraunhofer FEP öffnete
für diesen optischen Trick ist eine sogenannte Strahlteiler-Be-
ten Bauen für ein angenehmes Raumklima.
strömten die ersten Besucher
gemeinsam mit den benachbarten Fraunhofer-Instituten seine
schichtung auf einer Glasscheibe, welche die Hälfte des Lichtes
Tore und präsentierte den Besuchern spannende Experimente
hindurch lässt und die andere Hälfte reflektiert.
rund um das Thema Beschichtungen.
in das Fraunhofer-Instituts-
Wir freuen uns über so viel Interesse der Dresdner Bürger
zentrum
und die vielfältigen Nachfragen motivieren uns, auch für das Noch krimineller ging es bei unserem Flammeninferno zu. Hier
nächste Jahr spannende Experimente vorzubereiten. Am 6. Juli
Besucher aller Altersgruppen packte die Neugier. Kreative
entzündeten wir Geldscheine. Anlass zur Sorge gab es jedoch
2012 feiert die Lange Nacht der Wissenschaften in Dresden
Vorführungen und spannende Forschungsanwendungen, die
nicht, denn die Flammen erloschen nach einigem Lodern von
bereits ihr 10-jähriges Jubiläum.
am Institutszentrum alljährlich gezeigt werden, haben sich
alleine wieder und ließen den Geldschein unbeschadet zurück.
mittlerweile rumgesprochen und so verzeichnete das Instituts-
Passend dazu stellten wir die Möglichkeiten zur Papierrestau-
zentrum fast doppelt so viele Besucher wie im Vorjahr. Neben
rierung mit Elektronen vor. Webseite zur Veranstaltung
Stammgästen, die pünktlich um 18 Uhr ihre Lieblingsstationen ansteuerten, besuchten in diesem Jahr der erste Bürgermeister
Nach diesem Schrecken zeigten wir den Besuchern, wie aus
von Dresden, Dirk Hilbert, die sächsische Staatsministerin für
herkömmlichen Glasscheiben Silberspiegel gemacht werden
Wissenschaft und Kunst, Prof. Sabine von Schorlemer, sowie
und sogar mit Vakuumbeschichtungstechnologien historische
der Rektor der TU Dresden, Prof. Hans Müller-Steinhagen
Spiegel für das Grüne Gewölbe entstanden sind. Als Anden-
das Institutszentrum und die Ausstellung im Technikum des
ken konnten die Gäste mit Silber beschichtete Reagenzgläser
Fraunhofer FEP.
mitnehmen.
Wer sich in die Technikumshalle wagte, konnte seinen Augen
Dass Silber nicht nur für dekorative Zwecke genutzt werden
nicht immer trauen. »War das ein Tor - oder doch bloß eine
kann, sondern mit seiner antibakteriellen Wirkung in der
optische Täuschung?« – bei unserem Fußball-Exponat konnte
Medizin Verwendung findet, konnten die Besucher am
Annett Arnold
man sich dessen nie sicher sein. Ähnlich wie bei einer Scheibe
Stand der biomedizinischen Laboreinheit erleben. Anhand
Telefon +49 351 2586-452
in einem Verhörzimmer der Polizei entscheidet die Beleuch-
des Hemmhoftests konnte mit bloßen Augen die Wirkung
52
www.dresden-wissenschaft.de
Kontakt
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Die Fraunhofer Lounge – Entspannen, Unterhalten, Begegnen
auf beruflicher und privater Ebene, eine Art Kaffeeklatsch für das gemeinsame Wohlbefinden. Dies diene zur Schaffung einer harmonischen Grundstimmung und somit als Grundlage für eine effektive Zusammenarbeit.
A uc h in 2011 b e g e i s te rte n d i e R e d n e r d e r Verans tal tungs rei he F raunhofer L ounge mi t i ns pi ri erenden und
Im Anschluss übergab Herr van Veen das Wort an Angela Elis,
br isa nt e n T he m e n . Di e Fra u n h o fe r Lo u n ge bi etet den gel adenen G äs ten aus der regi onal en Po lit ik, W is-
Redakteurin und Moderatorin bei ARD, mdr, 3sat und ZDF.
se nsc ha f t und W i rts ch a ft S a c h s e n s s o wi e den Vertreter n des I ns ti tuts ei ne Pl attform, i n ents p annt er At -
Frau Elis führte die geladenen Gäste als Moderatorin durch
m osphä re m ite i n a n d e r i n s G e s p rä c h z u kommen.
den Abend und hinterfragte kritisch die Parallelen im Verhalten zwischen Mensch und Tier. Das kontrovers diskutierte
Achte Fraunhofer Lounge:
Neunte Fraunhofer Lounge:
Thema sorgte auch beim Publikum für reichlich Gesprächs-
»Wertschöpfung durch Wertschätzung« – die neue Rolle
Wie viel Affe steckt in einem Menschen?
stoff. Ihre Schlussworte widmete Frau Elis den Unterschieden
von Hierarchie und von Hierarchen
zwischen Mensch und Affe. Dieses provokante Thema griff Biologe Patrick van Veen auf
Dies war das Thema der 8. Fraunhofer Lounge am Abend des
und brachte erstaunliche Erkenntnisse zum Vorschein. »Hilfe,
Im Anschluss wurden die Gespräche noch lang fortgesetzt. Die
17. März 2011. Jürgen Fuchs Unternehmer-Berater, Buchautor
mein Chef ist ein Affe! – oder ganz natürliche Erklärungen
Live-Pianomusik von Tom Jährig rundete den Abend ab.
und Lehrbeauftragter für Philosophy & Economics zeigte den
für unser Verhalten« – dies war das Thema der 9. Fraunhofer
geladenen Gästen eine völlig neue Arbeitswelt auf.
Lounge am Herbstabend des 06. Oktober 2011 im Fraunho-
Im Frühjahr 2012 feiert die erfolgreiche Veranstaltungsreihe
fer FEP.
die 10. Fraunhofer Lounge!
Fuchs stellte Hierarchien und Gehälter der aktuellen Arbeitswelt in Frage. Untergebene sollten nicht nur »Geben«,
Was dem Silberrücken-Gorilla das prächtige Fell, ist am Bespre-
Vorgesetzte nicht nur »vor-gesetzt« werden und Karriere habe
chungstisch die Höhe des Chefsessels. »Chefs sind eigentlich
nichts mit einem Aufstieg auf der Leiter gemein, sondern ist
auch bloß Affen in Anzügen«, sagt der niederländische
ausschließlich eine Frage des stetig wachsenden Know-how´s
Biologe und Berater Patrick van Veen und hielt dem Büroalltag
und der eigenen Persönlichkeit. Mit seinen bildhaften Wort-
einen ebenso lehrreichen wie unterhaltsamen Spiegel vor. Als
spielen behandelte er die Thematik dabei tiefgreifend und
ehemaliger Projektleiter in einem großen Versicherungsunter-
humorvoll.
nehmen stellte Patrick van Veen irgendwann fest: »Im Büro
Webseite zur Veranstaltung www.fep-lounge.de
geht es zu wie in einem Affenhaus«. Daraufhin begann er das Das Thema des Abends stand in Anlehnung an das gemeinsa-
soziale Verhalten von Affen zu studieren.
me Buch mit Sohn Holger Fuchs »Schluss mit Hierarchie – wie Unternehmen menschlicher werden«, welches demnächst als
Die geladenen Gäste des Abends lauschten der »tierischen«
Neuauflage erscheint.
Ursachenforschung gespannt. Der Spezialist gab zusätzlich praktische Tipps zur Vermeidung von Sozialstress im Arbeits-
Kontakt
alltag: Das gemeinsame Lausen bilde stressfreie Arbeitszonen.
Annett Arnold
Lausen? – Darunter versteht man, nach Patrick van Veen,
Telefon +49 351 2586-452
einen gemeinsamen und unverbindlichen Gedankenaustausch 54
55
1
2
3
Fraunhofer-Talent-School Dresden
4
Mit diesem Ziel vor Augen machten sich die Nachwuchs-
1 Schülerin bereitet eine
forscher mit Begeisterung daran, verschiedene Monomere und
Papierprobe für die Elektronen-
Prozessparameter zu untersuchen, um am Ende eine Methode
behandlung vor
zu finden, die den Papieren die gewünschte Stabilität verleiht,
2 Unsere Nachwuchswissen-
ohne dass die Behandlung der Papiere optisch oder haptisch
schaftler mit den behandelten
F r a unhof e r su c h t d i e Ta l e n te v o n mo rg en: M i t di es em Zi el l egten drei D res dner F raunhofer-I n st it ut e f ür
erkennbar wird. Effekte, wie der von Butterbrotpapier
Papieren
e in Woc he ne n d e d i e W i s s e n s c h a ft i n d i e H ände v on N ac hwuc hs fors c her n.
bekannte Fettfleck-Effekt oder eine starke Versprödung des
3 Untersuchung der Papiere
Papieres durch eine intensive Quervernetzung der Polymere,
4 Begeisterte Nachwuchs-
zeigten, dass dies keine leichte Aufgabe war. Umso mehr
talente
freute sich die Forschergruppe, als eines der ausgewählten Vom 4. bis 6. November 2011 forschten 32 naturwissenschaft-
Am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasma-
Monomere die gewünschte Elastizität der Papiere brachte.
lich interessierte Schülerinnen und Schüler im Alter von 15 bis
technik FEP gingen die Jugendlichen der Aufgabe nach,
Durch entsprechende Analysen wiesen sie den visuellen Erfolg
19 Jahren an aktuellen Entwicklungsthemen dreier Dresdner
mit Elektronen vom Verfall bedrohte Papierdokumente zu
ihrer Behandlung auch wissenschaftlich nachvollziehbar nach.
Fraunhofer-Institute. Die Schülerinnen und Schüler, die sich
schützen. Wie dringlich diese Aufgabe ist, belegen Angaben
erfolgreich für die jährlich stattfindende Talent-School quali-
der deutschen Nationalbibliothek: Demnach sind rund
Da die verständliche Darstellung erzielter Forschungsergebnis-
fiziert hatten, bekamen an diesem Wochenende Gelegenheit,
80 Prozent ihres Archivbestandes vom Zerfall bedroht. Das
se für Wissenschaftler wichtig ist, lernten die Teilnehmerinnen
echte Wissenschaftsluft zu schnuppern. Sie konnten erleben,
Bundesarchiv sieht sogar nahezu seinen kompletten Bestand
und Teilnehmer auf humorvolle Weise in einem Seminar, wie
wie Forschungsarbeit in der Realität abläuft, welche Methoden
akut gefährdet. Gründe für den starken Zerfall liegen vor allem
sie Informationen anschaulich und interessant präsentieren
und Technologien verwendet werden, auf welche Fähigkeiten
in den nach der Industrialisierung verwendeten Papierherstel-
können. In die Tat umsetzen konnten unsere Nachwuchs-
und Kenntnisse es ankommt, vor allem aber konnten sie nach
lungsverfahren, bei denen zum Aufschluss des Rohstoffes Holz
wissenschaftler das Gelernte dann gleich am nächsten Tag zur
Herzenslust Fragen stellen. Und ganz nebenbei lernten sich die
Schwefelsäure verwendet wurde. Die im Papier verbleibende
Abschlussveranstaltung, bei der sie Eltern und Geschwistern
Gleichgesinnten aus verschiedenen Schulen und Städten bei
Restsäure katalysiert jedoch den Zerfall des Papieres, ohne
die Ergebnisse ihrer Forschung vorstellten. Ob mit kleinen
unterhaltsamen Abendveranstaltungen und der gemeinsamen
selbst verbraucht zu werden. Aber auch Oxidationsprozesse,
Sketchen, bunten Zeichnungen oder Live-Experimenten:
Unterbringung in einer Jugendherberge gegenseitig kennen.
hungrige Bakterien und feuchtigkeitsliebende Pilze machen
Wir waren wieder einmal erstaunt, mit wie viel Kreativität
dem Papier zu schaffen. Am Fraunhofer FEP wird der Einsatz
die Jugendlichen ihre Zuhörer begeisterten. Aber auch die
Bevor die jungen Talente jedoch praktisch loslegen konnten,
beschleunigter Elektronen untersucht, um die teilweise
Forschung hat die Jugendlichen in den Bann gezogen, sodass
wurden die theoretischen Grundlagen, mit denen sie sich
abgebauten Zellulosefasern, die Grundbausteine von Papier,
einige sich bereits für Praktika bei uns beworben haben.
schon in den vorher ausgegebenen Hausaufgaben beschäftigt
chemisch wieder miteinander oder mit extra eingebrachten
hatten, vertieft. Dann aber ging es an die Versuche: Am
Polymeren zu vernetzen und somit dem Papier seine Stabilität
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme
zurückzugeben. Gezielt eingebrachte basische Einschlüsse
IKTS machten sich die Schülerinnen und Schüler mit Auf-
könnten zudem die Säure im Papier neutralisieren und den
bau, Funktionsweise und Anwendungsmöglichkeiten einer
Zerfall stoppen. Ein positiver Nebeneffekt der Behandlung ist
Brennstoffzelle vertraut und bauten sogar ihr eigenes funktio-
die keimtötende Wirkung der Elektronen, sodass Schimmel-
nierendes Exemplar. Am Fraunhofer-Institut für Photonische
pilze und aggressive Bakterien dem Papier nicht mehr zu Leibe
Annett Arnold
Mikrosysteme IPMS drehte sich alles um die Herstellung und
rücken können.
Telefon +49 351 2586-452
Webseite zur Veranstaltung
Kontakt
www.talent-school-dresden.fraunhofer.de
Untersuchung organischer Leuchtdioden (OLEDs). 56
57
2
1
3. Grundlagenseminar Reinigungstechnik – Reinigung in der Produktion
3
Seminars die Chance, ihr erlerntes Wissen in einem Leistungs-
1 Teilnehmer des Grundla-
test zu überprüfen und damit ihren Schulungsnachweis noch
genseminars
etwas aufzuwerten.
2 Praxisteil des Seminars
Die positive Resonanz des Seminars drückt sich in der sehr
der Eröffnung
3 Frank-Holm Rögner bei
Mit die se m Ve ra n s ta l tu n g s fo rma t re a g i e rt di e F raunhofer-A l l i anz Rei ni gungs tec hni k auf di e große Nach-
guten Bewertung durch die Teilnehmer aus. Das 4. »Grundla-
f r a ge de r Ind u s tri e n a c h K n o w-h o w i n d e r Rei ni gungs tec hni k und erhäl t durc hweg pos i ti v e Resonanzen.
genseminar Reinigungstechnik – Reinigung in der Produktion« wird im Juni 2012 wieder im Fraunhofer FEP angeboten, getreu dem Motto:
Vom 07. bis 09. Juni 2011 führte die Fraunhofer-Allianz
zu Beginn die theoretischen Grundlagen der Reinigungstech-
Reinigungstechnik – in welcher das Fraunhofer FEP seit ihrer
nik vermittelt. Dazu zählen die Definitionen von Reinigungsgut
Gründung im Jahr 2002 Mitglied ist – zum dritten Mal das
und Verunreinigungen sowie die bestimmenden Faktoren
»Grundlagenseminar Reinigungstechnik – Reinigung in der
eines jeden Reinigungsprozesses. Darüber hinaus erlernten die
Produktion« im Fraunhofer FEP in Dresden durch. Ziel war es,
Teilnehmer, wie man Reinigungsaufgaben systematisch ana-
Fach- und Führungskräften aus der Produktion die reinigungs-
lysiert, plant, effektiv in den Produktionsprozess einordnet und
technischen Aufgaben zu vermitteln. Dieses Wissen kann in
Reinigungsverfahren für den entsprechenden Anwendungsfall
Deutschland leider noch nicht in einem Ausbildungsberuf
auswählt. Anschließend wurden die unterschiedlichen
oder Studium erlernt werden. Somit fehlt es in der Industrie
Reinigungstechnologien, beginnend mit den Verfahren mit
an Know-how und qualifizierten Mitarbeitern, welche die
flüssigen Medien über die Strahlverfahren bis hin zur Plasma-
Reinigungsaufgaben zu bewältigen haben. Der Bedarf an
reinigung, eingehend diskutiert. Umfassend wurde auf die
Schulungen und Seminaren ist dementsprechend hoch.
Möglichkeiten zur Prozess- und Schadensanalytik sowie zur
Reinigungsprozesse beherrschen – Eine saubere Leistung!
Webseite zur Veranstaltung www.allianz-reinigungstechnik.de/veranstaltungen
Sauberkeitskontrolle in der Produktion eingegangen, da hier Mit dem branchenübergreifenden Seminar folgt die
in vielen Fällen der entscheidende Schlüssel zu einer ökonomi-
Allianz Reinigungstechnik der Nachfrage der Industrie nach
schen und prozesssicheren Reinigung in der Produktion liegt.
Weiterbildungsmaßnahmen und bietet diese seit 2009 an. Die Veranstalter setzen dabei auf eine Unternehmens- und
Zur Vertiefung der theoretischen Inhalte wurden begleitend
anwendungsneutrale Schulung durch die Fachleute der
Praxisübungen zur Badpflege und -überwachung, zur Sauber-
Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik, das Erlernen einer
keitskontrolle, zum Trockeneisstrahlen sowie zur Laser- und
methodischen Herangehensweise zur Lösung von Reinigungs-
Plasmareinigung durchgeführt. Damit hatte jeder Teilnehmer
aufgaben sowie das strukturierte Vermitteln von theoretischen
die Möglichkeit, die Umsetzung der erworbenen Kenntnisse
Grundlagen zu Reinigungssystematik, -verfahren, -analytik
selbst »in die Hand zu nehmen«. Ergänzende Vorträge boten
und Qualitätsmanagement. Mit sieben Referenten aus sechs
abschließend einen Überblick zu übergeordneten Themen wie
Fraunhofer-Instituten konnte das Grundlagenseminar 2011
Vorschriften in der Reinigungstechnik (VDA19, VOC, REACH)
Frank-Holm Rögner
wiederholt Expertenwissen auf hohem Niveau anbieten.
sowie reinigungsgerechte Gestaltung und reinheitsgerechte
Telefon +49 351 2586-242
Entsprechend der umfassenden Struktur des Seminars, wurden
Produktion. Optional hatten die Teilnehmer am Ende des
58
Kontakt
59
H ighlights
Internationale Konferenzen, Symposien und Messen
H ighlights
2 6 th E u r o p e a n P h o t o v o l t a i c S o l a r E n e r g y C o n f e r e n c e a n d E x h i b i t i o n P V S E C
Vom 05. – 09. September 2011 fand die PVSEC in Hamburg statt. 5 4 th A n n u a l Te c h n i c a l C o n f e r e n c e S o c i e t y o f V a c u u m C o a t e r s S V C
In jedem Jahr präsentieren Aussteller der Photovoltaikbranche neue Produkte und technische Innovationen aus allen Bereichen der Photovoltaik auf dieser internationalen Messe.
