Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Unbemannter Raketenflug von TEXUS 51 - Fraunhofer IISB züchtet Siliziumkristall im Weltall

27.04.2015

Am 23. April 2015 um 9:35 Uhr Mitteleuropäischer Zeit startete vom Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Nordschweden die unbemannte Forschungsrakete TEXUS 51 in den Weltraum. Der zwanzigminütige Flug der 12,5 Meter hohen und 2,6 Tonnen schweren Rakete des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ging auf eine Höhe von 259 Kilometern. Während des Fluges herrschte sechs Minuten lang Schwerlosigkeit. Forscher des Fraunhofer IISB und der Universität Freiburg nutzten diese Zeit, um auf der Rakete einen Siliziumkristall ohne Einfluss von Gravitation zu züchten. Nach dem Flug von TEXUS 51 brachte ein Fallschirm die Nutzlasten wieder wohlbehalten zurück zum Boden.

Das Experiment mit der Kurzbezeichnung ParSiWal („Bestimmung der kritischen Einfanggeschwindigkeit von Partikeln bei der gerichteten Erstarrung von Solarsilizium im Weltall“) hilft dabei, die Herstellung von Siliziumkristallen für die Photovoltaik auf der Erde besser zu verstehen.


Start von TEXUS 51 am 23. April 2015 um 9.35 Uhr MEZ vom Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Nordschweden. Die Forschungsrakete des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) trug u.a. ein Kristallzüchtungsexperiment des Fraunhofer IISB (Erlangen) in den Weltraum. Nach der erfolgreichen Mission brachte ein Fallschirm die Nutzlasten wieder zurück zum Boden. DLR


Ellipsoid-Spiegelofen ELLI

© Uni Freiburg

Bei der Produktion von Siliziumkristallen für die Photovoltaik spielen in den Kristall eingelagerte Partikel aus Siliziumkarbid (SiC) eine große Rolle. Die SiC-Partikel sind problematisch für die mechanische Bearbeitung der Kristalle und können den Wirkungsgrad von Solarzellen verschlechtern. Der Einbau der SiC-Partikel in den Siliziumkristall muss deshalb vermieden werden.

Die SiC-Partikel entstehen während der Kristallisation beim Überschreiten der Löslichkeitsgrenze in einer mit Kohlenstoff verunreinigten Siliziumschmelze. Die Partikel bewegen sich dann in der Siliziumschmelze mit der Strömung durch das Schmelzvolumen und können schließlich in den erstarrten Kristall eingebaut werden.

Für den Einbau der Partikel wird angenommen, dass die Wachstumsgeschwindigkeit bei der Kristallisation eine wichtige Rolle spielt. So definieren verschiedene theoretische Modelle eine kritische Wachstumsgeschwindigkeit, ab der die Partikel vom wachsenden Festkörper – dem Kristall – eingefangen werden.

Dr. Christian Reimann, Gruppenleiter in der Abteilung Materialien am Fraunhofer IISB in Erlangen und verantwortlich für ParSiWal, erläutert: „Die theoretischen Modelle können bislang nicht den experimentell beobachteten Einbau von SiC-Partikeln bei der Siliziumerstarrung erklären. Hier kommt nun die Schwerelosigkeit ins Spiel.

Die Schwerkraft beeinflusst maßgeblich die Strömung in der Schmelze, die ihrerseits wiederum die Verteilung der Partikel im Schmelzvolumen bestimmt. Die Schwerkraft lässt außerdem die SiC-Partikel absinken, da Siliziumkarbid eine höhere Dichte besitzt als Silizium. Im Weltall werden hingegen die schwerkraftgetriebenen Effekte ausgeschaltet.

