Browsing by Author "Menzel, Siegfried"
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- ItemBelastungs- und Zuverlässigkeitsuntersuchungen im Verbundprojekt: Entwicklung und Untersuchung der Beschichtung von Folienbändern mit Kontakten, Barrieren und Solarzellen - (Akronym: Flexsol) : Abschlussbericht ; Laufzeit: 01.10.2012-30.09.2015(Hannover : Technische Informationsbibliothek (TIB), 2016) Menzel, Siegfried; Hengst, ClaudiaSilizium basierte Dünnschichtsolarzellen auf flexiblen Substraten sind eine vielversprechende Alternative für zukünftige Photovoltaikanwendungen. Sie können in großen Stückzahlen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf großen Flächen und unter Verwendung von sehr kostengünstigen Polymersubstraten und bei niedrigen Temperaturen hergestellt werden. Das Ziel des Teilvorhabens „Belastungs- und Zuverlässigkeitsuntersuchungen“ waren experimentelle und theoretische Untersuchungen zum statischen bzw. dynamischen Belastungsverhalten von relevanten, flexiblen Schicht-Substratfolie-Verbunden bzw. Solarzellen-Substratfolie-Verbunden bei Raumtemperatur sowie bei erhöhten, prozessrelevanten Temperaturen bis 140°C. Ein Arbeitsschwerpunkt waren dabei zyklische Biegebelastungsexperimente unter Verwendung einer unikalen, im Projektverlauf entwickelten Biegeapparatur, um die kritischen Biegeparameter (kritische Zyklenzahl bis zum Ausfall durch Rissbildung, kritische Biegeradien und Temperatur- bzw. Dehnungsobergrenzen) und damit Lebensdauern solcher Schicht-Substratfolie-Verbunde abschätzen zu können. Wichtige, das thermo-mechanische Verhalten des Verbundes bestimmende Dünnschichteigenschaften, wie die Schichtmorpho-logie, der Elastizitätsmodul, die intrinsischen Schichtspannungen sowie die Schichtlastspannungen wurden für Einzelschichten der Materialien a-Si:H, InSnOx (ITO) und ZnSnOx (ZTO) sowie für Mehrlagensysteme der Dünnschichtsolarzelle auf flexiblen Polyethylenterephathalat (PET)-Substratfolien umfassend untersucht und in Abhängigkeit der bei der Herstellung verwendeten Prozessparameter und Schichtparameter (Schichtdicke, Material etc.) diskutiert. Des weiteren wurden das statische und zyklische Belastungsverhalten (einachsige Zugbelastung, Biegebelastung) relevanter Schicht-Substratfolie-Verbunde sowie von kompletten Solarzellen untersucht. Damit konnte ein signifikanter Beitrag zum Verständnis des Verhaltens und der Performance von flexiblen Einzelschicht- bzw. Schichtstapel-Substratfolie-Verbunde und der kompletter Solarzellverbunde unter thermisch-mechanischer Belastung für Anwendungen beispielsweise auf gekrümmten Oberflächen geleistet werden. Diese Erkenntnisse sind von herausragender Bedeutung für flexible Dünnschichtsolarzellen auf Polymersubstraten und waren aus der Literatur bislang nicht bekannt. Darüber hinaus flossen die Ergebnisse des Teilprojekts ein in die Arbeiten der Projektpartner des Verbundprojekts beispielsweise in Form der Formulierung kritischen Prozessparameter (z.B. kritische Vorspannkraft, kritische Biegeradien, Art der Folieneinspannung und Folienführung) und die Anlagendimensionierung für den Rolle-zu-Rolle-Herstellungsprozesses.