Vom 16. – 21. April 2011 fand die 54. SVC in Chicago statt. www.photovoltaic-conference.com
Die Highlights der Konferenz in 2011 bildeten zwei neue Symposien zu den Themen Photovoltaik-Produktion und Vorteile der PVD-Beschichtung. www.svc.org
8 th A s i a n - E u r o p e a n I n t ‘ l C o n f e r e n c e o n P l a s m a S u r f a c e E n g i n e e r i n g A E P S E
Diese Industrieausstellung fand vom 19. – 22. September 2011 in Dalian City, China statt. intersolar Europe Die Konferenz und Ausstellung bietet Forschungseinrichtungen und Industriefirmen eine Plattform um sich über neuste Vom 08. – 10. Juni 2011 fand in München die weltweit größte
Entwicklungen auszutauschen.
Fachmesse für Solartechnik statt. www.plasmagermany.org
Sie glänzte mit einem neuen Aussteller- und Besucherrekord von insgesamt 2 286 Ausstellern und 76 738 internationalen Besuchern. www.intersolar.de
60
61
H ighlights
H ighlights
Plastic Electronics 2011
p a r t s 2 c l e a n – L e i t m e s s e f ü r i n d u s t r i e l l e Te i l e - u n d O b e r f l ä c h e n r e i n i g u n g
Vom 11. – 13. Oktober 2011 fand die Plastic Electronics
Vom 25. – 27. Oktober 2011 fand die 9. parts2clean auf dem
Conference and Exhibition, parallel zur Semicon Europa 2011,
Stuttgarter Messegelände statt.
in der Messe Dresden statt. Diese internationale Messe gilt als Leitmesse für die industrielle Auch Sachsens Ministerpräsident Tillich besuchte unseren
Teile- und Oberflächenreinigung.
Stand während seines Messerundganges. www.parts2clean.de www.pe2011.org
V2011 – Industrieausstellung & Workshop-Woche
Besuchen Sie uns 2012 auf folgenden Konferenzen und Messen
Vom 17. – 20. Oktober 2011 fand in Dresden die V2011 statt.
55th Annual Technical Conference Society of Vacuum Coaters SVC, Santa Clara, USA 28.04. – 03.05.2012
Die nationale Messe dient als Plattform zum Austausch
www.svc.org
zwischen Firmen und Forschungsinstitutionen der Vakuumbeschichtung und Plasmaoberflächentechnik.
intersolar Europe, München, Deutschland
Das Fraunhofer FEP stellte unter anderem aluminiumbedampf-
13.06. – 15.06.2012
tes Schüttgut sowie CdTe-Dünnschicht-Solarzellen aus. www.v2011.net
www.intersolar.de
ICCG 9 – The International Conference on Coatings on Glass and Plastics, Breda, Niederlande 24.06. – 28.06.2012 www.iccg9.eu
PSE 2012 – 13th International Conference on Plasma Surface Engineering, Garmisch-Partenkirchen, Deutschland 10.09. – 14.09.2012 www.pse-conferences.net
62
63
1
2
Foreword
1 Acting Director Prof. Dr. Volker Kirchhoff
2 Deputy Director Dr. Nicolas Schiller
This annual report aims to give you an overview of the work of the Fraunhofer FEP during the
Other important activities undertaken last year include the expansion of our biomedical labo-
past year. Just like 2010, the year 2011 has been very successful for us. Income from contracts
ratory unit, technology development for the deposition of new transparent conducting layers,
with industry rose by 9 percent to ca. 5.7 million euros. This is particularly notable because in
the promising results for the deposition of corrosion protection layers on bulk products, and the
2011 we spun off the electron beam welding activities and so managed to more than compen-
progress made on developing a new electron beam technology. The latter was carried out in
sate for the resulting lost income. Very good results were achieved by the Coating of Flexible
close collaboration with ALD Vacuum Technologies GmbH.
Products and Precision Coating business units. One of the most important current tasks of the Coating of Flexible Products business unit is to improve the barrier properties of polymer films
We hope you find this annual report of interest and look forward to welcoming you for further
against oxygen and water vapor. The applications of these films range from packaging food to
discussions in our institute.
encapsulating solar cells and to protecting organic displays. The close collaboration between the Precision Coating business unit and VON ARDENNE Anlagentechnik GmbH deserves special mention. Working together we have already successfully handed over coating plants, developed using our joint know-how, to various end customers. A new chapter was opened for the electron beam seed treatment technology that has been
Prof. Dr. Volker Kirchhoff
Dr. Nicolas Schiller
developed at the Fraunhofer FEP. Due to the acquisition of new partners and due to various external circumstances (e.g. EHEC infection in sprout seeds in Germany), the past year saw an enormous reawakening of interest in this technology at both a national and international level. A collaborative agreement was signed between Getreide AG, BayWa AG, Petkus Technologie GmbH, and the Fraunhofer FEP to develop the second generation of plant technology and to significantly accelerate the introduction of this technology in the agricultural sector. More can be read about this in a major article on page 26 in this annual report. We have also been very active in the area of photovoltaic technology. Especially important here is the close collaboration with Roth & Rau AG developing cadmium telluride thin film photovoltaic cells. This work was undertaken as part of a project funded by the Free State of Saxony. The effective collaboration of the teams has already enabled complete layer systems for solar cells to be manufactured in pilot plants at the Fraunhofer FEP. This work will be continued apace in 2012. However, we are not only focusing on cadmium telluride technology for photovoltaic cells. Equipment is being acquired and set up for manufacturing crystalline silicon layers at high coating rates, enabling us to start developing this technology this year. 66
67
P R O F I L E O F the F raunhofer F E P
1
2
Profile of the Fraunhofer FEP
The most important sectors are mechanical engineering, solar energy, environment and energy, biomedical engineering, optics, sensor technology, and electronics, packaging, architecture, preservation, and agriculture.
A s one of t he 6 0 i n s ti tu te s o f th e F ra u n h ofer-G es el l s c haft, Europe‘s l arges t appl i ed res earc h org anizat ion,
We are operating in the following business units:
t he F r a unhofe r I n s ti tu te fo r E l e c tro n B e a m and Pl as ma Tec hnol ogy F EP, bas ed i n D res den, foc uses on de-
ffCoating of Flat Substrates
v e loping t e c h n o l o g i e s a n d p ro c e s s e s fo r s urfac e refi nement.
ffCoating of Flexible Products ffCoating of Metal Sheets and Strips ffElectron Beam Applications
Following German reunification, the Fraunhofer FEP was
Electron beam technology is the second main field of our work.
ffCoating of Components
established from work groups of the former Manfred von
Electron beams are used for the welding and evaporation of
ffPrecision Coating
Ardenne R&D institute in Dresden. Back then as well as today,
metals and for modifying surface and boundary layers. Other
the Fraunhofer FEP develops and tests electron beam and
applications are the curing of paints and lacquers, improving
The work of all the business units involves the four core
plasma based technologies and processes for refining surfaces
the properties of plastics, sterilizing medical devices, and germ
technologies of the institute:
and optimizes them for industrial applications. In collaboration
reduction in seeds. Electron beams are therefore used as a
ffelectron beam technology
with specialist partners process and plant technologies can be
precise tool for a broad range of applications. Products such as
ffsputtering technology
provided to meet the needs of our customers.
thin film solar cells, sensors, microelectronic components, and
ffplasma-activated high-rate deposition
data media are being produced using technologies developed
ffhigh-rate PECVD
Thin film technology is one of our main fields of work. This
by the Fraunhofer FEP.
involves the vacuum coating of sheets, strips, and components
In order to extend the R&D work in thin film technology and
We are increasingly offering new technologies to customers as
made of diverse materials with a variety of layers or layer sys-
electron beam technology we have increased our collaboration
„integrated packages”, comprising the development and pro-
tems. Many items we use in everyday life require their surfaces
with Saxon universities and technical colleges over recent
duction of innovative key components for coating technology
to be customized. For example, polymer packaging films are
years. As an industry-oriented R&D organization, we provide
along with the relevant process technology.
made impermeable by special barrier layers. Metal sheets,
customized solutions, which are often sophisticated: besides
We currently have about 8,000 m² of premises. The equip-
which are for example used for facade cladding, are provided
involving an optimized layer system, suitable cleaning and
ment includes numerous pilot plants for coating, welding,
with corrosion-resistant and decorative layers. Sun protection
pretreatment methods for the substrate as well as post-treat-
curing, and surface treatment. In addition, the institute has
films and heat-insulating architectural glass are produced by
ment steps have to be elaborated.
many laboratory plants and a variety of analytical facilities for the characterization of surfaces.
applying light-filtering layer systems to conventional materials. Furthermore, our applied research work is responsible for
Key services we provide are the development and optimization
special layers used for displays, for forgery-proof labels, and
of coating sources and processes, scale-up to production
With our qualified employees, excellent equipment, and the
for the mirrors in the newly restored Green Vault in Dresden.
quantities, and integration into suitable plant technology and
involvement in international networks we are in an ideal
For a worldwide market plants coat huge amounts of foil,
into existing production processes. Cost optimization of the
position to boost innovative products in thin film and electron
metal, glass, and polymers. We develop special technologies
total system has the highest priority here. Due to the cross-
beam technologies right through to marketability.
and pilot plants for making new applications possible and for
sector and key nature of thin film and surface technology, our
optimizing existing processes.
work is of interest to a wide range of customers.
68
69
organi z ational S tructure
organi z ational S tructure
Organizational Structure General Management Acting Director
Prof. Dr. Volker Kirchhoff
Deputy Director
Dr. Nicolas Schiller
Material characterization
Scientific Assitant
SeCRetariat / LIBRARY
Marketing / PR / corporate communications
Annett Nedjalkov / Mandy Schreiber
Annett Arnold
Dr. Olaf Zywitzki
Dr. Marita Mehlstäubl
Administration Matthias Wünsche
Quality and technical Management
protective rights
Wolfgang Nedon
Jörg Kubusch
division electron beam
division Plasma I
division Plasma II
division systems
Prof. Dr. Christoph Metzner
Dr. Torsten Kopte
Dr. Nicolas Schiller
Matthias Wünsche
Coating of sheets and metal strips
Coating of flat substrates
Coating of flexible products
development of mechanics Dieter Weiske
Prof. Dr. Christoph Metzner
Dr. Torsten Kopte
Dr. Nicolas Schiller
Dr. Jens-Peter Heinß
Dr. Ullrich Hartung
Dr. Matthias Fahland
development of electronics Dieter Leffler
Electron beam processes
Coating of components
Precision coating
prototyping / cooperation Rainer Zeibe / Steffen Kaufmann
70
Frank-Holm Rögner
Dr. Heidrun Klostermann
Dr. Peter Frach
Dr. Gösta Mattausch
TOOLS: Dr. Fred Fietzke
dynamic DEPOSITION: Dr. Daniel Glöß
Information technology
Medical Applications: Dr. habil. Christiane Wetzel
Static DEPOSITION: Dr. Hagen Bartzsch
Roberto Wenzel 71
T he I nstitute in F igures
The Institute in Figures
Saxon Training Foundation in Dresden (Sächsische Bildungsge-
their training during the report year and became employees of
sellschaft Dresden) to help train physics laboratory technicians.
the institute. These persons were Nicole Prager (physics labo-
We would like to thank IHK Dresden and all the organizations
ratory technician), André Gretschel (industrial mechanic), and
who have helped successfully train our technicians. Further, we
Manuel Wehnert (metalworking mechanic). By the end of 2011
would like to thank all the Fraunhofer FEP employees who so
three new trainees had started their training at the institute.
Funding
Total expenditure
willingly assist all our young scientists and trainees during their
At present we have a total of 8 trainees: 1 materials tester,
Despite the continuing economic troubles all over the world,
Total expenditure (operating budget and investment budget)
study and training periods. Three trainees successfully finished
6 physics laboratory technicians, and 1 industrial mechanic.
the institute can once again reflect on a very noteworthy year
amounted to 15.9 million euros. In the report year 2.5 million
in 2011. Income from direct contract research with industry
euros was invested in equipment and infrastructure (1.5 mil-
amounted to 5.7 million euros. This represented a 9 percent
lion euros of which came from the central strategic investment
increase on the previous year. Our income from publicly
fund). These investments serve to enhance the business units,
funded research, namely projects funded by the federal go-
enabling them to realize ongoing projects and simultaneously
vernment and Länder, reached 3.9 million euros. The majority
provide the foundations for future research work. Staff costs
of this funding (3.1 million euros) related to projects carried
amounted to 6.9 million euros, representing 51 percent of
out jointly with medium-sized companies and funded by the
the total operating budget of 13.4 million euros. Material
Saxon State Ministry for Science and the Arts (SMWK) and the
expenditure amounted to 5.8 million euros.
Saxon State Ministry for Economic Affairs, Labor and Transport (SMWA). The total third-party funding, namely external
Workforce
income from projects with industry, publicly funded projects,
In 2011 the Fraunhofer FEP workforce comprised 133 per-
and other commissioning parties, amounted to 9.9 million
manent employees, 10 of whom were trainees, and also
euros or 74 percent of the total income. With this result our
45 undergraduates / practical trainees and 77 auxiliary
ambitious aim for 2011 was exceeded. The base funding in
scientific / student staff. Of the 64 scientists in the institute,
the operating budget was 2.9 million euros.
9 were concurrently working for doctorates. The number of
1 Operating budget (in million Euros)
2 Investment and total costs (in million Euros)
20
20
15
15
10
10
5
5
0
2006
2007
contract research with industry
2008
2009
public funding / EU and other funding
2010
2011
Fraunhofer-Gesellschaft grant
0
2006
staff costs
2007
2008
material costs
2009
strategic investment
2010
2011
normal investment
female scientists represented 17 percent of the total. Special The returns in the report year can be split as follows:
attention was once again put on supporting the training of
3 Fraunhofer FEP workforce
young scientists. Highly motivated students taking diplomas,
300
bachelor degrees, and doctorates participated in the research
250
work of the institute. We congratulate Dr.-Ing. Manuela
200
Junghähnel who successfully completed her doctoral work
150
(contract research funded by
which was entitled: „Manufacture and characterization of thin,
100
the federal government)
transparent, electrically conducting layers of TiO2:Nb deposited
50
€ 3.1 million
via direct current sputtering and pulse magnetron sputtering“.
0
€ 1.0 million
With regards to technician training we once again in 2011
ffincome from industry
€ 5.7 million
(contract research with industry) ffpublic funding
ffpublic funding
€ 0.8 million
(contract research funded by the Länder) ffEU and other funding
undertook training programs in collaboration with the relevant technical colleges. We have for many years worked with the 72
2006
2007
2008
permanent employees
practical trainees
trainees
2009
2010
2011
auxiliary student staff postgraduates
Contact Matthias Wünsche Phone +49 351 2586-400
73
O U R A dvisor y B oard
Our Advisory Board
The 22nd meeting of the Fraunhofer FEP advisory board took
photovoltaic systems at Fraunhofer FEP were welcomed by the
place on 11 May 2011.
board and Dr. Feldhütter.
The members of the advisory board, who are representatives
The Fraunhofer FEP management gave the members of the
from industry, politics, and science, met in Dresden to get an
advisory board an overview of the economical situation of the
Dr. Ulrich Engel
Chairman of Advisory Board
overview of the performance of the institute in the last year
institute and of new projects and developments since the last
RD‘in Dr. Annerose Beck
Saxon State Ministry of Science and the Arts,
and, in consultation with Fraunhofer FEP employees, to define
advisory board meeting. Two detailed presentations were gi-
the strategic focus for future work.
ven, the first outlining strategic developments in the Precision
Prof. Dr. Lukas Eng
Dresden University of Technology, Institute for Applied Photonics, Director
Members of the Advisory Board
Deputy Head of Division Federal-State-Research Institutions
Coating business unit and the second introducing approaches
Prof. Dr. Richard Funk
Dresden University of Technology, Faculty of Medicine, Institute for Anatomy, Dean
Dr. Feldhütter, representing the board of the Fraunhofer-
for process development for silicon photovoltaic systems (in
Prof. Dr. Gerald Gerlach
Dresden University of Technology, Faculty of Electrical Engineering and Information
Gesellschaft, outlined the economic, political, and thematic
particular approaches for active contamination- and defect-
developments within the Fraunhofer-Gesellschaft. He was
elimination techniques).
Prof. Dr. Gert Heinrich
which the Fraunhofer Group for Light & Surfaces (of which
We would like to extend our thanks to all members of the
Prof. Dr. Dieter O. Junkers
Clausthal University of Technology
the Fraunhofer FEP is a member) achieved in the year 2010.
advisory board, which contribute with their involvement,
RD Andreas Kletschke
Federal Ministry of Education and Research, Head of Division
The spin-off of Strahltechnologie Dresden GmbH as well as
valuable advices, and suggestions to the successful develop-
Dr. Harald Küster
ALANOD Aluminium-Veredlung GmbH & Co. KG, Head of Research and Development
the expansion of large-area coating technologies for thin film
ment of the institute.
Dr. Klaus Michael
Heraeus Sensor Technology GmbH, Manager Business Development
Dipl.-Ing. Peter G. Nothnagel
Saxony Economic Development Corporation GmbH, Managing Director
Prof. Dr. Hans Oechsner
Kaiserslautern University of Technology, Institute for Surface and Film Analysis, Director
Dr. Jan-Peter Osing
AMG Coating Technologies GmbH, Senior Advisor
Dr. Dietmar Roth
Roth & Rau AG, Chairman of the Advisory Board
Dipl.-Phys. Robin Schild
VON ARDENNE Anlagentechnik GmbH, Managing Director
Dr. Michael Steinhorst
Tata Steel Europe, Director Product Development, Technology, Application
Dr. Hermann Stumpp
LOI Thermprocess GmbH, Managing Director
Technology, Institute for Solid-State Electronics, Director
pleased with the high level of industry returns of 41.9 percent
Head of Institute of Polymer Materials
Guest members
Dr. Frank Böger
European Society of Thin Films (EFDS), Managing Director
Dr. Hans-Otto Feldhütter
Fraunhofer-Gesellschaft, Division Director Research
Dr. Patrick Hoyer
Fraunhofer-Gesellschaft, Institute Liaison
Dr. Hans-Ulrich Wiese
Former Board Member of the Fraunhofer-Gesellschaft
74
Leibniz-Institute for Polymer Research Dresden e. V.,
75
C ollaboration and M emberships
Collaboration and Memberships
T hin f ilm t e c h n o l o g y i s u s e d i n a n u m b e r of rapi dl y dev el opi ng markets . We c ol l aborate wi th bot h nat ional a nd int e r na t i o n a l p a rtn e rs i n o rd e r to i m prov e the c ompeti ti v e pos i ti on of our c us tomers and o ur inst it ut e a nd t o pro m o te s u c c e s s fu l d e ve l o p ment work.
Industry partners
Academic cooperations
ffApplied Materials
ffTechnische Universität Dresden – Institut für
ffLeybold Optics GmbH
Festkörperelektronik
ffRoth & Rau AG
ffWestsächsische Hochschule Zwickau
ffVON ARDENNE Anlagentechnik GmbH
ffHochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTWD)
Research partners
Memberships
ffUniversity of Virginia USA
ffEFDS Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V.
ffBeijing Institute of Aeronautical Materials
ffOrganic Electronics Saxony e. V. (OES)
ffNational Institute for Materials Science Japan
ffSilicon Saxony e. V.
ffKorean Institute of Industrial Technology
ffDresden Concept
1 Worldwide Partners of Fraunhofer FEP
ffAMA Fachverband für Sensorik e. V. ffBundesverband mittelständische Wirtschaft (BVMW)
Fraunhofer cooperations
ffDt. Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentechnik e. V.
(DGO) ffFraunhofer Group for Light & Surfaces ffFraunhofer Photocatalysis Alliance ffFraunhofer Polymer Surfaces Alliance POLO ffFraunhofer Cleaning Technology Alliance ffResearch Alliance Cultural Heritage
ffKompetenznetz Industrielle Plasma-Oberflächentechnik
INPLAS e. V.
EU CANADA USA MEXICO
GERMANY ISRAEL EGYPT
CHINA
JAPAN SOUTH COREA TAIWAN
COLOMBIA
ffKompetenzzentrum Maschinenbau Chemnitz / Sachsen e. V.
(KMC) ffNetzwerk »Dresden – Stadt der Wissenschaft« ffVerband der Elektrotechnik – Bezirksverein Dresden e. V. (VDE)
SOUTH AFRICA
ffVerband deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA) ffIVAM e. V. Fachverband für Mikrotechnik ffInternational Council for Coatings on Glass ICCG e. V.
76
77
Fraunhofer Group for Light & Surfaces
Competence by networking
Fraunhofer Institute for Electron Beam and
Fraunhofer Institute for Applied Optics and
Fraunhofer Institute for Surface Engineering and
Six Fraunhofer institutes cooperate in the Fraunhofer Group
Plasma Technology FEP
Precision Engineering IOF
Thin Films IST
Light & Surfaces. Co-ordinated competences allow quick and
Electron beam technology, sputtering technology, plasma-
The Fraunhofer IOF develops solutions with light to cope
As an industry oriented R&D service center, the Fraunhofer IST
flexible alignment of research work on the requirements of
activated high-rate deposition and high-rate PECVD are the
foremost challenges for the future in the areas energy and
is pooling competencies in the areas film deposition, coating
different fields of application to answer actual and future
core areas of expertise of Fraunhofer FEP. The business units
environment, information and security, as well as health care
application, film characterization, and surface analysis. Scien-
challenges, especially in the fields of energy, environment,
include vacuum coating, surface modification and treatment
and medical technology.
tists, engineers, and technicians are busily working to provide
production, information and security. This market-oriented
with electrons and plasmas. Besides developing layer systems,
The competences comprise the entire process chain starting
various types of surfaces with new or improved functions and,
approach ensures an even wider range of services and creates
products and technologies, another main area of work is the
with optics and mechanics design via the development of ma-
as a result, help create innovative marketable products. The
synergetic effects for the benefit of our customers.
scale-up of technologies for coating and treatment of large
nufacturing processes for optical and mechanical components
institute’s business segments are: mechanical and automotive
areas at high productivity.
and processes of system integration up to the manufacturing
engineering, aerospace, tools, energy, glass and facade, op-
of prototypes. Focus of research is put on multifunctional
tics, information and communication, life science and ecology.
Core competences of the group
www.fep.fraunhofer.de
ffsurface and coating functionalization
optical coatings, micro- and nano- optics, solid state light
www.ist.fraunhofer.de
fflaser-based manufacturing processes
Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT
sources, optical measurement systems, and opto-mechanical
fflaser development and nonlinear optics
With more than 350 patents since 1985 the Fraunhofer Insti-
precision systems.
ffmaterials in optics and photonics
tute for Laser Technology ILT develops innovative laser beam
ffmicroassembly and system integration
sources, laser technologies, and laser systems for its partners
ffmicro and nano technology
from the industry. Our technology areas cover the following
Fraunhofer Institute for Physical Measurement
is known for its innovations in the business areas joining and
ffcarbon technology
topics: laser and optics, medical technology and biophotonics,
Techniques IPM
cutting as well as in the surface and coating technology. Our
ffmeasurement methods and characterization
laser measurement technology and laser materials processing.
Fraunhofer IPM develops and builds optical sensor and
special feature is the expertise of our scientists in combining
ffultra precision engineering
This includes laser cutting, caving, drilling, welding and solde-
imaging systems. These mostly laser-based systems combine
the profound know-how in materials engineering with the
ffmaterial technology
ring as well as surface treatment, micro processing and rapid
optical, mechanical, electronic and software components to
extensive experience in developing system technologies. Every
ffplasma and electron beam sources
manufacturing. Furthermore, the Fraunhofer ILT is engaged in
create perfect solutions of robust design that are individually
year, numerous solution systems have been developed and
laser plant technology, process control, modeling as well as in
tailored to suit the conditions at the site of deployment. In the
have found their way into industrial applications.
the entire system technology.
field of thermoelectrics, the institute has extensive know-how
Contact
www.ilt.fraunhofer.de
www.iof.fraunhofer.de
Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS The Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology
www.iws.fraunhofer.de
in materials research, simulation, and systems. Fraunhofer IPM
Group Chairman
Group Assistant
also specializes in thin-film technologies for application in the
Prof. Dr. Andreas Tünnermann
Susan Oxfart
production of materials, manufacturing processes and systems.
Phone +49 3641 807-201
Phone +49 3641 807-207
www.ipm.fraunhofer.de
www.light-and-surfaces.fraunhofer.de
78
79
the F raunhofer - G esellschaft
The Fraunhofer-Gesellschaft
Research of practical utility lies at the heart of all activities
research has a knock-on effect that extends beyond the direct
pursued by the Fraunhofer-Gesellschaft. Founded in 1949,
benefits perceived by the customer: Through their research
the research organization undertakes applied research that
and development work, the Fraunhofer Institutes help to rein-
drives economic development and serves the wider benefit of
force the competitive strength of the economy in their local
society. Its services are solicited by customers and contractual
region, and throughout Germany and Europe. They do so by
partners in industry, the service sector and public administra-
promoting innovation, strengthening the technological base,
tion.
improving the acceptance of new technologies, and helping to
1 Fraunhofer Institutes and Research Establishments in Germany
ITZEHOE ROSTOCK LÜBECK BREMERHAVEN
train the urgently needed future generation of scientists and At present, the Fraunhofer-Gesellschaft maintains more than
BREMEN
engineers.
80 research units in Germany, including 60 Fraunhofer Institutes. The majority of the more than 20,000 staff are qualified
As an employer, the Fraunhofer-Gesellschaft offers its staff
scientists and engineers, who work with an annual research
the opportunity to develop the professional and personal
budget of € 1.8 billion. Of this sum, more than € 1.5 billion is
skills that will allow them to take up positions of responsibility
generated through contract research. More than 70 percent
within their institute, at universities, in industry and in society.
of the Fraunhofer-Gesellschaft’s contract research revenue is
Students who choose to work on projects at the Fraunhofer
derived from contracts with industry and from publicly finan-
Institutes have excellent prospects of starting and developing
ced research projects. Almost 30 percent is contributed by the
a career in industry by virtue of the practical training and
German federal and Länder governments in the form of base
experience they have acquired.
HANNOVER BRAUNSCHWEIG
AACHEN EUSKIRCHEN
The Fraunhofer-Gesellschaft is a recognized non-profit
society until five or ten years from now.
organization that takes its name from Joseph von Fraunhofer (1787 – 1826), the illustrious Munich researcher, inventor and
Affiliated international research centers and representative offices provide contact with the regions of greatest importance to present and future scientific progress and economic development. With its clearly defined mission of application-oriented research and its focus on key technologies of relevance to the
entrepreneur.
HALLE
KASSEL
DUISBURG
TELTOW
MAGDEBURG
DORTMUND
OBERHAUSEN
LEIPZIG
SCHMALLENBERG SANKT AUGUSTIN WACHTBERG
funding, enabling the institutes to work ahead on solutions to problems that will not become acutely relevant to industry and
BERLIN POTSDAM
JENA
HERMSDORF
ILMENAU
DRESDEN
CHEMNITZ
DARMSTADT WÜRZBURG ST. INGBERT
KAISERSLAUTERN
ERLANGEN
SAARBRÜCKEN KARLSRUHE ETTLINGEN
PFINZTAL STUTTGART FREISING
FREIBURG KANDERN EFRINGEN-KIRCHEN
MÜNCHEN HOLZKIRCHEN
future, the Fraunhofer-Gesellschaft plays a prominent role in the German and European innovation process. Applied 80
81
R esearch news
R esearch news
RESEARCH NEWS
New transparent electrical conductors – efficient use of resources via innovative materials I 84 Electron treatment – enhancing safety in food production I 88 Coating of bulk goods using a combination of PVD processes I 92 Electron beam fired contacts for silicon solar cells I 94 Development of a new method for strip cooling for high-rate coating I 96 Successful destruction of microorganisms in a fluidized bed I 98 CdTe thin film photovoltaic technology at Fraunhofer FEP I 100 Magnetron-PECVD deposition of amorphous and microcrystalline silicon layers I 102 PolAR: Nanometer structures on square meter surfaces I 104 Study of the effectiveness of bioresonance therapy I 106 Characterization of CdTe thin film solar cells I 108
82
83
TiTarget
TaTarget 1
2
3a
New transparent electrical conductors – efficient use of resources via innovative materials
250 nm
3b
250 nm
3c
250 nm
oxide and titanium oxide were the focus of our research work
1 Reactive pulse magnetron
(see Fig. 4). By using rotatable magnetron systems we have
co-sputtering of TiO2:Ta with a
been able to efficiently deposit layers of aluminum-doped zinc
dual magnetron system having
oxide at high rates. In addition, the effects of various dopants
a target length of 500 mm
such as gallium and titanium on the optical and electrical
2 Transparent conducting
T he ge ne r a l s ca rc i ty o f ra w m a te ri a l s a n d the enormous c os t pres s ure of i ndus tri al produc ti on are f orcing
properties of zinc oxide were studied. This significantly expands
titanium oxide layer on glass
indust r y a nd R &D i n s ti tu ti o n s to d e ve l op i nnov ati v e materi al s . The us e of new, i mprov ed, tr ansparent
the applications of zinc oxide as a TCO material, in particular
3 SEM micrograph of anatase
c onduc t ing m a te ri a l s i s o n e fo cu s o f o u r res earc h ac ti v i ti es .
the use of ZnO:Ga for transparent electronics. By comparison,
titanium oxide layers
doped titanium oxide is still a largely unknown TCO material.
a) without doping
Non-doped titanium oxide is highly transparent in the visible
b) doped with 4% tantalum
Transparent conducting materials are used for many different
enormous growth in new classes of potentially usable
spectral region and is a high-refractive dielectric material
c) doped with 19.8% tantalum
applications. The field of transparent electronics is an emerging
materials. The Fraunhofer FEP is very actively engaged in the
which is used in many optical functional layer systems, for
area of research and technology, which aims to make „invisible“
development of new, transparent conducting materials and
example for protection against electromagnetic radiation.
electronic circuits and optoelectronic components. They are
can tailor the transparent conducting layers and layer systems
Titanium oxide in the crystalline anatase phase is known for
mainly applied in consumer electronic products. In display
to specific end applications. The emphasis in this work is cost
its photocatalytic properties and is used as a self-cleaning,
technology and photovoltaic systems, such materials are mainly
efficiency, namely the large-scale manufacture of thin layers
antibacterial layer. If the titanium atoms are partly replaced by
used for transparent electrodes, for example in touch screens,
of transparent conducting oxides (TCOs) having improved
niobium or tantalum, there is considerable enhancement of
solar cells, flat monitors, and in so-called „smart windows“.
properties.
the electrical conductivity of the material. The charge carrier concentration increases with the fraction of niobium or tanta-
Driven by the global economic increase in the price of raw
In the past year we have been actively engaged in developing
lum. Doped, amorphous titanium oxide has a resistivity in the
materials and end products, in recent years there has been
novel indium-free TCOs for photovoltaic systems. Doped zinc
range from ca. 1 … 5 Ωcm. Conversion of the layers into the crystalline anatase phase at temperatures between 350°C and
4 Properties of sputtered TCOs based on zinc oxide and titanium oxide, large areas of which can be deposited at the Fraunhofer FEP
using in-line coating plants
450°C significantly reduces the resistivity down to the range of 10-4 … 10-3 Ωcm. The resistance values are comparable to
TCO material
ZnO
those of known TCOs such as indium-tin-oxide and aluminum-
TiO2
dopant
Al
Ga
Ti
Nb
Ta
doped zinc oxide.
doping concentration [%]
2
3
3
6
4
Besides the materials science aspects, we have also optimized
SMS [1] or RMS [2]
SMS [1]
SMS [1]
RMS [2] or DMS [3]
DMS [3]
our sputter technologies for high coating rates and variability
metallic 45
magnetron system target
oxidic
oxidic
oxidic
oxidic or metallic
> 350
100
100
47
dynamic deposition rate [nm*m/min]
of the layer composition. Pulse magnetron co-sputtering is a key tool here for depositing ternary and multicomponent layers of any desired composition (Fig. 8). The use of large-area
resistivity [Ωcm] [4]
3.6 × 10-4
2.7 × 10-4
9.3 × 10-4
1.3 × 10-3
2.1 × 10-2
cathodes allows layer deposition on large surfaces. The pulse
extinction coefficient @ 550 nm
2.4 × 10
2.1 × 10
3.4 × 10
1.5 × 10
2.0 × 10
parameters can be chosen to customize the layer composition
SMS: single magnetron system
[3]
[1]
[2]
84
RMS: rotatable magnetron system
-3
-3
DMS: dual magnetron system after annealing the layer in a vacuum
[4]
-3
-2
-2
(Fig. 9). The reactive working point is stabilized by a fast control circuit that adapts the flow of reactive gas using optical emission spectroscopy (Fig. 10). 85
5
6
7
The S-PCU process controller was developed at Fraunhofer FEP
Pulse magnetron co-sputtering is yet another innovative coa-
[5]
5 Testing the electrical
for controlling such processes. This fast controller offers advan-
ting tool developed by Fraunhofer FEP, allowing the continually
gas inlet using any desired spec-
resistance of a TCO layer
tages for managing the process, for example the utilization of
changing requirements of industry to be met and enabling
tral lines
6 S-PCU process controller
any desired plasma emission lines for the control. Optical filters
Fraunhofer FEP to act as an excellent partner for industry to
[6]
are no longer necessary here as they are in classical reactive gas
drive product innovation.
The S-PCU controls the reactive
9 Adjustment of the layer composition of TiO2:Nb by varying the pulse duration ton of the Nb target
control using plasma emission monitors. This allows titanium
voltage pulser
100
oxide layers of high area to be manufactured with different
developed by the Fraunhofer FEP
7 Pilot scale in-line sputter plant ILA 900
ton Ti target
doping concentrations of niobium and tantalum in a range 50
from 1 … 15% and with differing stoichiometry using one and
GZTO: Gallium-zinc-tin-oxide
current [A] Strom [A]
the same target combination. Figure 1 shows the magnetron discharge of a pulse magnetron co-sputtering process for reactive deposition of TiO2:Ta layers from titanium and tantalum targets. Compared to deposition
IGZO: Indium-gallium-zinc-oxide
0
IZO: Indium-zinc-oxide ZITO: Zinc-indium-tin-oxide
-50
from ceramic targets, the layer deposition from metallic targets
ZTO: Zinc-tin-oxide ton Nb target
allows high dynamic deposition rates of 30 … 50 nm × m / min. -100
For example, ca. 150 nm thick TiO2:Nb and TiO2:Ta layers can be
-40
-20
deposited having a resistivity in the range of 10 … 10 Ωcm -3
The layer composition is set by
varying the pulse duration of the
-2
0 time [µs]
20
40
and having absorption in the visible spectral region of less than 8%. Advantages of pulse magnetron co-sputtering:
1 0 Schematic representation of pulse magnetron co-sputtering vacuum chamber
8 Quaternary diagram of the oxide semiconductor system
Ga2O3 – ZnO – SnO2 – In2O3
ffthe utilization of metallic or alloy targets reduces the cost of
Ga2O3
the target material
collimator
ffapplication of conventional sputtering technology: Dual
Ti
Ti80Nb20
spectrometer
magnetron system in the bipolar pulse magnetron sputtering
NbXOY / TiOX
mode
optical fiber
ffhigh deposition rates ffvariable layer composition by selection of the pulse
GZTO
IGZO
parameters
In2O3
ffvery stable sputtering process for depositing ternary IZO
combinations of materials of any desired composition and with good reproducibility
TiOX
piezo valve
ITO
pulse power supply
ZnO
ZTO
SnO2
[6]
Dr. Manuela Junghähnel
control unit spectrometric PCU
86
Contact
ZITO
[5]
reactive gas inlet
Phone +49 351 2586-128
87
Electron treatment – enhancing safety in food production
Since then, many successful trials have been carried out
[1]
treating seeds with electrons. Partnerships with plant
of eco-friendly seed dressing
manufacturers (Schmidt-Seeger AG and its spin-off EVONTA
plants“
Service GmbH), several agricultural businesses, in particular
The project was funded by the
the BayWa site at Hainichen / Sachsen, and collaboration with,
European Union and the Free
It is m ore t ha n 2 5 ye a rs s i n ce th e fo rm e r M anfred v on A rdenne res earc h i ns ti tute fi rs t c arri ed o ut st udies
amongst others, the Biologische Bundesanstalt für Land- und
State of Saxony.
on t he st e r iliz i n g e ffe ct o f a cc e l e ra te d e l ec trons on c ereal s eeds . H owev er, i t has taken unti l th is year f or
Forstwirtschaft (BBA; now the Julius Kühn Institute) and the
Funding reference: 3433/565
t his a pplic a t io n to m a k e i ts co mme rc i a l b reakthrough.
Saxon State Institute for Agriculture have enabled much
Project partners:
practical experience to be gained and have enabled studies
Schmidt AG
on the effectiveness of the plant protection to be carried out
Fraunhofer FEP
Project title „New generation
The chemical effects of ionizing radiation (e.g. gamma radia-
The solution is to use accelerated electrons. In contrast to
in order to optimize the technology. At this time the focus
tion, electron beams, x-ray radiation) on polymers have been
gamma radiation, the penetration of electrons into materials
was on treating cereal seed, however rapeseed, the seeds
[2]
known for a long time. The effects, which include crosslinking
is much lower and can be accurately adjusted via the kinetic
of leguminous crops, and vegetable seed were also studied.
Biologische Bundesanstalt für
and polymer degradation, essentially result from the breaking
energy of the impinging electrons. Thus the sterilizing effect
In Germany more than 200,000 hectares were sown with
Land- und Forstwirtschaft Berlin-
open of multiple bonds in the polymer due to the energy
can be restricted to the surface and a defined outer layer of
electron beam treated cereal seed. An overview was published
Dahlem „Electron treatment of
input and the subsequent generation of highly reactive chain
the seed grains, without affecting the seed embryo or the
by the BBA in 2005 of some of the results of these trials .
cereal seed – Summary and eva-
ends and radicals which in turn undergo secondary reactions.
endosperm inside the seed grain. In the 1990s large-scale trials
[2]
Communications from the
luation of results in the field“,
Accelerated electrons can be beneficially used to supply this
on cereal seeds were successfully carried out at the Fraun-
Despite the recommendation of the BBA and the EPPO
energy, because unlike gamma radiation sources electron
hofer FEP. The seed treatment was undertaken in a vacuum
(European and Mediterranean Plant Protection Organization)
sources can be readily switched off and hence plants can be
chamber, because the acceleration of freely moving electrons
to use this treatment method for both conventional and
managed far more easily.
is only possible under high vacuum conditions. This continually
organic agriculture and despite its many advantages (no use
operating plant was extremely complex from a technical point
of chemicals, environmentally-friendly, no dust, cost-efficient),
Similarly, complex polymer molecules in living organisms such
of view and there were side-effects on the seeds from the
this technology remained in the shadows for 10 years and did
as chains of DNA are also affected by the energy input. Strand
vacuum conditions.
not make a commercial breakthrough. The reasons for this are
no. 399, 2005 (ISSN 0067-5849, ISBN 3-930037-20-3)
varied and include:
breaks, base loss, denaturation, and longitudinal crosslinking as a result of electron bombardment lead to irreparable dama-
The technological breakthrough came with the development
ffthe existence of an established and proven technology for
ge to DNA molecules and hence to cell death. These effects
of band emitters at the Fraunhofer FEP. This type of electron
the chemical dressing of seed using a functioning sales
are the key for the sterilizing effect of accelerated electrons,
source has a linear electron emitter which permits large
network and existing plant technology ffelectron treatment of seed has no effect on pathogens in
because amongst other things harmful germs can be killed.
linear expansion of an electron source with a compact design
The sterilization of medical products with gamma radiation
and uses a so-called Lenard window to pass the accelerated
was established on this basis. Gamma radiation passes deeply
electrons from the evacuated electron source to atmosphere.
ffafter the electron treatment the seed looks the same to the
into materials, resulting in sterilization of the whole volume.
It hence became possible to treat seed in air via a continuous
eye, hence there is no simple way of proving that seeds has
For treating seeds, however, such a treatment is totally
process. A publicly funded joint project [1] enabled a mobile
been successfully treated
unsatisfactory because sterile seed grains are no longer able to
prototype production-scale plant to be developed and cons-
germinate.
tructed by the year 2000 in collaboration with Schmidt AG.
the soil
1 Mobile plant for seed treatment dressing area seed feed operating room
switch room
supply room
ffthe reluctance to use ionizing radiation in the agricultural
sector ffhigh acquisition costs for an electron treatment plant
88
89
seed flow
electrons
seed coat
embryo
2
electron generators
3a
3b
3c
2 Signing of a cooperative
The last two years, however, have seen a shift in opinion about
The treatment of seed is, however, certainly not the only area
A recent detailed study by the European Food Safety Authority
seed treatment. Several chemical dressings have had their
of focus. Microbial contamination is also an issue with animal
(EFSA)
found at:
agreement for further develop-
approval withdrawn. New approvals and hence the develop-
feed (crops used for animal feed and pelleted animal feed) and
or microbiological risk to consumers from this technology. As
www.fep.fraunhofer.de/press
ment of seed treatment techno-
ment of new chemical dressings have decreased markedly in
with foods.
such, a versatile treatment method is now available for making
[4]
the food chain management from agricultural production to
news/cef110406.htm
number. There are a growing number of bacterial pathogens
[4]
clearly indicated, however, that there is no chemical
[3]
Further information can be
www.efsa.europa.eu/en/press/
logy by: PETKUS Technologie
with no effective control agent. There was a serious outbreak
In Germany the treatment of foods with ionizing radiation
of E.coli infection caused by sprout seeds. Many existing seed
is forbidden, except on herbs and spices. In contrast, the
treatment methods are unsuitable for organic agriculture. All
sterilization of foods – in particular fruit – using ionizing
The Fraunhofer FEP would still like to go a step further and
BayWa AG
these factors have led to reevaluation of alternative strategies
radiation (mostly gamma rays) is increasing worldwide. At
for many applications would like to significantly reduce the
3 The principle of
for seed treatment worldwide. We were fortunate in being
the IMRP (International Meeting of Radiation Processing) in
effect of the ionizing radiation on the product. Microbial con-
electron treatment:
able to acquire Nordkorn Saaten GmbH as a partner for seed
Montreal this year, microbe reduction in foods using ionizing
tamination of foods is often only present on the surface and
a) downstream treatment
treatment in the north of Germany.
radiation took center stage. Driven by cases all over the world
in a boundary layer. By customizing the electron treatment it is
b) all-side treatment with
The efforts to establish seed treatment using electron beams
where consumers have been put at risk (EHEC in Germany,
possible to only irradiate these regions. This is yet another rea-
electrons
microbe-contaminated spinach and E. coli infections from
son for using this gentle, eco-friendly, and reliable technology.
c) selective seed coat treatment
resulted in the purchase
[3]
of the prototype plant by a con-
sortium of BayWa AG and Nordkorn Saaten GmbH in the
contaminated minced meat in the USA, and infection due
summer of 2011. In its first year it was utilized to almost full
to contaminated fruit in south-east Asia), treatment plants
capacity. In collaboration with a new partner involved in plant
have now been installed all over the world. The export of
technology for seed treatment, Röber Institut GmbH, and the
fruit to the USA is only possible, for example, after radiation
users BayWa AG and Getreide AG (and subsidiary Nordkorn
treatment. As has been proven, ionizing radiation effectively
Saaten GmbH), a decision has already been made to jointly
kills microbes and makes products sterile, without the need
further develop the process and project applications are being
for chemical additives or high temperatures and as such is an
prepared. The objectives include:
extremely gentle technique. If foods or their ingredients have
the end product even safer.
Getreide AG Fraunhofer FEP
been irradiated, it is compulsory all over the world to state this ffless expensive and more compact plant technology
on the label (Fig. 4).
ffflexible adaptation to different types of seeds and
throughputs ffintegration into existing seed treatment plants
Although such a label tends to make German consumers wary, in the USA this labeling now has a positive status,
4 „Radura symbol“ for labeling foods that have been treated via irradiation
because it represents a „safe food“. The focus will not only be on traditional cereal seeds but also on corn seed, sensitive sprout seed, and high-value fine
One argument against the sterilization of foods with ionizing
seeds.
radiation is the effect of the radiation on the food. Reactions in the organic material such as the formation of highly reactive
Contact
In 2011 the Fraunhofer FEP started introducing electron beam
radicals, the breaking up of the chains of organic molecules
seed treatment to the Chinese marketplace. The board of the
and hence the generation of cleaved products etc., and their
Frank-Holm Rögner
Fraunhofer-Gesellschaft has made substantial PROFIL funds
effects on food uptake by the human body have been little
Phone +49 351 2586-242
available for this.
researched and are hence deemed to be a risk or danger.
90
91
1
2
3
Coating of bulk goods using a combination of PVD processes T he t re a t m e n t o f s ma l l co mp o n e n ts a s b ul k goods i s an ec onomi c al l y attrac ti v e al ter nati v e to treat ing t he
4
Rivets that have been coated using the new PVD process have
Project funding:
1 Batch of blind rivet sleeves
received wide interest from industry and are currently being
DFG / AiF cluster project
(5 kg) prior to coating
qualified in application tests for use in industrial production.
„Combined mechanical-medial
2 Quality control after coa-
In the coming years further applications can be expected for
ageing of riveted joints in hybrid
ting the bulk goods
coating mass-produced products using innovative combinati-
structures“
3 Cross-section of a corro-
ons of PVD processes.
Subproject A1
sion protection layer system
indiv idua l c om p o n e n ts . Ho we ve r, a n u m b er of tec hnol ogi c al c hal l enges needs to be ov erc ome. Fr aunhof er
„Development and evaluation of
comprising multiple Al / Cr
F E P ha s de v e l o p e d a v e ry p ro m i s i n g s tra tegy for thi s .
PVD layer systems on fasteners in
layers and a top passivating
order to improve the resistance
layer of aluminum oxide
Vacuum coating processes for refining the surfaces of
coating of bulk goods. Until now these layer systems where
components are commercially in wide use. This is, however,
only available for flat substrates and, to a limited extent, for
only true for the coating of individual components, but not
individual components.
of riveted joints to ageing“
4 ALMA 1000 plant for coa-
(IGF 16249 BR/1)
ting bulk goods
for mass-produced products such as rivets, screws/bolts, nuts, pins, springs, and bearings. Indeed, the latter often have to
As a result of many years of development work, it is currently
be coated, either to provide protection against wear or corro-
possible to coat in the plant ALMA 1000, developed at
sion, or to achieve reduced friction, low contact resistance or
Fraunhofer FEP, up to 30 kg of small parts (such as the blind
to improve the aesthetic appearance.
rivet sleeves shown in Fig. 1) within 60 to 90 minutes with a layer system of about 10 µm thickness. The reliability of the
In order to be able to compete with established methods for
process is so high that in a batch of several thousand coated
coating bulk goods (such as mechanical, chemical, and
small parts only a few of them show visible defects – mostly
electrolytic plating or immersion and spin coating), the
caused by spattering or flakes from the installations. Under
vacuum coating process must prove its advantages: quality,
the microscope, analysis of cross-sections of the coated
flexibility, and eco-friendliness. It further has to compete
rivets showed the uniform coverage on all external surfaces
economically regarding its efficiency and resource-saving.
as well as a small, and in most cases acceptable, reduction
5 Schematic representation of the coating of bulk goods via plasma-activated deposition and magnetron sputtering vacuum chamber
in the layer thickness in holes and recesses (ca. 30 … 50%). Using the example of rivet elements with corrosion protection
On increasing the magnification (Fig. 3), the lamella-like
coating for the car manufacturing industry, researchers at
fine structure of the corrosion protection layers becomes
Fraunhofer FEP have been able to demonstrate the potential
visible, revealing layers of vaporized aluminum (dark gray
of physical vapor deposition (PVD) as an alternative to esta-
regions) and sputtered chromium (light strips). The aluminum
blished processes. The key to success was using a combina-
provides the cathodic corrosion protection function, whereas
tion of different deposition methods, namely plasma-activated
the chromium intermediate layers act as diffusion barriers
deposition and magnetron sputtering. The coating process
and disrupt the grain growth of the aluminum during the
as well as the substrate movement can be controlled in a
layer deposition. A top passivating layer of aluminum oxide
freely programmable way. This allows layer architectures such
completes the layer stack.
boat evaporator
magnetron
boat evaporator hollow cathode
dense plasma
ContaCt
substrates substrate drum
Dr. Fred Fietzke Phone +49 351 2586-366
as gradients and multilayers to be applied for the high-rate 92
93
1
2
3
Electron beam fired contacts for silicon solar cells
The project was funded by the
1 Solar cell with EBFC back
European Union and the Free
contact
State of Saxony.
2 EBFC grid
Funding reference: 12896/2155
4 Manufacture of electron beam fired contacts (EBFCs)
T he use of h i g h -p ro d u cti vi ty te c h n o l o g ies to manufac ture effi c i ent s ol ar c el l s i s a key prere quisit e f or
Project partners:
f ur t he r c ost re d u cti o n i n th e u ti l i za ti o n of s ol ar power. El ec tron beam fi red c ontac ts c an c ont r ibut e t o
Roth & Rau AG
data processing system
t his, in pa r t icu l a r i n va cu u m p ro ce s s l i n e s .
Research and development work on crystalline silicon solar
the passivation layer remain intact over much of the surface.
cells is focused on further enhancement of the efficiency of
Simultaneously there is local diffusion of aluminum, which
the solar cells and on reduction of the production costs.
lowers the contact resistance and also reduces the charge
A standard process for improving the efficiency is passivation
carrier recombination in the contact region.
electron beam source with deflection system
3 ERICA cluster plant for coating and structuring processes
Fraunhofer FEP
backscattered electron detector
secondary electron detector
electron beam
of the solar cell surface with layers or a layer system having a thickness of a few tens of nanometers. These usually consist
Besides the ability to use the electron beam in a vacuum, this
of silicon dioxide or silicon nitride and are manufactured using
technology has some other advantages over the normally used
vacuum processes. The passivation reduces the surface recom-
laser tools for making the contact:
metal back contact passivating layer
EBFC
silicon solar cell
bination rate and so helps to minimize charge carrier losses. In order to manufacture contacts to conduct the current, it is
ff the electron beam is a particle beam having a characteristic
however necessary to locally open these electrically insulating
energy absorption in the volume. In contrast to the near-
layers. For example, this is carried out prior to applying the
surface absorption of laser light, the main energy input can
metal back contact using a pulsed laser at atmospheric
be customized by varying the acceleration voltage of the
pressure.
electrons depending on the layer thickness to be penetrated
sunlight
5 Volume-absorbed power for three different acceleration voltages normierte absorbierte Leistung pa(z)/pa max
(Fig. 5). behind this project was to directly carry out further process steps in a vacuum. Electron beam technologies can be advantageously used for this. It was demonstrated, in principle,
ff the inertia-free deflection system of the beam allows very
high processing speeds. The manufacture of contacts for one solar cell per second is realistic. ff secondary effects of the electron beam such as secondary
that the aluminum back contact can be applied by high-rate
electrons or backscattered electrons can be used to monitor
electron beam deposition. In a subsequent step, a focused
and control the process.
electron beam (beam diameter ca. 50 µm) is used to locally join the aluminum layer to the silicon base material via local
Solar cell efficiencies of 12.7 percent have already been
melting, with the intermediate passivation layer being opened
measured on the first solar cells with vapor-deposited metal
at this point (Fig. 4). For these local electron beam fired
backs and electron beam fired contacts (Fig. 1).
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0
distance z from the surface [µm]
After applying the passivation layer in a vacuum, the base idea
normalized absorbed power pa(z)/pa max Al
SiO2,
4
SiN
Contact
8
12
10 kV 30 kV 50 kV
Silizium
Benjamin Graffel Phone +49 351 2586-212
contacts (EBFCs) it is beneficial if the effective properties of 94
95
1
2
3
4
Development of a new method for strip cooling for high-rate coating
The project was funded by the
1 Cooling body with brush
European Union and the Free
covering
State of Saxony.
2 Gaseous cooling drum in
Funding reference: 14274/2473
the coating chamber of the MAXI plant
The full potential of high-rate vacuum coating has not always been able to be realized in the past
Project:
3 Insufficient strip cooling
because heat causes deformation of the substrate strips or damage of the layers. Newly developed methods
„New technologies for solar
leads to increased folding of
for strip cooling are allowing these limitations to be overcome.
applications“
steel strips
4 Effective strip cooling Project partners:
prevents damage to the
VON ARDENNE
strips when there is high
The realization of a substrate cooling system within a vacuum
of magnitude must be guaranteed. The special challenge
plant is extremely complex because efficient heat transfer
is that the chamber of high pressure can only be sealed by
processes require the presence of matter. The heat contact
a moving strip. Figure 5 schematically shows that there are
between two solids, here from a strip-form substrate to a
two pump stages which minimize the gas flowing into the
cooling body, is limited by the microscopic roughness of
process chamber of the vacuum plant. Figure 6 shows that
the surfaces. A brush-like covering on the cooling body (see
the desired separation of the gap from the process chamber
cess for cooling substrates
Fig. 1, [1]) is able, due to its flexibility, to even out the microsco-
can be successfully realized and that low process pressures
[2]
pic roughness. There is a greater number of solid-solid contact
of even below 10 mbar can be maintained when operating
points for heat transfer and this considerably increases the
the gaseous cooling drum. The most important result from
efficiency of cooling strip-form substrates.
Figure 6 is that heat transfer coefficients of up to 200 W/m K
Anlagentechnik GmbH
5 Schematic representation of the gaseous cooling drum
heat input
Fraunhofer FEP
process chamber [1]
pressure regulator
-5
pump
2
were demonstrated for the first time. Figure 4 shows that the
2nd pump stage
Measurement of the heat transfer coefficient gave values up
strip cooling leads to fold-free and reject-free strip transport in
1st pump stage
to 120 W/m2K. Values for currently used cooling drums are
the hot zone.
EP 1674591, Device and pro-
EP 1802786, Device and pro-
cess for cooling strip-form strip
pump
substrates
region of higher gas pressure
only about 50 W/m K. In order to use a brush cooling device 2
there is a need to optimize the strip tension in relation to the
Strip cooling will be further optimized at the Fraunhofer FEP
cooling effect, and the roughness of the back side of strips.
in the future, but even at this stage this is opening up new
6 Heat transfer coefficient and resulting process chamber pressure as a function of the gas pressure below the strip
sensitive surfaces [2]. For this a gas was passed into a gaseous cooling drum (see Fig. 2 and 5) in the gap between the strip and drum surface. In order to achieve high heat transfer coefficients, gas pressures of at least 5 mbar and up to 100 mbar are required. As process pressures of 10-4 mbar have to be maintained for the
processes.
200 1E-4 150
100
1E-5
50
1E-6
0 0
20
40
60
gas pressure for gap [mbar]
80
process chamber pressure [mbar]
A further cooling method has been developed for strips with
heat transfer coefficient [W/m²K]
perspectives for applications of high-rate vacuum deposition
Contact Dr. Jens-Peter Heinß Phone +49 351 2586-244
vacuum coating, a local pressure difference of up to six orders 96
97
1
2
3
Successful destruction of microorganisms in a fluidized bed
4
5 Fluidized bed process for manufacturing granulates spraying
winding
curing
processed granulate
The project was funded by the
1 Fluidized particles during
European Union and the Free
the UVC treatment
State of Saxony.
2 Fluidized bed plant
Funding reference: 13344/2269
UVC radiation
3 Black mold (Aspergillus niger)
In t he E B- C IP (E l e ctro n B e a m – Cl e a n i n g I n Pl ac e) j oi nt res earc h proj ec t, whi c h s tarted i n 2008, r adiat ion-
Project:
4 Bakers‘ yeast (Saccharo-
induc e d c le a n i n g p ro ce s s e s i n fl u i d i z e d b eds were s tudi ed. Thi s proj ec t was c arri ed out j oi ntl y w it h GLATT
„EB-CIP (Electron Beam – Clea-
myces cerevisiae
S y st e m t e c hni k G m b H a n d wa s fu n d e d b y the Sax on State M i ni s try for Sc i enc e and the A rts (SMWK) .
killed within a short time. Non-irradiated granulate and gra-
requirements regarding product quality and microbiological
nulate that had been exposed to a temperature of 100°C in
cleanliness. For this reason, the raw materials (usually granula-
the fluidized process showed a greater number of undesirable
tes) must be totally germ-free. A joint research project, funded
active cells (Fig. 6).
by the Saxon State Ministry for Science and the Arts (SMWK) and being carried out with GLATT Systemtechnik GmbH,
In the third phase of testing, a black mold (Aspergillus niger)
has developed a new plant concept for freeing fluidized raw
applied to powder-form dicalcium phosphate dihydrate was
materials, destined for pharmaceutical products, from harmful
irradiated. Dicalcium phosphate dihydrate is an important
microorganisms.
raw material in the pharmaceutical and food industries. Germ reduction via exposure to heat is not an option because
A fluidized bed plant (Fig. 2) is used to irradiate the powder
temperatures of over 60°C release water of crystallization from
with UVC rays (254 nm) during the granulation process, mea-
the dihydrate, making it of lower quality and unusable. UVC
ning that the individual layers in onion-like granulate structure
irradiation allowed the number of living microorganisms to be
grow germ-free (Fig. 5).
reduced by about 98 percent in just 4 minutes (Fig. 7), without any heat-induced quality loss.
In the first phase of testing, the effectiveness of UVC radiation
irradiated
germ-free granulates in a fluidized bed process. The UVC
todextrin core and onion-like layers of inactive yeast powder. Constant treatment with UVC radiation during the granulating process in the fluidized bed led to the microorganisms being 98
living cell per gramm
700
irradiation all the fungi were killed (survival rate 0%).
germs in the bulk.
untreated
100°C
7 Irradiation of dicalcium phosphate dihydrate contaminated with black mold 800
contaminant. The aim was to obtain granulate with a mal-
Fraunhofer FEP
October 2008 – December 2011
concept developed in the project is suitable for manufacturing
powder was sprayed with a suspension of bakers‘ yeast as a
Project partners:
Project term:
known as bakers‘ yeast) was studied. After just 5 seconds of
carry out further tests using electron beams in order to also kill
cured shell
6 Inactivation of yeast cells in the granulation process
The tests that were undertaken demonstrate that the plant
In the second phase of testing, an organic maltodextrin
onion-like layers
Glatt Systemtechnik GmbH
on a test organism (the fungus Saccharomyces cerevisiae, also
radiation, however, only acts on the surface. It is planned to
germs / powder
cell count per gramm granulate
Medical and pharmaceutical products are subject to strict
ning in Place)“
UVC radiation spray droplets
Contact
600
untreated
500
UVC irradiated with 1400 W
400
Christoph Kleemann Phone +49 351 2586-479
300 200 100 0
André Weidauer 0
2
4
6
time [min]
8
10
12
Phone +49 351 2586-164
99
1
2
2
CdTe thin film photovoltaic technology at Fraunhofer FEP
on the morphology of the CdS window layer. The complex
The project was funded by the
1 Segmented solar cell for
mutual influences on different properties on each other could
European Union and the Free
measurement purposes
only be understood gradually via extensive analytical studies
State of Saxony.
3 CdTe process chain at the
(see the article: „Characterization of CdTe thin film solar cells“
Funding reference: 14549/2533
in-line coating plant CATE
by Dr. Olaf Zywitzki). F r a unhof e r F E P h a s b e e n i n vo l ve d fo r m a ny y ears i n dev el opi ng v ari ous i ndi v i dual l ay ers for ph ot ovolt aic
1 × 10-3 mbar
a pplic a t ions. B e c a u s e o f a j o i n t p ro j e c t wi th Roth & Rau A G now the enti re proc es s tec hnol og y f or t hin
To evaluate the cell properties, an I-V test unit with sun simula-
f ilm sola r c e ll s i s a v a i l a b l e i n th e i n s ti tu te. U s i ng new pl ant tec hnol ogy c ombi ned wi th anal y ti cal process
tor and a quantum efficiency test unit are available. The work
m onit or ing c o mp l e te ca d m i u m te l l u ri d e s ol ar c el l s are bei ng made and opti mi z ed.
is allowing continuous increase in the solar cell efficiency. At present, an efficiency of 13.0 percent (with gold back contact)
Cadmium telluride (CdTe) based solar modules combine
undertaken using the CSS (close-spaced sublimation) method
the advantages of high efficiency and low production costs
by sublimating the materials in the in-line coating plant CATE
due to a rapid thin film coating process. They are hence
Working pressure:
Substrate temperature: 500 … 520°C Dynamic coating: 0.5 … 1.5 m/min
has been demonstrated.
Substrate size:
(Fig. 3). The coating plant has a loading chamber, a heating
The realization of the entire CdTe process chain means that
2 In-line coating plant CATE
very attractive for industrial applications. A joint project
chamber for the substrate, two CSS evaporation chambers
the Fraunhofer FEP can gain considerable new expertise in the
with Roth & Rau AG, funded by the EU and the Free State
for CdS and CdTe deposition, an unloading chamber, and a
area of thin film photovoltaic technology.
of Saxony, has enabled the entire process technology for
chamber for activation of the layers using chlorine-containing
manufacturing CdTe based solar cells in the superstrate
gas mixtures. The whole plant is equipped with radiation
configuration with a size of 10 cm × 10 cm on glass substrates
heaters for temperature management.
10 × 10 cm²
to be developed (Fig. 1). The activation of the absorber layer and heterojunction is The process chain realized at the Fraunhofer FEP involves the
being undertaken using either by the classical wet chemical
deposition of the transparent front contact, the deposition of
treatment or by dry processing in the chlorine treatment
the cadmium sulfide (CdS) window layer and the CdTe absor-
chamber of the CATE plant. For the ongoing research work,
ber layer which form the heterojunction at their interface, the
gold contacts with temporary functionality are used for back
chlorine activation, the tellurium enrichment at the junction to
contacting. In parallel, work is being carried out to develop an
the back contact layer and the deposition of the back contact
antimony telluride (SbTe) based back contact system.
layer. Key aspects of the project work are tests on thinner and The deposition of indium tin oxide and zinc oxide based TCO
hence less absorbing CdS window layers, on reducing the
(transparent conductive oxide) front contact layers, of barrier
layer thickness of the CdTe absorber, and on optimal chlorine
layers for stabilizing the glass surface, and of buffer layers for
treatment with regards to recrystallization, enhanced p-doping
modifying the electronic structure are carried out using pulse
of the absorber layer, and overcoming the lattice mismatch
sputtering technology on the in-line plant ILA 750. Standard
of window and absorber materials. In addition, the chlorine
substrate glass precoated with fluorine-doped tin oxide layers
activation also affects the properties of the CdS window layer
Dr. Henry Morgner
were also included in the studies. The coating of the substrates
and the buffer layer between the TCO and window layer. The
Phone +49 351 2586-209
with the CdS window layer and the CdTe absorber layer was
surface properties of the TCO layers exert a further effect
100
Contact
101
1
2
3
Magnetron-PECVD deposition of amorphous and microcrystalline silicon layers
4
1 Thin film solar cell
By using monosilane and hydrogen precursors, intrinsic
The project was funded by the
amorphous (a-Si:H) and microcrystalline (µc-Si:H) silicon layers
European Union and the Free
2 Cluster 300 experimental
can be deposited which can, for example, be used in thin film
State of Saxony.
plant for stationary magnet-
photovoltaic technology as the absorber material (Fig. 1).
Funding reference: 12896/2155
ron sputtering
3 Plasma from a ring ma-
In order to evaluate the potential of the process for this
A m or phous s i l i c o n l a y e rs a re u s e d , a mongs t other thi ngs , i n thi n fi l m photov ol tai c tec hnol og y and as a
application, a test series was undertaken on a laboratory
[1]
m a t e r ia l f or t h i n fi l m tra n s i s to rs . M a g n e tron-ac ti v ated PEC VD proc es s es al l ow depos i ti on of s uch layer s at
plant using the double ring magnetron DRM 400. The layer
Hexamethyldisiloxane
high r a t e s a n d o n l a rg e s u rfa c e s .
properties that have been achieved are shown in Figure 5.
[2]
The amorphous layers have high photosensitivity (light
Tetraethylorthosilicate
HMDSO:
TEOS:
gnetron
4 Double ring magnetron DRM 400
conductivity / dark conductivity). The best amorphous layers to The magnetron-PECVD process is a PECVD (plasma-enhanced
The use of a magnetron as a plasma source allows the PECVD
date have been deposited at rates up to 5 times higher than
chemical vapor deposition) process in which a magnetron
process pressure to be reduced to the pressure of sputter
in PECVD processes with other plasma sources. The hydrogen
sputter source is used as the plasma source. In 2008 we
processes. This allows easy combination of PECVD process
content and the microstructure parameters (a measure of the
reported on this new coating technology for the first time. The
with sputter processes. In addition, the technology requires
hydrogen bond distribution) require, however, further optimi-
following year saw the first transfer of the plant technology to
no complex impedance matching as is the case for HF-PECVD.
zation. First microcrystalline layers having a crystal fraction of
industrial production. Up until now, the precursors for the lay-
In order to coat large surfaces for industrial production, it is
70 percent were also manufactured.
er formation have been silicon-containing organic monomers
necessary to scale up the technology. Magnetron sources of
such as HMDSO [1] and TEOS [2]. A schematic representation of
2 meters with a homogeneous plasma distribution are already
The high coating rate, the layer properties thus far achieved
the magnetron-PECVD process with a double ring magnetron
commercially available, meaning that this technology can be
for amorphous silicon, and the ability to also deposit micro-
sputter source (DRM 400, see Fig. 4), as used for the develop-
used for coating large areas.
crystalline layers make this process promising for thin film
ment work, is shown in Figure 6.
photovoltaic technology.
5 Layer properties of amorphous (a-Si:H) and microcrystalline (µc-Si:H) silicon properties a-Si:H
Fraunhofer FEP sample (Ωcm)
literature value
-1
< 1.0 × 10-10 (Ωcm)-1
-1
dark conductivity
2.9 × 10
light conductivity
1.0 × 10 (Ωcm)
> 1.0 × 10 (Ωcm)
2.5 × 105
> 1.0 × 105
21.2 at. %
9 … 11 at. %
0.6
< 0,1
light / dark conductivity hydrogen content microstructure parameter R* band gap (Tauc-method)
-12 -6
-5
2.0 eV
1.8 eV
2.7 nm/s
0.5 nm/s
properties µc-Si:H
Fraunhofer FEP sample
literature value
crystalline fraction
70%
60 … 80%
1.2 nm/s
0.4 nm/s
coating rate
coating rate
102
6 Schematic representation of magnetron-PECVD
-1
inlet of SiH4, H2 and Ar
substrate
outer target (red) inner target (green)
Contact Pierre Pötschick
flange
Phone +49 351 2586-377
Dr. Hagen Bartzsch pulse generator DC power supply UBS-C2
Phone +49 351 2586-390
103
1
2
3
4
2.0kV 1.6mm x 50.0k SE(U)
PolAR: Nanometer structures on square meter surfaces
1.00 µm
2.0kV 2.6mm x 50.0k SE(U)
1.00 µm
made of triacetate cellulose (TAC), fluorine-containing polymer
Project funding:
1 Roll-to-roll plant
films (ETFE) right through to special customer substrates can
Federal Ministry of Economics
coFlex® 600
be provided with anti-reflection properties using this process.
and Technology
2 Left: anti-reflective PET film with PolAR treatment;
Project:
Right: untreated PET film
N a nost r uc t ure d s u rfa ce s a re u s u a l l y a s s o c i ated wi th di mens i ons of a max i mum of a few s quare cent im e-
“Promotion of innovative net-
3 SEM micrograph of an
t e r s. T he P olA R p ro j e ct [1 ] (P o l y me ri c s u rf ac es wi th anti -refl ec ti on properti es ) has dev el oped a technology
works“ (Innonet)
untreated PET film
f or m a nuf a c tu ri n g l a rg e -a re a n a n o s tru ctured pol y mer s urfac es .
Funding reference: 16IN0723
4 SEM micrograph of a PET surface etched using the
Project partners:
[1]
Nanostructured surfaces allow products with completely new
To realize this process a plasma or ion source is required which
Fraunhofer IOF
properties for example with regards to their optics and surface
guarantees homogeneous bombardment of the surface with
Fraunhofer FEP
energy. The downside is that many of the processes for produ-
ions.
TU Dresden
cing such surfaces have little potential for mass production.
Faculty of Electrical and
From these preliminary considerations it is clear that the It is known that polymer films can be coated in roll-to-roll
adaptation of the structuring process for web coating plants
plants very effectively. The film in the form of a roll is fed
represents a unique opportunity for generating nanostructured
into the plant and coated by passing over process stations.
surfaces on large areas. However, a plasma or ion source is
Figure 5 shows such a roll-to-roll plant (the coFlex® 600) at the
required which provides adequate productivity in the process,
Fraunhofer FEP for coating polymer films.
which can be easily installed in web systems, and which allows stable process operation over a period of several hours. The
Computer Engineering,
5 Schematic representation of the coFlex 600 roll-to-roll plant ®
Institute for Solid-State Elecunwinder
rewinder
tronics Southwall Europe GmbH
polymer film
Island Polymer Industries GmbH dual magnetron systems
Leica Microsystems GmbH
The roll with the substrate film is placed on the unwinding
PolAR project was set up in order to tackle these challenges.
shaft. The web drive transports the film through the six
The primary application goal was to manufacture a film with
SeeReal Technologies GmbH
processing stations up to the rewinding shaft. Dual magnetron
anti-reflection properties. A dual magnetron system was
Roth & Rau Microsystems
systems (DMS) are installed in the processing stations. Depen-
identified in the project as a suitable ion source. Sources of
ding on the desired coverage, up to six layers can be applied
this type are usually used for coating. However, working in
to the film via magnetron sputtering or magnetron PECVD
an oxygen-rich atmosphere suppresses film formation and
processes in one run. The film width is 600 mm and roll
considerably promotes ion bombardment of the substrates.
lengths are typically several kilometers. The plant thus allows
This was proven by diagnostic plasma tests. Using DMS sour-
large areas to be coated without interruption of the vacuum.
ces it was possible to produce a polyethylene terephthalate
A process , that has been developed at the Fraunhofer IOF in
(web speed) of 0.5 m/min per station. Figure 6 shows that
Jena, utilizes the self-organizing formation of nanostructures
the degree of anti-reflection of a film produced in the PolAR
on polymer surfaces during ion bombardment. Using this
process is comparable to that of a 4-layer interference system.
method, nanostructured surfaces can be produced without
It was also demonstrated that the process can be readily
the otherwise common lithographic or replication steps.
adapted for a variety of substrate materials. For example, films
104
Rodenstock GmbH
GmbH NOWOFOL Kunststoffprodukte GmbH & Co. KG
6 Reflection spectra of the PET films
Johnson Controls GmbH
20 PET untreated anti-reflection with double-sided AR coating anti-reflection with double-sided plasma treatment
15
reflection [%]
(PET) film with anti-reflection properties at a productivity [2]
PolAR technology
[2]
Contact
DE 10 2006 056 578 A1 Dr. Matthias Fahland Phone +49 351 2586-135
10
5
0 350
400
450
500
550
600
650
700
750
wavelength [nm]
800
850
Waldemar Schönberger Phone +49 351 2586-139
105
1
2
Study of the effectiveness of bioresonance therapy Biore sona nc e th e ra p y i s a n a l te r n a ti v e m ethod of phy s i c al medi c i ne. The effec ti v enes s of bi ore sonance is
3a
3b
received requests from Asia, in particular from Japanese
1 Bioresonance devices
companies, where physical medicine has a long tradition. The
which were used
Vereinigung zur Förderung der Schwingungstherapie e. V.
2 Biomedical laboratory
(German Association for the Promotion of Resonance Therapy)
unit at Fraunhofer FEP
deems the study to be an important milestone for the advan-
3 Microscope images of
cement of this type of therapy.
keratinocytes (100-fold mag-
gre a t e r t ha n a me re p l a c e b o e ffe ct, b u t up unti l now i ts s c i entifi c bas i s has not been i dentifi ed. This has
nification);
now be e n inve s ti g a te d a t a c e l l b i o l o g i c al l ev el i n the bi omedi c al l aboratory uni t of the F raunhof er FEP.
a) before the bioresonance therapy b) after the bioresonance
specific resonances and is already utilized in physical medicine.
metabolic activity of healthy connective tissue cells by up to
Some successful healing has been demonstrated, particularly
8 percent and that of damaged connective tissue cells by up to
for illnesses of the thyroid gland. However, up to now there
4 percent (Fig. 4). The measurement of the metabolic activity
has not been a clear scientific basis for this which eliminates
of keratinocytes has so far only given unspecific values. Howe-
placebo effects. Studies on cell cultures have the major
ver, these cells showed interesting results regarding cell repair:
advantage that no placebo effects are possible.
Both damaged and healthy keratinocytes showed significantly increased cell division activity, with this being up to 44 percent
As part of a pilot study, test models were developed in our
more depending on the bioresonance device (Fig. 5).
biomedical laboratory unit to study the effect of harmonizing
Considerably less activation of the cell division was found for
resonances from various bioresonance devices (Fig. 1) on
the connective tissue cells (ca. 10%). Important to note here
specific biological processes in cell cultures. Cell changes such
is that the treatment did not change the morphology of either
as stimulation of the cell metabolism and cell cycle activity
cell type (Fig. 3a / b), meaning that no adverse side-effects of
provide information about any revitalizing or healing effect of
the resonances have been observed.
the resonances. These tests demonstrated that measurements of the metabolic In order to determine the effect on different types of tissue,
activity of the cells and cell division activity are most suitable
two cell types were used: human connective tissue cells
for studying the effect of harmonic resonances on in-vitro cell
(fibroblasts) and human keratinocytes from epithelial tissue.
cultures. It was also shown that diverse types of tissue respond
As keratinocytes are similar to epithelial cells from the thyroid,
differently to the resonances. We plan to undertake further
correlations can be made about the potential effect of the
studies in order to individually adapt the excitation frequency
resonances on the function of the thyroid gland. The tests
to the cell type and therapeutic field of use.
studied the effects of various bioresonance devices on healthy and damaged cells. Here, moderate damage was achieved
The need for objective measurements regarding alternative
using cycloheximide.
medical therapies is emphasized by the huge interest shown in
therapy
4 Change in the metabolic activity of healthy and damaged connective tissue cells (fibroblasts) relative metabolic activity of cells Amet,rel (Amet,sample/Amet,control )
The tests showed that harmonizing resonances increased the
9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0%
device 1 healthy
device 2 damaged
5 Increase in the cell cycle activity of healthy and damaged keratinocytes 50% relative cell cycle activity of G2 / M phase Acycl,rel (Acycl,sample/ Acycl,control )
Bioresonance therapy involves using harmonizing, organ-
40% 30% 20%
Contact
10% 0%
device 1 healthy
device 3 damaged
Dr. habil. Christiane Wetzel Phone +49 351 2586-165
the publications from this pilot study. Indeed, we have already 106
107
1
2
3a
Characterization of CdTe thin film solar cells
3b
3c
agglomeration of the CdS layer and sulfur diffusion into the
The project was funded by the
1 Field emission scanning
CdTe absorber layer can be detected (Fig. 3c).
European Union and the Free
electron microscope
State of Saxony.