Das verringert die Komplexität der Vorgänge erheblich und erleichtert damit auch deren physikalische Beschreibung. Somit kann unter Schwerelosigkeit geprüft werden, ob die existierenden Theorien für den Partikeleinfang auch bei Silizium gültig sind oder ob sie um bislang noch nicht berücksichtigte physikalische Effekte erweitert werden müssen.“

ParSiWal steht für „Bestimmung der kritischen Einfanggeschwindigkeit von Partikeln bei der gerichteten Erstarrung von Solarsilizium im Weltall“. Für das ParSiWal-Experiment konnte die bereits im Weltraum erprobte Spiegelofenanlage ELLI des DLR genutzt werden. Vor der Mission wurde ein 8 mm dünner Siliziumstab in die Ofenanlage eingesetzt, der ein Depot an SiC-Partikeln enthielt. Innerhalb der ersten 60 Sekunden nach Erreichen der Schwerelosigkeit wurde in dem Stab in der Umgebung des Partikel-Depots eine flüssige Schmelzzone erzeugt und von der Erde aus deren Länge eingestellt.

Nachdem die Partikel in der Schmelzzone innerhalb der zweiten 60 Sekunden durch Magnetfeldrühren verteilt wurden, wurde der Siliziumstab in der Ofenanlage verfahren. Dadurch bewegte sich die Schmelzzone durch den Stab und somit auch die sich ausbildenden Fest-Flüssig-Phasengrenzen. Während der verbleibenden Flugzeit wurde die Verfahrgeschwindigkeit noch zweimal geändert, um auf diese Weise die kritische Einfanggeschwindigkeit für die SiC-Partikel bestimmen zu können.

Vor dem Ende der Flugphase wurde dann die Ofenheizung ausgeschaltet, so dass die Schmelzzone komplett erstarren konnte, bevor die Nutzlast wieder am Fallschirm auf der Erde gelandet ist. Die Auswertung des Experimentes erfolgt nach der Rückkehr der Probe zum Fraunhofer IISB in den nächsten Monaten. Im Labor lässt sich zum Beispiel die Partikelverteilung im Siliziumstab bestimmen und die existierenden Theorien können auf ihre Gültigkeit überprüft werden.

ParSiWal setzt die lange Tradition der Erlanger Weltraumexperimente auf dem Gebiet der Kristallzüchtung fort. So züchteten Erlanger Forscher bereits auf früheren Raketenflügen (1984, 1988, 1989, 1992) und sogar auf dem Space Shuttle (1983, 1985, 1993) technische Kristalle. Zudem hat die am Fraunhofer IISB entwickelte Software CrysMAS® vor etwa 10 Jahren ein aufwendiges Qualifizierungsverfahren bei der Europäischen Raumfahrtagentur ESA bestanden.

Seitdem wird das Programm CrysMAS®, das Temperaturverteilungen in Ofenanlagen berechnet, von Experimentatoren aus ganz Europa eingesetzt, um erfolgreich materialwissenschaftliche Experimente auf der Internationalen Raumstation ISS zu unterstützen.

Das Projekt ParSiWal wurde vom DLR-Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert.

Ansprechpartner

Dr. Jochen Friedrich
Fraunhofer IISB
Schottkystraße 10, 91058 Erlangen, Germany
Tel. +49-9131-761-270
Fax +49-9131-761-280
info@iisb.fraunhofer.de

Fraunhofer IISB

Das 1985 gegründete Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB betreibt angewandte Forschung und Entwicklung auf den Gebieten der Mikro- und Nanoelektronik, Leistungselektronik und Mechatronik. Mit Technologie-, Geräte- und Materialentwicklungen für die Nanoelektronik sowie seinen Arbeiten zu leistungselektronischen Systemen für Energieeffizienz, Hybrid- und Elektroautomobile genießt das Institut internationale Aufmerksamkeit und Anerkennung. Rund 230 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten in der Vertragsforschung für die Industrie und öffentliche Einrichtungen. Neben seinem Hauptsitz in Erlangen hat das IISB zwei weitere Standorte in Nürnberg und Freiberg. Das IISB kooperiert eng mit dem Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.

Weitere Informationen:

http://www.iisb.fraunhofer.de Homepage IISB

Kommunikation | Fraunhofer IISB

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Europäisches Exzellenzzentrum für Glasforschung
17.03.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Vollautomatisierte Herstellung von CAD/CAM-Blöcken für kostengünstigen, hochwertigen Zahnersatz
16.03.2017 | Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise