weitere Beispiele aus der Forschung

 

Nanostrukturierte Silizium-Dünnschichten für Solarzellen der nächsten Generation

Die Nanotechnologie ermöglicht es, auf der Basis von Silizium Materialien und Strukturen herzustellen, deren Absorptions­eigenschaften gezielt eingestellt und manipuliert werden können. Dabei wird ausgenutzt, dass sich die Eigenschaften von ultradünnen Silizium-Schichten unter 10 Milliardstel Meter (10 nm) Dicke auf Grund von Quanteneffekten (confinement effects) fundamental von bislang standardmäßig verwendeten dicken Silizium-Solarzellen unterscheiden.

Auf diese Weise lassen sich Solarzellen durch vertikale Stapelung ultradünner Schichten herstellen (s. Foto) die einen wesentlich größeren Anteil des Sonnenlichtspektrums absorbieren als konventionelle Solarzellen basierend auf Silizium- Dickschicht Zellen mit ‚klassischem’ pn-Übergang. Die höhere Absorption bewirkt eine verbesserte Umwandlung des Sonnenlichts in elektrischen Strom und eine entsprechend höhere elektrische Klemmspannung an der Tandem-Solarzelle. Theoretisch können 44 % bis 66 % der eingestrahlten Sonnenenergie in elektrische Energie umwandelt werden. Diese Werte liegen um einen Faktor 2 bis 3 über den besten Werten, die z.Zt. konventionellen Solarzellen erzielt werden.

Am Institut für Halbleitertechnik der RWTH Aachen werden im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes SINOVA Silizium-Dünnschichten mit nano­tech­no­lo­gischen Verfahren in alternativen lateralen Si-Quantenschicht-Solarzellen integriert, die die angestrebte Erhöhung der elektrischen Ausgangsspannung (Voc) eindeutig demonstrieren. Der Grundstein für die zukünftige Höchst-Effizienz-Solarzelle aus Silizium-Nanostrukturen wurde damit gelegt.

 

Mikroelektronik hilft Blinden wieder zu sehen

Augenimplantat Institut IWE1, RWTH Aachen

Weltweit leiden etwa drei Millionen Menschen an der Erbkrankheit ‚Retinis Pigmentosa’. Bei dieser Augenkrankheit wird schleichend die Netzhaut zerstört und die Fotorezeptoren sterben ab. Obwohl ungefähr 30 Prozent der Nervenzellen auf der Netzhaut intakt bleiben, erblinden die Patienten schrittweise durch den Funktionsverlust der Zapfen und Stäbchen. Trotz bedeutender medizinischer Fortschritte ist die Krankheit, an der in Deutschland etwa 10.000 Menschen leiden, derzeit weder heilbar, noch lässt sich der Krankheitsverlauf aufhalten. Der Einsatz moderner Mikroelektronik und Halbleitertechnik den durch Retinis Pigmentosa bringt den Erblindeten einen Teil des Sehvermögens und somit ein Stück Lebensqualität zurück.

Mit Hilfe einer speziellen Brille mit eingebauter Kamera und einem im Augeninneren befindlichen Implantat, beides an einem Institut der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik entwickelt, können Blinde wieder sehen (s. Foto). Die von der Kamera aufgenommenen Bilder werden in digitale Signale umgewandelt und drahtlos an das Implantat im Auge gesendet. Hinter der Augenlinse des Erblindeten werden verschiedene Chips eingesetzt, von denen die Empfangsspule die digitalen Signale der Kamera empfängt und an einen Stimulationschip weiterleitet. Dieser Stimulationschip erzeugt minimale Stromstöße, die über Mikrokabel an die Stimulationselektroden, die auf der Netzhaut eingepflanzt wurden, an die Nervenzellen weitergegeben werden. Schließlich schicken die noch intakten Nervenzellen der Netzhaut die erhaltenen Informationen an das Gehirn, das diese verarbeitet und daraus ein Bild erzeugt.

Als weltweit einziges System wird die Prothese vollständig in den Augapfel implantiert und drahtlos mit Energie und Daten versorgt. Dadurch werden Operationszeit und Belastung für den Patienten im Vergleich zu anderen, teilweise kabelgebundenen Systemen deutlich reduziert.