2 FE-SEM image of a CdTe
Funding reference: 14549/2533
thin film solar cell
High-resolution FE-SEM analyses hence provide better understanding of the effect of the process parameters on the
3 High-resolution FE-SEM
H igh- re solut io n fi e l d e mi s s i o n s c a n n i n g el ec tron mi c ros c opy prov i des i mprov ed unders tanding of t he
microstructure and interfaces of CdTe solar cells and so allow
images of the TCO / CdS / CdTe
e ff e c t of proc e s s p a ra me te rs o n th e s truc ture, mi c ros truc ture, and i nterfac es of C dTe thi n fi l m solar cells
improvement of the efficiency of solar cells.
interfaces after different
a nd he nc e c o n tri b u te s s i g n ifi c a n tl y to e n hanc i ng s ol ar c el l effi c i enc y .
CdCl2 activation treatments a) homogeneous, closed CdS layer
A typical CdTe solar cell consists of a layer stack which in
On the surface of the CdTe layer there is a tellurium-rich top
b) CdS grain growth with the
the so-called superstrate configuration is designed for light
layer that can be observed as a gray strip. This is required for
onset of agglomeration and
incidence via the float glass side. Below the glass there is a
improved connection to the metal back contact.
pore formation
transparent conducting oxide (TCO) as the front contact, an
c) significant CdS agglomera-
about 100 nm thin n-conducting CdS layer, a 3 to 4 µm thick
A very important process step in the manufacture of CdTe
p-conducting CdTe absorber layer, and a metallic back contact
solar cells is the CdCl2 activation. Several processes occur
(Fig. 4).
simultaneously during the activation and these have a major effect on the efficiency of the solar cell. For example, the
In order to characterize the microstructure and the interfaces
activation establishes or improves the p-conduction within the
between the layers, polished cross-sections of the solar cells
CdTe layer. The activation also causes grain growth, recrystal-
are prepared using ion polishing. Analysis is then undertaken
lization and diffusion processes which affect the formation of
via high-resolution field emission scanning electron microscopy
the n-conducting CdS layer.
tion and porosity formation
4 Structure of a CdTe thin film solar cell (superstrate configuration)
(FE-SEM, Fig. 1). This allows a variety of different signals to be detected giving different information about the sample.
Due to its band gap of 2.4 eV, the CdS layer absorbs part
The microstructure of the layers can be analyzed in crystal
of the sunlight in the short wave region and should be as
orientation contrast, whilst regions having different chemical
thin as possible for a high photocurrent. At the same time, a
composition can be detected in atomic number contrast.
minimum CdS layer thickness is necessary in order to maintain
Different doping can be detected in potential contrast.
the properties of the p-n junction for a high open terminal voltage. High-resolution FE-SEM studies on ion-polished
The example FE-SEM micrograph in Figure 2 shows the ion-
cross-sections allow detailed analysis of the changes in the
polished cross-section of a fully processed CdTe solar cell. The
formation of the CdS layer as a function of the activation pa-
crystals in the individual layers can be readily seen in crystal
rameters. Figure 3a shows a ca. 100 nm thick, homogeneous,
orientation contrast. An optimized CdTe absorber layer is ob-
and closed CdS layer after activation without noticeable
served to have a block structure with a lateral crystallite size of
porosity. CdS grain growth and pores within the CdS layer
1 to 2 µm without noticeable porosity at the grain boundaries.
are observed at higher activation temperatures (Fig. 3b). After
Within the crystallites, twins are present as lattice defects.
further increase of the activation temperature, significant
108
float glass TCO front contact n-CdS
p-CdTe absorber layer
Contact Dr. Olaf Zywitzki
metallic back contact
Phone +49 351 2586-180
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HIGHLIGHTS
highlights
HIGHLIGHTS
Royal visit at the Fraunhofer Institute Center in Dresden I 112 Long Night of Science 2011 I 114 The Fraunhofer Lounge – relaxation, entertainment, debate I 116 Fraunhofer-Talent-School Dresden I 118 3rd Introductory Seminar on Cleaning Technology in Industrial Production I 120 International Conferences, Symposia and Fairs I 122
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1
2
3
Royal visit at the Fraunhofer Institute Center in Dresden
4
global marketplace and to accelerate developments involving
1 Crown Prince Willem-
the utilization of renewable energy sources. As part of the
Alexander giving his presen-
seminar program, the industrial alliance Renewable Energy
tation at the Fraunhofer FEP
Saxony (eesa) further organized a German-Dutch networking
2 The Dutch royal family
meeting.
showed much interest in the
T he v isit of Q u e e n B e a tri x o f th e N e th erl ands , C rown Pri nc e W i l l em-A l ex ander of O range, and Crow n
German-Dutch seminar
P r inc e ss Má x i ma o n 1 4 Ap ri l d u ri n g th e „D utc h-G erman Semi nar on Energy I nnov ati ons “ at the Fr aunhof er
During laboratory tours the Fraunhofer Institute for Electron
3 Saxon State Premier Sta-
Inst it ut e C e n te r wa s a s p e c i a l h i g h l i g h t of 2011.
Beam and Plasma Technology FEP, the Fraunhofer Institute for
nislaw Tillich and his wife
Ceramic Technologies and Systems IKTS, and the Fraunhofer
at the Fraunhofer Institute
Institute for Material and Beam Technology IWS displayed their
Center
The second state visit of Queen Beatrix of the Netherlands to
a presentation at the Fraunhofer Institute Center as part of the
activities on material and energy technologies. The Fraunhofer
4 Queen Beatrix challen-
Germany stresses the special importance of the German-Dutch
„Dutch-German Seminar on Energy Innovations – Connecting
FEP presented its large plants for vacuum coating and descri-
ging interestedly the solar
relationship at a political and economic level. Following her first
PV Industries from Saxony and the Netherlands“. He called
bed ongoing projects to apply thin film systems in a vacuum at
product developments
state visit in 1982 to the old Länder, Queen Beatrix along with
on Dutch and German experts from the worlds of science and
high speeds to large areas for manufacturing entire solar cells.
Crown Prince Willem-Alexander and Crown Princess Máxima
business to work together on the further expansion of renewa-
The seminar participants also showed great interest in other
traveled once again to Germany to strengthen the economic
ble energies. With the recent tsunami in Japan and reactor ac-
working areas concerning environment and energy, such as the
ties between the two countries and to get an insight into the
cident at Fukushima still fresh in mind, the Dutch Crown Prince
development of processes and layers for technologies utilizing
development of Germany since reunification.
stressed how important it is to respect the enormous forces of
renewable energy sources and storing energy. A poster exhi-
nature. It is vital to increase electricity generation from wind,
bition in the technical centre of the Fraunhofer IKTS allowed
Following a welcome reception hosted by the German President
sun, and water in order to gain greater benefit from the forces
companies to present their products and services.
Christian Wulff at Schloss Bellevue, lunch with the German
of nature. Solar energy plays a special role here. He stressed
Chancellor Angela Merkel, visits to the Brandenburg Gate and
that it would be possible to use the sun to „solve our energy
the Berlin Television Tower, and a boat trip on the River Spree,
problem“. He then turned to the photovoltaic energy experts
the Dutch royal family came to Dresden on the third day of their
in the auditorium and added: „Your work is providing a service
state visit and were welcomed there by Saxon State Premier
for the whole world.“
Stanislaw Tillich. On the morning of 14 April the royal party
Video of the event www.youtube.com/user/fraunhoferfep
walked through the historic old part of Dresden and visited the
The Dutch-German seminar presented the latest developments
Frauenkirche and the historical Green Vault. The royal family
in the area of photovolatic technology. The seminar was orga-
spent the afternoon visiting the company Solarwatt and the
nized by, amongst others, the Brabant Economic Development
Fraunhofer Institute Center, with their time wholly devoted to
Agency, the Saxony Economic Development Agency, and
the subject of „renewable energies“. They were accompanied
the Fraunhofer Institute Center Dresden. It was attended by
by the Saxon State Premier, Stanislaw Tillich, and the Saxon
80 German and 50 Dutch experts from the worlds of business
State Minister for Science and the Arts, Sabine von Schorlemer.
and science and was a forum for the mutual exchange of
Contact
results and ideas. Cross-border clusters and information
Annett Arnold
Crown Prince Willem-Alexander, who has been interested in
exchange aim to strengthen the competitive positions of Ger-
Phone +49 351 2586-452
the development of renewable energies for a long time, gave
man and Dutch companies and research organizations in the
112
113
1
2
3
Long Night of Science 2011
4
still had the chance to see our heat radiator exhibit. The aim
1 Technical centre of the
of our prototype was to demonstrate the effect of heat-
Fraunhofer FEP
insulating layers. Behind a coated sheet of plastic there was
2 Dr. habil. Christiane Wet-
significantly less heat from the bulb than there was behind
zel, head of the biomedical
an uncoated sheet. Although a disadvantage on this coldish
laboratory unit, in discussion
Aw a k e n t he re s e a rch e r i n y o u . T h i s wa s the motto for the ev eni ng and earl y ni ght hours of 1 J uly 2011
evening, these layers are able to provide a pleasant room
with Dirk Hilbert, Mayor of
w he n a bout 3 4 0 0 v i s i to rs c a m e to th e Fraunhofer I ns ti tute C enter i n D res den to l ear n about t he applied
climate in energy-efficient buildings.
Dresden
We were pleased to see so many Dresden residents interested
le, the young scientists of
3 At the experiment puzz-
R& D be ing un d e rta k e n th e re . in our research on that evening. This was adequate motivation
tomorrow could gain a place
The 9th Long Night of Science on 1 July 2011 involved 85
a pane of glass which allows half of the light to pass through
to hold the event once again next year. Indeed, the Long Night
at the Fraunhofer-Talent
events throughout Dresden, covering a lively mix of experi-
and reflects the other half.
of Science in Dresden on 6 July 2012 can celebrate its 10
School Dresden 2011
anniversary.
4 Punctually at 6 pm the
mental shows, talks, presentations, kids‘ programs, and tours.
th
The Fraunhofer FEP, along with the rest of the Fraunhofer
Just as entertaining was our inferno of flames. Here we
first visitors entered the
Institute Center, opened its doors and offered a fascinating
burned banknotes. However, there was no need to worry
Fraunhofer Institute Center
insight into the world of science.
because the flames quickly extinguish themselves and leave the banknotes undamaged. Relating to this, we presented the
Visitors of all ages were tackled by curiosity. Our creative
Website of the event
technique of paper restoration with electrons.
demonstrations and fascinating applications have become very
www.dresden-wissenschaft.de
popular, hence, the number of visitors doubled compared to
After this, we showed visitors how silver mirrors are made
last year. Besides our regular guests, who punctually at 6 pm
from conventional glass and how vacuum coating techno-
headed for their favorite stations, the Fraunhofer Institute
logies were used to produce historical mirrors for the Grüne
Center and the exhibition in the technical centre of the
Gewölbe (Green vault) in Dresden. As a souvenir the visitors
Fraunhofer FEP were visited this year by the Mayor of Dresden,
could take with them silver-coated test tubes.
Dirk Hilbert, the Saxon State Minister for Science and the Arts, Prof. Sabine von Schorlemer, and the Rector of TU Dresden,
That silver cannot only be used for decorative purposes but
Prof. Hans Müller-Steinhagen.
also in medicine for its antibacterial effect became clear to visitors at the stand of the biomedical laboratory unit. Using
Those who ventured into the technical centre could not belie-
the Hemmhof test, the effect of different metals on the
ve their eyes. „Was that a goal - or just an optical illusion?“
growth of bacteria could be compared with the naked eye.
– one could not be sure at our football exhibit. Similar to a
The germ-destroying effect of different doses of low-energy
pane of glass in a police station interview room, the lighting
electrons could also be determined from the degree of
decided what side was visible. For our penalty kick scenario
bacteria multiplication.
that meant: Only when the light was incident on the goal side
Annett Arnold
the visitor knew whether the ball had landed in the goal. The
On leaving the technical centre, anyone who did not have
key to this optical trick is a so-called beam splitter coating on
the opportunity to have a go on our solar car racing circuit
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Contact Phone +49 351 2586-452
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The Fraunhofer Lounge – relaxation, entertainment, debate
At the end of his talk Patrick van Veen passed over to Angela Elis, editor and presenter for ARD, mdr, 3sat, and ZDF. Ms Elis presented the discussion. She critically questioned the parallels in the behavior of humans and animals. The controversial topic raised much discussion amongst the audience. Ms Elis
In 2011 t he sp e a k e rs a t th e F ra u n h o fe r L ounge onc e agai n c apti v ated the audi enc e wi th thei r i nspir at ional
devoted her closing words to the differences between humans
a nd prov oc a ti v e ta l k s . T h e Fra u n h o fe r L ounge offers i nv i ted gues ts from regi onal pol i ti c s , s c ience, and
and apes.
indust r y a nd e mp l o ye e s o f th e i n s ti tu te a pl atform for meeti ng and ex c hangi ng thoughts i n a n inf or m al a t m osphe re .
The discussions continued long after the end of the Fraunhofer Lounge. Live piano music from Tom Jährig rounded the
The 8th Fraunhofer Lounge:
The 9th Fraunhofer Lounge:
„Value-creation by value appraisal“ – the new role of the
How much ape is there in a human?
hierarchy and hierarchs
evening off. The 10th Fraunhofer Lounge is eagerly awaited early in 2012!
This was the provocative topic of the talk by biologist Patrick This was the topic for the 8th Fraunhofer Lounge on the eve-
van Veen who had some astonishing facts to tell. „Help, my
ning of 17 March 2011. The speaker Jürgen Fuchs, business
boss is an ape! – or very natural explanations for our behavi-
consultant, author, and lecturer in philosophy and economics,
or“ was the title of the 9th Fraunhofer Lounge on 6 October
outlined a totally new world of work to the audience.
2011 at the Fraunhofer FEP.
Website of the event www.fep-lounge.de
Fuchs questioned the hierarchies and remuneration in the
The height of the boss‘ chair at the meeting table is akin
current business world. Subordinates should not only „give“,
to the beautiful fur of the silver-backed gorilla. „Bosses are
superiors should not only „be preponed“, and careers should
actually apes in suits“, said the Dutch biologist and adviser
have nothing to do with climbing the company ladder,
Patrick van Veen, who put an amusing yet informative take
rather the key should be ever increasing know-how and own
on everyday life at work. As a former project leader for a large
personality. His play on words struck accord with the audience
insurance company, Patrick van Veen concluded: „An office is
in an altogether very amusing and profound talk.
no different to an ape house“. Indeed, that is why he began to study the social behavior of apes.
The topic for the evening was on the basis of the upcoming
The invited guests listened attentively to the research into the
publication of the new edition of the book that Fuchs wrote
causes of the „animal“ behavior. The speaker also gave tips
with his son, Holger Fuchs, entitled „End of the hierarchy –
for avoiding social stress during everyday work: Mutual delou-
how companies are becoming fairer“.
sing would create stress-free working zones. Delousing? – By this Patrick van Veen means a mutual and non-committal exchange of thoughts at a professional and private level, a sort
Contact
of coffee time chat for the mutual well-being of everyone. This
Annett Arnold
would create an atmosphere of harmony and hence the basis
Phone +49 351 2586-452
for effectively working together. 116
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1
2
3
Fraunhofer-Talent-School Dresden
F r a unhof e r se a rc h e s fo r th e s c i e n tifi c ta lents of the future: Thi s was the reas on for three F raun hof er
4
marked embrittlement of paper due to extensive crosslinking
1 A school pupil prepares a
of the polymers showed that this was not an easy task. More
sample of paper for electron
reason, therefore, for the group of researchers to be delighted
treatment
when one of the selected monomers gave the paper the
2 School pupils with the
desired elasticity. Accompany analyses identified the scientific
treated paper
reason for the visual success of the treatment.
inst it ut e s in D re s d e n o p e n i n g th e i r d o o rs to s c hool pupi l s for a weekend.
3 Analyzing the paper samples
As the presentation of research results is very important for
4 Enthusiastic young talents
scientists, the school pupils participated in a light-hearted seminar to show them how to present data in a clear and From 4 to 6 November 2011, 32 school pupils aged between
with an electron beam. The urgency of this work is emphasi-
interesting way. This was brought into practice the next day
15 and 19 with an interest in science became part of the R&D
zed by information from the German National Library: They
at the closing event, when the school pupils presented their
teams at three Fraunhofer institutes in Dresden. The school
estimate that about 80 percent of their archive is experiencing
research results to their parents and siblings. There were small
pupils, who had successfully qualified for the annual Talent
deterioration. The Bundesarchiv (Federal Archives) believes
sketches, colored drawings, and live experiments: We were
School, had the opportunity that weekend to get to know the
that virtually its whole collection is at risk. The reason for the
all once again astonished how creatively the school pupils
world of science. They experienced real research work, learned
deterioration of documents is mainly due to the processes that
brought information across to the audience. Scientific research
about the methods and technologies that are used, and the
were used to make paper following the age of industrializa-
certainly made an impression on the students, and some have
skills and knowledge that are required. Above all though, they
tion. These involved using sulfuric acid to digest the wood raw
already applied to undertake practical training periods and
had the opportunity to ask all the questions they wanted.
material. The residual acid that remains in the paper catalyzes
internships with us.
In addition, they got to know like-minded pupils from other
the deterioration of the paper, without itself being used up.
schools and cities at the evening events and at the youth
Oxidation processes, hungry bacteria, and fungi that like mois-
hostel where they were accommodated.
ture also have an adverse effect on paper. The Fraunhofer FEP has carried out work using accelerated electrons to partially
Before getting to grips with practical work, the young
chemically re-bond the degraded cellulose fibers (the building
scientists were taught some of the theoretical principles. This
blocks of paper) or to crosslink the fibers with polymers and
augmented the preliminary homework they had done. Then
so give the paper its stability back. Purposefully introduced
the experimental work started: At the Fraunhofer Institute for
base-inclusions can also neutralize the acids in the paper and
Ceramic Technologies and Systems IKTS the pupils became fa-
stop the decay. A positive side-effect of the treatment is the
miliar with the structure, functioning, and applications of fuel
germ-killing effect of the electrons, meaning that mold fungi
cells. They then went on to construct their own working fuel
and aggressive bacteria no longer affect the paper.
cells. At the Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems
Website of the event www.talent-school-dresden.fraunhofer.de
Contact
IPMS the focus was on manufacturing and testing organic
The work of the school pupils involved testing different mo-
light emitting diodes (OLEDs).
nomers and process parameters to find a method that gives
The Fraunhofer Institute for Electron Beam and Plasma
paper the desired stability, without the treatment altering
Annett Arnold
Technology FEP gave pupils the task of protecting paper
the optical or haptic properties of the paper. Effects such as
Phone +49 351 2586-452
documents, which deteriorate over time, by treating them
the grease spot effect (known from sandwich paper) and the
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1
2
3rd Introductory Seminar on Cleaning Technology in Industrial Production
3
The participants gave very positive feedback about the
1 Seminar participants
seminar. The 4 Introductory Seminar on Cleaning Technology
2 Practical part of the
in Industrial Production will be held in June 2012 according to
seminar
th
the principle:
3 Frank-Holm Rögner at the opening of the seminar
W it h t his se mi n a r c o n c e p t, th e F ra u n h o f er C l eani ng Tec hnol ogy A l l i anc e res ponded to the s tron g dem and
Controlling Cleaning Processes for Effective Performance!
of indust r y f o r k n o w-h o w i n c l e a n i n g te chnol ogy and gai ned c ons i s tentl y pos i ti v e feedbac k.