- ItemDurability of TiAl based surface acoustic wave devices for sensing at intermediate high temperatures(Rio de Janeiro : Elsevier, 2023) Seifert, Marietta; Leszczynska, Barbara; Weser, Robert; Menzel, Siegfried; Gemming, Thomas; Schmidt, HagenTiAl based surface acoustic wave (SAW) devices, which offer a promising cheap and easy to handle wireless sensor solution for intermediate high temperatures up to 600 °C, were prepared and investigated with respect to their durability. To obtain the devices, Ti/Al multilayers were deposited on high-temperature stable piezoelectric catangasite (CTGS) substrates and structured as electrodes via the lift-off technique. AlNO cover layers and barrier layers at the substrate site served as an oxidation protection. The devices were characterized regarding their electrical behavior by ex-situ measurements of their frequency characteristics after heat treatments up to 600 °C in air. In addition, long-term in situ measurements up to 570 °C were performed to analyze a possible drift of the resonant frequency in dependence on the temperature and time. Scanning electron microscopy of the surfaces of the devices and scanning transmission electron microscopy of cross sections of TiAl interdigital transducer electrode fingers and the contact pads were conducted to check the morphology of the electrode metallization and to reveal if degradation or oxidation processes occurred during the heat treatments. The results demonstrated a sufficient high-temperature stability of the TiAl based devices after a first conditioning of system. A linear dependence of the resonant frequency on the temperature of about −37 ppm/K was observed. In summary, the suitability of TiAl based SAW sensors for long-term application at intermediate temperatures was proven.
- ItemInfluence of Viscosity in Fluid Atomization with Surface Acoustic Waves(Irvine, CA : Scientific Research Publishing, 2016) Winkler, Andreas; Bergelt, Paul; Hillemann, Lars; Menzel, SiegfriedIn this work, aqueous glycerol solutions are atomized to investigate the influence of the viscosity on the droplet size and the general atomization behavior in a setup using standing surface acoustic waves (sSAW) and a fluid supply at the boundary of the acoustic path. Depending on the fluid viscosity, the produced aerosols have a monomodal or polymodal size distribution. The mean droplet size in the dominant droplet fraction, however, decreases with increasing viscosity. Our results also indicate that the local wavefield conditions are crucial for the atomization process.
- ItemLong-term high-temperature behavior of Ti–Al based electrodes for surface acoustic wave devices(Rio de Janeiro : Elsevier, 2022) Seifert, Marietta; Leszczynska, Barbara; Menzel, Siegfried; Gemming, ThomasThe long-term high-temperature behavior of Ti–Al based electrodes for the application in surface acoustic wave (SAW) sensor devices was analyzed. The electrodes were obtained by e-beam evaporation of Ti/Al multilayers on the high-temperature stable piezoelectric Ca3TaGa3Si2O14 (CTGS) substrates and structuring via the lift-off process. AlNO (25 at.% Al; 60 at.% N and 15 at.% O) cover and barrier layers were applied as protection against oxidation from the surrounding atmosphere and to prohibit a chemical reaction with the substrate. The samples were annealed at temperatures up to 600 °C in air for a duration of up to 192 h. Scanning and transmission electron microscopy were used to evaluate the morphology and degradation of the electrodes as well as of the extended contact pads. The results revealed that the Ti–Al based electrodes remained unoxidized after annealing for 192 h at 400 and 500 °C and for 24 h at 600 °C. After the heat treatment for 192 h at 600 °C, a strong oxidation of the structured electrodes occurred, which was less pronounced within the pads. In summary, the investigation showed that Ti–Al based SAW devices are a cost efficient alternative for long-term applications up to at least 500 °C and short- and medium-term applications up to 600 °C.
- ItemTungsten as a chemically-stable electrode material on Ga-containing piezoelectric substrates langasite and catangasite for high-temperature saw devices(Basel : MDPI, 2016) Rane, Gayatri K.; Seifert, Marietta; Menzel, Siegfried; Gemming, Thomas; Eckert, JürgenThin films of tungsten on piezoelectric substrates La3Ga5SiO14 (LGS) and Ca3TaGa3Si2O14 (CTGS) have been investigated as a potential new electrode material for interdigital transducers for surface acoustic wave-based sensor devices operating at high temperatures up to 800 °C under vacuum conditions. Although LGS is considered to be suitable for high-temperature applications, it undergoes chemical and structural transformation upon vacuum annealing due to diffusion of gallium and oxygen. This can alter the device properties depending on the electrode nature, the annealing temperature, and the duration of the application. Our studies present evidence for the chemical stability of W on these substrates against the diffusion of Ga/O from the substrate into the film, even upon annealing up to 800 °C under vacuum conditions using Auger electron spectroscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy, along with local studies using transmission electron microscopy. Additionally, the use of CTGS as a more stable substrate for such applications is indicated.