Seminar website From 7 to 9 June 2011, the Fraunhofer Cleaning Technology
This included definitions of cleaning quality and contaminants
Alliance for the third time held the „introductory seminar on
and key factors for all cleaning processes. In addition, the
cleaning technology in industrial production“ in Dresden in
participants learned how to systematically analyze and plan
which the Fraunhofer FEP has been a member since its incep-
cleaning processes, how to effectively integrate them into the
tion in 2002. The objective was to provide technical experts
production process, and how to select a cleaning process for
and production managers with knowledge about cleaning
a specific task. Thereafter the various cleaning technologies
technologies. At present there is no training course or study
were discussed in detail, covering processes involving liquid
program which teaches this know-how. There is thus a lack
media, jet cleaning methods, and plasma cleaning. The
of expertise and lack of trained employees in industry to cope
importance of methods for process and damage analysis and
with the cleaning tasks. The need and demand for special
cleanliness monitoring in production was emphasized because
training and seminars are correspondingly high.
in many cases this is the key aspect for economic and reliable
www.allianz-reinigungstechnik.de/en/veranstaltungen
cleaning in industrial production. The Fraunhofer Cleaning Technology Alliance started holding this cross-sector seminar in 2009 to meet the need for
To augment the theoretical aspects, accompanying practical
knowledge and training. The specialty of the training is that
assignments were undertaken on bath care and monitoring,
it is not company or application specific, but independent
cleanliness control, dry ice cleaning, and laser and plasma
experts of the Fraunhofer Cleaning Technology Alliance
cleaning. This allowed the participants to put their newly
teach a methodical approach for solving cleaning tasks and
acquired knowledge into practice. Further presentations
provide structured theoretical knowledge of cleaning systems,
provided the participants with an overview of overarching
processes and analysis, and quality management. The seven
topics such as regulations in the area of cleaning technology
tutors from six different Fraunhofer institutes ensured that the
(VDA19, VOC, REACH), easy-clean design, and clean pro-
2011 seminar once again provided the seminar participants
duction. At the end of the seminar, the participants had the
with the expert knowledge they required.
possibility to measure their acquired knowledge in a test and so to evaluate their training.
According to the widespread approach, the seminar program
Contact Frank-Holm Rögner Phone +49 351 2586-242
started with the theoretical principles of cleaning technology. 120
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H ighlights
International Conferences, Symposia and Fairs
H ighlights
2 6 th E u r o p e a n P h o t o v o l t a i c S o l a r E n e r g y C o n f e r e n c e a n d E x h i b i t i o n P V S E C
The PVSEC was held in Hamburg from 5 – 9 September 2011. 5 4 th A n n u a l Te c h n i c a l C o n f e r e n c e S o c i e t y o f V a c u u m C o a t e r s S V C
Each year exhibitors from the photovoltaic industry present new products and technological innovations at this international event covering all aspects of photovoltaic technology.
The 54 SVC conference was held in Chicago from 16 – 21 th
April 2011.
www.photovoltaic-conference.com
The highlights of the 2011 conference were two new symposia on the topics of photovoltaic production and the advantages of PVD coating. www.svc.org
8 th A s i a n - E u r o p e a n I n t ‘ l C o n f e r e n c e o n P l a s m a S u r f a c e E n g i n e e r i n g A E P S E
This event took place from 19 – 22 September 2011 in Dalian City, China. intersolar Europe This conference and exhibition offers research organizations and industrial companies a platform to present their latest The world’s largest technical fair on solar technology took
product and technology developments.
place in Munich from 8 – 10 June 2011. www.plasmagermany.org
There was a new record of 2,286 exhibitors and 76,738 international visitors. www.intersolar.de
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H ighlights
H ighlights
Plastic Electronics 2011
p a r t s 2 c l e a n – L e a d i n g Tr a d e F a i r f o r I n d u s t r i a l P a r t s a n d S u r f a c e C l e a n i n g
The Plastic Electronics Conference and Exhibition took place
The 9th parts2clean fair took place from 25 – 27 October 2011
from 11 – 13 October 2011 at Messe Dresden, in parallel with
in Stuttgart.
Semicon Europe 2011. This is a leading international fair for the industrial cleaning of Saxon State Premier Stanislaw Tillich visited our stand during
parts and surfaces.
his tour of the exhibition. www.parts2clean.de www.pe2011.org
V2011 – Industry Exhibition & Workshop Week
Visit us 2012 at the following conferences and fairs
V2011 took place in Dresden from 17 – 20 October 2011.
55th Annual Technical Conference Society of Vacuum Coaters SVC, Santa Clara, USA 28 April – 03 May 2012
This national exhibition aims to promote exchange between
www.svc.org
companies and research institutions from the Vacuum Coating and Plasma Surface Technology community.
intersolar Europe, Munich, Germany
The Fraunhofer FEP exhibited, amongst other things, alumi-
13 – 15 June 2012
num-coated bulk products and CdTe thin film solar cells. www.v2011.net
www.intersolar.de
ICCG 9 – The International Conference on Coatings on Glass and Plastics, Breda, The Netherlands 24 – 28 June 2012 www.iccg9.eu
PSE 2012 – 13th International Conference on Plasma Surface Engineering, Garmisch-Partenkirchen, Germany 10 – 14 September 2012 www.pse-conferences.net
124
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anhang
anhang
ANHANG
Namen, Daten und Ereignisse I 128 Internationale Vertreter I 136 Anfahrt I 138 Impressum I 140
Names, Dates and Events I 128 International Representatives I 136 Directions I 139 Editorial notes I 140
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anhang
anhang
Namen, Daten und Ereignisse Names, Dates and Events Mitgliedschaft in Gremien
A. Arnold
G. Mattausch
ffInternational Council for Coatings on Glass ICCG e. V.
ffInformationstechnische Gesellschaft (ITG) des VDE:
ffNetzwerk »Dresden - Stadt der Wissenschaft« H. Bartzsch
ffEuropäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V. (EFDS) ffSilicon Saxony e. V. P. Frach
ffFraunhofer-Allianz Photokatalyse ffAMA Fachverband für Sensorik e. V. ffDeutsche Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentechnik e. V. (DGO) ffEuropäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V. (EFDS), Fachausschuss »Oberflächen und Beschichtungen in der Bio- und Medizintechnik« ffPhotonic Net V. Kirchhoff
Fachausschuss 8.6 »Vakuumtechnik und Displays« ffOrganizing Committee der »EBEAM – International Conference on High-Power Electron Beam Technology« ffOrganizing Committee der »International Conference on Electron Beam Technologies – EBT« Chr. Metzner
ffKompetenzzentrum Maschinenbau Chemnitz / Sachsen e. V. (KMC) W. Nedon
ffForschungs-Allianz Kulturerbe FALKE F.-H. Rögner
ffFraunhofer-Allianz Reinigungstechnik N. Schiller
ffTechnical Advisory Committee der »Annual Technical Conference« der »Society of Vacuum Coaters – SVC«
ffBundesverband mittelständische Wirtschaft (BVMW)
ffFraunhofer-Allianz Polymere Oberflächen POLO
ffEuropäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V. (EFDS)
ffOrganic Electronics Saxony e. V. (OES)
ffFraunhofer-Verbund Light & Surfaces H. Klostermann
Chr. Wetzel
ffEuropäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V. (EFDS),
ffKompetenznetz Industrielle Plasma-Oberflächentechnik,
Fachausschuss »Oberflächen und Beschichtungen in der Bio- und
ffAG Neuartige Plasmaquellen und Prozesse, INPLAS
Medizintechnik«
128
Vorträge
F.-H. Rögner Zuverlässige Reinigungsergebnisse durch geeignetes Informationsmanagement EFDS-Workshop »Reinigung vor der Beschichtung« Dresden, Deutschland 20. Januar 2011 N. Schiller Vacuum roll-to-roll coating technologies for organic electronics Workshop »Organic Electronics and Nano Electronics« Faculty of Engineering in Yamagata University Yonezawa, Japan 14. Februar 2011 B. Scheffel, V. Kirchhoff, Chr. Metzner Plasmaaktivierte Elektronenstrahl-Bedampfung EFDS Workshop »Materialien und Prozesstechniken der Turbinenschaufelbeschichtung« Dresden, Deutschland 15. März 2011 G. Mattausch Gerichtete Dampfabscheidung zur Vakuumbeschichtung von Bauteilen EFDS Workshop »Materialien und Prozesstechniken der Turbinenschaufelbeschichtung« Dresden, Deutschland 15. März 2011 H. Klostermann Pulse magnetron sputtering of oxide films for mechanical, biomedical and optical applications Jahrestagung DPG e. V. – Fachverband Plasmaphysik Kiel, Deutschland 28. – 30. März 2011 H. Bartzsch, M. Gittner, D. Glöß, P. Frach, T. Herzog, S. Walter, H. Heuer Properties of piezoelectric AlN layers deposited by reactive pulse magnetron sputtering 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 Chicago, USA 16. – 21. April 2011 P. Frach, H. Bartzsch, D. Glöß, K. Täschner Process Control in Sputtering of Optical Coatings 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 Chicago, USA 16. – 21. April 2011 W. Schönberger, M. Fahland, P. Munzert, U. Schulz, G. Gerlach Fabrication of Stochastic Nanostructures on Polymer Webs for AR-effect Using Roll-to-roll Equipment 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 Chicago, USA 16. – 21. April 2011
B. Zimmermann, F. Fietzke, W. Möller Hollow Cathode Plasma Activation in Reactive Gas Atmosphere 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 Chicago, USA 16. – 21. April 2011 J. Fahlteich, N. Schiller, M. Fahland, S. Straach, S. Günther, C. Brantz Vacuum Roll-to-Roll Technologies for Transparent Barrier Films 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 Chicago, USA 16. – 21. April 2011 J.-P. Heinß, O. Zywitzki, T. Modes Structure and Properties of TiCX and W-C:H Layers Deposited by Plasma Activated High Rate Electron Beam Evaporation 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 Chicago, USA 16. – 21. April 2011 G. Mattausch, P. Feinäugle, S. Schmidt, F.-H. Rögner A New Generation of Plasma-Based Electron Beam Sources with High Power Density as a Novel Tool For High-Rate PVD 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 Chicago, USA 16. – 21. April 2011 P. Feinäugle High Power cold-cathode EB sources for PVD and vacuum metallurgy PIC simulation and experimental results ICMCTF 2011 – 38th International Conference on Metarllurgical Coatings & Thin Films San Diego, USA 2. – 6. Mai 2011 N. Schiller, F.-H. Rögner Technologien zur Anwendung in der Sicherheitstechnik Workshop Sicherheitsforschung, Fraunhofer IZFP Dresden, Deutschland 10. Mai 2011 H. Klostermann Magnetronsputtertechnologie für die Funktionalisierung von Glasoberflächen OTTI-Fachforum »Schichten auf Glas« Regensburg, Deutschland 11. – 12. Mai 2011 S. Kolodinski, K. Kurasch, J.-P. Heinß, M. Allardt, T. Kopte, J. Weber Charakterisierung von Absorberschichten für die Dünnschichtphotovoltaik Dresdner Konferenz »Zukunft Energie«, DRESDEN-concept Dresden, Deutschland 11. – 13. Mai 2011
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anhang
J.-P. Heinß Functional Vacuum Coatings for Photovoltaic on Metal Strips POSCO Steel Conference Seoul, Korea 1. Juni 2011 F.-H. Rögner Elektronen – vielseitiger als ein Schweizer Taschenmesser? Tag der Wissenschaften BSZ Radebeul Radebeul, Deutschland 8. Juni 2011 B. Graffel ERICA – Das Schweizer Taschenmesser für Vakuumprozesse am Fraunhofer FEP 11. AIS User Conference Dresden, Deutschland 16. Juni 2011 D. Glöß, H. Bartzsch, M. Gittner, P. Frach, T. Herzog, S. Walter, H. Heuer Reactive pulse magnetron sputtering for deposition of piezoelectric AlN layers SENSORDEVICES 2011, The Second International Conference on Sensor Device Technologies and Applications Nice / Saint Laurent du Var, Frankreich 21. – 27. August 2011 F.-H. Rögner Elektronenbehandlung von Saatgut umweltfreundlich, sauber, effektiv 13. Fachexkursion des Thüringer Interessenverbandes Heil-, Duft- und Gewürzpflanzen e. V. Dresden, Deutschland 2. September 2011 F.-H. Rögner Elektronenstrahlsterilisation – Neue Möglichkeiten für die produktionsintegrierte Sterilisation 1. Fachtagung Fachtagung Industrielle Teile-und Oberflächenreinigung in der Medizintechnik Qualität sichern – Wertschöpfung optimieren Nürtingen, Deutschland 15. September 2011 M. Junghähnel, F. Fietzke Reactive pulse magnetron co-sputtering of transparent conductive Ta or Nb doped TiO2 thin films with high deposition rates 8th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering, AEPSE 2011 Dalian, China 19. – 22. September 2011 J.-P. Heinß, F. Händel, Chr. Metzner, H. Morgner, B. Scheffel High-Rate Sputter Etching by using Hollow Cathode Arc Discharge for Metal Strip Coating 8th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering, AEPSE 2011 Dalian, China 19. – 22. September 2011
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S. Günther, J. Fahlteich, M. Fahland, N. Schiller, W. Schönberger, S. Straach Making of Transparent Permeation Barrier Films by Vacuum Roll-toRoll Coating Technologies 8th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering, AEPSE 2011 Dalian, China 19. – 22. September 2011
M. Junghähnel, F. Fietzke Hochrateabscheidung von transparenten leitfähigen TiO2:Ta- und TiO2:Nb-Schichten durch reaktives Puls-Magnetron-Co-Sputtern V2011 – Industrieausstellung & Workshopwoche Vakuumbeschichtung und Plasmaoberflächentechnik Dresden, Deutschland 18. – 20. Oktober 2011
M. Fahland, T. Vogt, A. Schönberger, S. Günther, S. Rissland, S. Mosch Transparent Electrodes on Flexible Substrates EMRS Fall Meeting 2011 Symposium G New trends in chromogenic materials and devices Warschau, Polen 19. – 21. September 2011
F. Fietzke, B. Krätzschmar Aluminium-basierte PVD-Schichten für den Korrosionsschutz von Schüttgut V2011 – Industrieausstellung & Workshopwoche Vakuumbeschichtung und Plasmaoberflächentechnik Dresden, Deutschland 18. – 20. Oktober 2011
G. Mattausch, H. Morgner, J.-P. Heinß, Chr. Metzner, M. Fahland, N. Schiller, T. Kopte Thin-Film Technologies for Photovoltaic and Energy Storage Applications – A survey of current project activities at Fraunhofer FEP International Symposium on Advanced Solutions in Applied Energy Technologies Sofia, Bulgarien 19. – 21. September 2011 B. Scheffel, Chr. Metzner, T. Modes, O. Zywitzki, H. Morgner Functional and Decorative Coatings onto Stainless Steel Sheets and Strips Deposited by High-Rate Physical Vapour Deposition 7th European Stainless Steel Conference – Science and Market Como, Italien 21. – 23. September 2011 Chr. Lehnert, J. Flinspach, H. Franz, U. Biebricher, B. Scheffel, R. Labitzke, P. Feinäugle, G. Mattausch Refining of Silicon by Electron Beam Melting International Symposium on Liquid Metal Processing and Casting Nancy, Frankreich 28. September 2011 N. Schiller, F.-H. Rögner Surface technologies for packaging applications Kraft Supplier Innovation Summit Evanston (IL), USA 11. Oktober 2011 D. Glöß, H. Bartzsch, M. Gittner, S. Barth, P. Frach, T. Herzog, S. Walter, H. Heuer Pulsed magnetron sputtered AlN thin films – a lead-free material for piezoelectric applications 3rd Scientific Symposium of Collaborative Research Center Transregio 39 »PT-PIESA« Chemnitz, Deutschland 12. – 13.Oktober 2011 W. Schönberger, M. Fahland, G. Gerlach, P. Munzert, G. Spitzer Optische Modellierung der nanostrukturierten Oberfläche von PET V2011 – Industrieausstellung & Workshopwoche Vakuumbeschichtung und Plasmaoberflächentechnik Dresden, Deutschland 18. – 20. Oktober 2011
F.-H. Rögner Elektronenstrahlsterilisation – Neue Möglichkeiten für die InlineSterilisation V2011 – Industrieausstellung & Workshopwoche Vakuumbeschichtung und Plasmaoberflächentechnik Dresden, Deutschland 18. – 20. Oktober 2011 P. Frach, H. Bartzsch, K. Täschner, D. Glöß, Chr. Gottfried Gradient- und Vielschichtsysteme hoher Stabilität – produktiv hergestellt mittels reaktiver Sputtertechnologie V2011 – Industrieausstellung & Workshopwoche Vakuumbeschichtung und Plasmaoberflächentechnik Dresden, Deutschland 18. – 20. Oktober 2011 J.-P. Heinß, F. Händel, Chr. Metzner, H. Morgner, T. Meyer, B. Scheffel, R. Würz Hochrate-Abscheidung von Molybdänschichten für Rückkontakte von CIGS-Solarzellen mittels Elektronenstrahlverdampfung V2011 – Industrieausstellung & Workshopwoche Vakuumbeschichtung und Plasmaoberflächentechnik Dresden, Deutschland 18. – 20. Oktober 2011 J.-P. Heinß Hochproduktives Verfahren zum Sputterätzen von metallischen Substraten im Vakuum parts2clean, Fachforum »Sonderverfahren zur Reinigung« Stuttgart, Deutschland 27. Oktober 2011 F.-H. Rögner Reinigen / Vorbehandeln vor der Beschichtung in der Präzisionsoptik OTTI Fachforum »Schichtherstellungstechniken für die Präzisionsoptik« Regensburg, Deutschland 09. – 10. November 2011 R. Labitzke, M. Junghähnel Technologische Stromversorgungen für Plasma- und Elektronenstrahlanwendungen Seminar zur Auswertung internationaler Tagungen isle Steuerungstechnik und Leistungselektronik e. V. Ilmenau, Deutschland 24. – 25. November 2011
Veröffentlichungen H. Bartzsch, M. Gittner, D. Glöß, P. Frach, T. Herzog, S. Walter, H. Heuer Properties of piezoelectric AlN layers deposited by reactive pulse magnetron sputtering 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 S. 370 – 375, Proceedings P. Frach, H. Bartzsch, D. Glöß, K. Täschner Process Control in Sputtering of Optical Coatings 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 S. 311 – 316, Proceedings W. Schönberger, M. Fahland, P. Munzert, U. Schulz, G. Gerlach Fabrication of Stochastic Nanostructures on Polymer Webs for AReffect Using Roll-to-roll Equipment 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 S. 625 – 628, Proceedings B. Zimmermann, F. Fietzke, W. Möller Hollow Cathode Plasma Activation in Reactive Gas Atmosphere 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 S. 337 – 342, Proceedings J. Fahlteich, N. Schiller, M. Fahland, S. Straach, S. Günther, C. Brantz Vacuum Roll-to-Roll Technologies for Transparent Barrier Films 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 S. 573 – 579, Proceedings J.-P. Heinß, O. Zywitzki, T. Modes Structure and Properties of TiCX and W-C:H Layers Deposited by Plasma Activated High Rate Electron Beam Evaporation 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 S. 551 – 556, Proceedings P. Feinaeugle, G. Mattausch, S. Schmidt, F.-H. Rögner A New Generation of Plasma-Based Electron Beam Sources with High Power Density as a Novel Tool For High-Rate PVD 54th Annual Technical Conference, SVC 2011 S. 202 – 209, Proceedings S. Walter, T. Herzog, H. Heuer, H. Bartzsch, D. Glöß Smart ultrasonic sensors systems: investigations on aluminum nitride thin films for the excitation of high frequency ultrasound SPIE 8066 Conference Smart Sensors, Actuators, and MEMS V Paper 806607, Proceedings M. Fahland Transparente Elektroden auf Kunststofffolien Vakuum in Forschung und Praxis Vol. 23, Nr. 2, April 2011 S. 30 – 34 T. Fukagawa, Y. Kato, H. Bartzsch, K. Suzuki The deposition of multilayer films on plastic substrates by reactive pulse magnetron sputtering Vakuum in Forschung und Praxis Best of Glass 2011 S. 38 – 40
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J. Fahlteich, S. Barth, M. Fahland, N. Schiller All-in-Vacuum Deposited Transparent Multilayer Barriers on Polymer Substrates Vakuum in Forschung und Praxis Best of Glass 2011 S. 30 – 34
P. Munzert, U. Schulz, N. Kaiser, W. Schönberger, M. Fahland Thin film growth on nanostructured polymer webs for antireflection purposes Surface and Coatings Technology, Volume 205, Supplement 2, 2011 PSE 2010 Special Issue S. S498 – S497, Proceedings
Y. Sato, T. Hashimoto, A. Miyamura, S. Ohno, N. Oka, K.Suzuki, D. Glöß, P. Frach, Y. Shigesato High Rate Sputter Deposition of TiO2 Films für Photocatalyst and Dye-Sensitized Solar Cells Japanese Journal of Applied Physics Vol 580, 2011 Art. 045802, 10 S.
J. Fahlteich, M. Fahland, S. Straach, S. Günther, N. Schiller Transparente Barriereschichten auf flexiblen Polymersubstraten Vakuum in Forschung und Praxis Vol. 23, Nr. 4, 2011 S. 29 – 37
B. Zimmermann, F. Fietzke, W. Möller Spatially resolved Langmuir probe measurements of a magnetically enhanced hollow cathode arc plasma Surface & Coatings Technology Vol. 205, 2011 S. 393 – 396 B. Zimmermann Hiden ESPion plasma probe measurements on a hollow-cathode based large-volume plasma source Hiden eNewsletter Issue 1120/02, July 2011 Mass Spectrometers for Thin Films, Plasma & Surface Engineering S. 3 – 4 J. Fahlteich, W. Schönberger, M. Fahland, N. Schiller Characterization of reactively sputtered permeation barrier materials on polymer substrates Surface and Coatings Technology, Volume 205, Supplement 2, 2011 PSE 2010 Special Issue S. S141 – S144, Proceedings G. Suchaneck, R. Labitzke, B. Adolphi, L. Jastrabik, P. Adamek, J. Drahokoupil, Z. Hubicka, D.A. Kiselev, A.L. Kholkin, G. Gerlach, A. Dejneka Deposition of PZT thin film onto copper-coated polymer films by mean of pulsed-DC and RF-reactive sputtering Surface and Coatings Technology, Volume 205, Supplement 2, 2011 PSE 2010 Special Issue S. S241 – S244, Proceedings B. Zimmermann, F. Fietzke, W. Möller Spatially resolved Langmuir probe measurements of a magnetically enhanced hollow cathode arc plasma Surface and Coatings Technology, Volume 205, Supplement 2, 2011 PSE 2010 Special Issue S. S393 – S396, Proceedings W. Schönberger, G. Gerlach, M. Fahland, P. Munzert, U. Schulz, R. Thielsch, R. Kleinhempel Large-area fabrication of stochastic nano-structures on polymer webs by ion- and plasma treatment Surface and Coatings Technology, Volume 205, Supplement 2, 2011 PSE 2010 Special Issue S. S495 – S497, Proceedings
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M. Junghähnel, T. Kopte, O. Zywitzki Transparentes leitfähiges TiO2:Nb – ein TCO-Material der Zukunft? Vakuum in Forschung und Praxis Vol. 23, Nr. 4, 2011 S. 22 – 38 K. Häfner, H. Morgner, T. Modes, O. Zywitzki, Chr. Metzner, B. Siepchen, C. Drost, B. Späth, M. Grimm Influence of evaporation rate, substrate temperature and process chamber pressure on the microstructure of CdTe layers 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition S. 3052 – 3054, Proceedings B. Heimke, U. Hartung, T. Kopte Annealing effects on titania doped zinc oxide (ZnO:Ti) and gallium doped zinc oxide (ZnO:Ga) thin films prepared by DC-magnetron sputtering 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition S. 3021 – 3025, Proceedings O. Zywitzki, T. Modes, H. Morgner, B. Siepchen, B. Späth, C. Drost, M. Grimm Characterization of microstructure and interfaces in cadmium telluride thin film cells 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition S. 3016 – 3020, Proceedings J.-P. Heinß, C. Mader, A. Merkle, T. Brendemühl, R. Brendel, L. Ehlers, R. Meyer Inline High Rate Deposition of Aluminium onto RISE Solar Cells by Electron Beam Technology 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition S. 2121 – 2124, Proceedings B. Siepchen, B. Späth, C. Drost, S. Frigge, K. Häfner, T. Preußner, O. Zywitzki, H. Morgner, M. Grimm CSS Deposition of CdTe Solar Cells: Latest Results from Roth & Rau’s Pilot Line 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition S. 3012 – 3015, Proceedings B. Scheffel, Chr. Metzner, T. Modes, O. Zywitzki, H. Morgner Functional and Decorative Coatings onto Stainless Steel Sheets and Strips Deposited by High-Rate Physical Vapour Deposition 7th European Stainless Steel Conference – Science and Market S. 1 – 7, Proceedings
J. Schaffner, M. Motzko, A. Tueschen, A. Swirschuk, H.-J. Schimper, A. Klein, T. Modes, O. Zywitzki, W. Jägermann 12% efficient CdTe / CdS thin film solar cells deposited by low temperature close space sublimation Journal of Applied Physics Vol. 110, 2011 Art. 064508, 8 S.
B. Heimke, U. Hartung, T. Kopte Annealing effects on titania doped zinc oxide (ZnO:Ti) and gallium doped zinc oxide (ZnO:Ga) thin films prepared by DC-magnetron sputtering 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition Hamburg, Deutschland 5. – 9. September 2011
O. Zywitzki, B. Scheffel, Chr. Metzner, T. Modes Untersuchungen der MgZn-Phasenbildung in feuerverzinktem Stahlblech In: A. Kneisel, H. Clemens (Hrsg.): Sonderbände der Praktischen Metallographie 42: Fortschritte in der Metallographie Berichte der 13. Internationalen Metallographie-Tagung S. 297 – 302
O. Zywitzki, T. Modes, H. Morgner, B. Siepchen, B. Späth, C. Drost, M. Grimm Characterization of microstructure and interfaces in cadmium telluride thin film cells 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition Hamburg, Deutschland 5. – 9. September 2011
M. Fahland Antireflexbeschichtung von Kunststofffolien im Vakuum In: Jahrbuch Oberflächentechnik 2011 Band 67, Leuze Verlag, Hrg.: R. Suchentrunk S. 86 – 91
J.-P. Heinß, C. Mader, A. Merkle, T. Brendemühl, R. Brendel, L. Ehlers, R. Meyer Inline High Rate Deposition of Aluminium onto RISE Solar Cells by Electron Beam Technology 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition Hamburg, Deutschland 5. – 9. September 2011
O. Zywitzki Fotokatalytische Schichten In: G. Blasek, G. Bräuer (Hrsg.): Vakuum Plasma Technologien Beschichtung und Modifizierung von Oberflächen, Teil II Eugen G. Leuze Verlag KG, 2011 S. 786 – 799
Fachposter
K. Kurasch, M. Allardt, S. Kolodinski, J.-P. Heinß, J. Weber Photoluminescence after crystallization of amorphous silicon samples German Polish Conference on Crystal Growth 2011 Frankfurt (Oder), Deutschland / Slubice, Polen 14. – 17. März 2011 U. Hartung, T. Unkelbach, B. Heimke, L. Gebauer, A. Dementjev, S. Dittrich On the way to a comprehensive APC library: Identification of process models and design of controllers for vacuum coating processes 11th European Advanced Equipment Control / Advanced Process Control Conference Dresden, Deutschland 4. – 6. April 2011 K. Häfner, H. Morgner, T. Modes, O. Zywitzki, Chr. Metzner, B. Siepchen, C. Drost, B. Späth, M. Grimm Influence of evaporation rate, substrate temperature and process chamber pressure on the microstructure of CdTe layers 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition Hamburg, Deutschland 5. – 9. September 2011
P. Pötschick, H. Bartzsch, A. Delan, P. Frach Investigation of a Magnetron Assisted PECVD Process for Deposition of a-Si:H and µc-Si:H from a Silane-Hydrogen-Argon Gas Mixture 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition Hamburg, Deutschland 5. – 9. September 2011 H. Klostermann Selective phase formation and tailored morphology of oxide films deposited by pulse magnetron sputtering 2. Brazilian-German Frontiers of Science and Technology Symposium Potsdam, Deutschland 9. – 11. September 2011 G. Gotzmann, C. Wetzel, L. Achenbach, N. Özkucur, R.H.W. Funk, C. Werner Untersuchung zur Keimminderung auf medizinischen Substraten 7. Thüringer Grenz-und Oberflächentage Zeulenroda, Deutschland 13. – 15. September 2011 G. Gotzmann, C. Wetzel, L. Achenbach, N. Özkucur, R.H.W. Funk Silber und Kupfer zur antimikrobiellen Ausrüstung von medizinischen Substraten V2011 – Industrieausstellung & Workshopwoche Vakuumbeschichtung und Plasmaoberflächentechnik Dresden, Deutschland 18. – 20. Oktober 2011 A. A. Ponomareva, V. A. Moshnikov, D. Glöß, A. Delan, G. Suchaneck Metal-oxide-based nanocomposites comprising advanced gas sensing properties RUSNANOTECH 2011, IV International Nanotechnology Forum Moskau, Russland 26. – 28. Oktober 2011
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Habilitationen
Diplomarbeiten
Erteilte Schutzrechte
Chr. Wetzel Biofunktionalisierung mit plasmagestützter Oberflächentechnik und Optimierung durch ein Simulationsmodell TU Dresden Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Biomedizinische Technik
S. Dominok Entwicklung eines Schaltmoduls für die schnelle Arc-Unterdrückung in Kaltkathoden-Elektronenstrahlkanonen TU Dresden Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik
DE 199 83 075 B3 Organisches Substrat mit durch Magnetronzerstäubung gefällten optischen Lagen und Verfahren zur Herstellung desselben V. Kirchhoff, K. Goedicke, J.-S. Liebig, G. Keller (Essilor), R. Bosmans (Essilor), P. Comble (Essilor)
M. Paul Automatisierung der Elektronenstrahlvermessung anhand des Lochblendenverfahrens Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Fakultät Maschinenbau / Verfahrenstechnik
EP 1 711 643 B1 Verfahren zur Herstellung eines Ultrabarriere-Schichtsystems M. Fahland, N. Schiller, S. Straach, C. Charton, M. Krug
Dissertationen
M. Junghähnel Herstellung und Charakterisierung von transparenten elektrisch leitfähigen TiO2:Nb-Dünnschichten durch Gleichstrom- und PulsMagnetron-Sputtern TU Ilmenau, Fakultät Maschinenbau Fachgebiet Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe
C. Israel Charakterisierung des Magnetron-PECVD-Prozesses auf Rohrtargets Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Fakultät für Informatik / Mathematik
Bachelorarbeiten
G. Gotzmann Analysis of the antimicrobial and surface characteristics of Ag/Ag+/Cu/Cu2+ coatings made by PVD on polyurethane substrates for medical devices TU Dresden Biotechnology Center Studiengang Molecular Bioengineering
S. Klamke Untersuchungen zur Biokompatibilität von elektronenstrahlmodifiziertem Polylactid Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Dresden
Chr. Paulus Untersuchung zu Eigenschaften eines Barrierefolienlaminats mit einer AlOX Barriereschicht Hochschule Neubrandenburg Fachbereich Agrarwirtschaft und Lebensmitteltechnologie A. Schick Erstellung und Modifizierung numerischer Auswertealgorithmen für Topographieuntersuchungen an beschichteten Polymersubstraten TU Chemnitz Physikalische Fakultät Studiengang Computational Science
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KR 10-1053340 Verfahren zur Herstellung eines Ultrabarriere-Schichtsystems M. Fahland, N. Schiller, S. Straach, C. Charton, M. Krug EP 1 774 394 B1 Vorrichtung und Verfahren zur Darstellung statischer oder bewegter Bilder M. Fahland, C. Rickers (IST), C. V. Kopylow (BIAS)
Masterarbeiten
H. Drese Charakterisierung mechanischer Eigenschaften von Permeationsbarriereschichten und -schichtsystemen auf flexiblen Substraten Fachhochschule Jena Fachbereich SciTec Studiengang Scientific Instrumentation
JP 4 708 364 B2 Verfahren zur Herstellung eines Ultrabarriere-Schichtsystems M. Fahland, N. Schiller, S. Straach, C. Charton, M. Krug
M. Melke Entwicklung eines mikrobiologischen Testregimes für den Sterilitätsnachweis an verpackten Implantaten Hochschule Zittau/Görlitz – University of Applied Sciences Studiengang Biotechnologie H. Noack Ermittlung des Dosis-Wirkungs-Verhältnisses beim Einsatz eines BioPhoton Prophymed Großflächenlasersystems Hochschule Zittau/Görlitz – University of Applied Sciences Studiengang Biotechnologie J. Pauling Auswirkungen der Elektronenstrahlbehandlung auf die antibakteriellen Eigenschaften von Polylactid Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Dresden Chr. Süß Herstellung einer Silicium-Photovoltaik-Zelle (Labortechnologie der TU Dresden): Einrichtung und Test technologischer Einzelprozesse Westsächsische Hochschule Zwickau FB Physikalische Technik Studiengang Mikrotechnologie
EP 1 998 955 B1 Abdeckmaterial für Biomasse und Verfahren zu dessen Herstellung O. Röder, V. Kirchhoff, R. Bartel, W. Schwarz, E. Remmele (TFZ) EP 1 999 775 B1 Vorrichtung und Verfahren zur Eigenschaftsänderung dreidimensionaler Formteile mittels Elektronen sowie Anwendung des Verfahrens R. Bartel, V. Kirchhoff, G. Mattausch, O. Röder, J. Kubusch zUA 94094 C2 Vorrichtung und Verfahren zur Eigenschaftsänderung dreidimensionaler Formteile mittels Elektronen sowie Anwendung des Verfahrens R. Bartel, V. Kirchhoff, G. Mattausch, O. Röder, J. Kubusch CN 101416267 B Vorrichtung und Verfahren zur Eigenschaftsänderung dreidimensionaler Formteile mittels Elektronen sowie Anwendung des Verfahrens R. Bartel, V. Kirchhoff, G. Mattausch, O. Röder, J. Kubusch CN 101542677 B Vorrichtung zum Behandeln von Substraten J.-P. Heinß, V. Kirchhoff, L. Klose, B. Scheffel, C. Metzner, H. Morgner EP 2 102 381 B1 Verfahren zum Herstellen eines antimikrobiell wirkenden Materials M. Fahland, N. Schiller, T. Vogt, J. Fahlteich
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Fraunhofer Institute for
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Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP
O 13° 46.890
Electron Beam and Plasma Technology FEP
E 13° 46.890
Winterbergstraße 28
Winterbergstraße 28
01277 Dresden, Deutschland
01277 Dresden, Germany
Mit dem Auto
By car
ffAutobahn A17, Ausfahrt »Dresden-Südvorstadt«
ffAutobahn A17, exit „Dresden-Südvorstadt“
ffBundesstraße B170 in Richtung Dresden
ffBundesstraße B170, direction Dresden
ffam »Pirnaischen Platz« rechts Richtung »Gruna / VW
ffat „Pirnaischer Platz“ turn right, direction „Gruna / VW
Manufaktur«
Manufaktur“
ffam Ende des »Großen Gartens« rechts in die »Karcherallee«
ffat the end of „Großer Garten“ turn right onto „Karcherallee“
ffan der folgenden Ampel links in die »Winterbergstraße«
ffat the next traffic light turn left onto „Winterbergstraße“
Mit der Bahn
By railway and tram
ffab Dresden Hauptbahnhof mit der Straßenbahnlinie 10
fffrom Dresden main railway station take tram line 10
(Richtung »Striesen«) bis zur »Bergmannstraße«
ffchange to bus 74 (direction „Reick“) and exit at
am »Fraunhofer-Institutszentrum«
„Fraunhofer-Institutszentrum“
Mit dem Flugzeug
Fraunhofer-Institutszentrum (Winterbergstraße 28) 138
DRESDEN
(direction „Striesen“) and exit at „Bergmannstraße“
ffumsteigen in den Bus 74 (Richtung »Reick«) und aussteigen
ffab Flughafen Dresden mit dem Taxi etwa 30 Min. zum
BERLIN
By airplane
www.openstreetmap.org
MÜNCHEN
fffrom Dresden Airport 30 minutes by taxi to the Fraunhofer-
Institutszentrum (Winterbergstraße 28) 139
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Impressum Editorial notes Kontakt / Contact
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Finn Hoyer
Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP
Janek Wieczoreck
Winterbergstraße 28 01277 Dresden, Deutschland Bildnachweis / Photo acknowledgments Telefon +49 351 2586-0 Fax +49 351 2586-105
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Janek Wieczoreck Fraunhofer ILT, IOF, IPM, IST, IWS (S. 16 –17 / 78 – 79) Glatt Systemtechnik GmbH (S. 37 / 99) Rolf Grosser
Ansprechpartner / Contact person Annett Arnold
Ü b e r s e t z u n g / Tr a n s l a t i o n
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Stuart Fegan
Telefon +49 351 2586-452 Druck / Production Redaktion / Editoral team
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Prof. Dr. Volker Kirchhoff
01099 Dresden
Dr. Marita Mehlstäubl Annett Arnold
Bei Abdruck ist die Einwilligung der Redaktion erforderlich. © Fraunhofer FEP, Dresden, Deutschland | März 2012 Reproduction of any material is subject to editorial authorization. © Fraunhofer FEP, Dresden, Germany | March 2012
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