Vorlesungen

Die Studierenden erlangen vertieftes grundlegendes Verständnis der Funktionsweise von Silizium-Solarzellen und deren Herstellungstechnologie, Verständnis von Wirkungsgradgrenzen und real auftretenden Verlustmechanismen in Solarzellen sowie grundlegende Kenntnisse der Bauteil- und Prozesscharakterisierung.

In dieser Lehrveranstaltung erlernen und vertiefen die Studierenden anhand des Themas der Energiekonversion aus erneuerbaren und konventionellen Quellen Präsentationstechniken und Literaturrecherche. Inhaltlich liegt der Schwerpunkt auf den physikalischen Grundlagen und Prozessen zur Bereitstellung elektrischer Leistung mit erneuerbaren und konventionellen Techniken. Dies beinhaltet im Bereich der erneuerbaren Energien Wind-, Wasser-, und Sonnenenergie. Zudem wollen wir den Aufbau, die Komponenten und die Funktionsweisen thermischer Kraftwerke aus physikalischer Sicht betrachten. Unterschiedliche Quellen für thermische Energie werden behandelt, wie beispielsweise Verbrennung fossiler Rohstoffe und erneuerbare Wärmequellen.

Diese Vorlesung behandelt die Grundlagen der Halbleiterphysik und alle physikalischen Prozesse, die für die Funktion einer Solarzelle wichtig sind. Dabei wird insbesondere auf die optischen Eigenschaften des Halbleiters, die Lichteinkopplung in die Solarzelle, den Transport von Elektronen und Löchern sowie auf die Rekombination von Ladungsträgern eingegangen. Die Vorlesung gibt eine Einführung in das Herstellen und experimentelle Charakterisieren von Solarzellen. Die physikalischen Grenzen des Wirkungsgrades von Solarzellen werden berechnet. Die Vorlesung richtet sich an Studierende aus der Physik und aus den Ingenieurwissenschaften ab dem 5. Semester.

Die Vorlesung behandelt die grundlegenden physikalischen Prinzipien des MOS-Systems, den MOS-Kondensator und den MOSFET von einfachen Modellen bis zu Skalierungsproblemen moderner MOSFET-Technologiegenerationen. Weiterhin werden MOS-basierte Speicher wie SRAM, DRAM und Flash-Speicher diskutiert. In begleitenden Laborversuchen wenden die Studierenden das Erlernte auf die Auswertung der Charakteristika von MOS-Kondensatoren und MOSFETs an.

Diese Vorlesung behandelt die elektronischen und optischen Eigenschaften von Halbleitern sowie deren Anwendung in Bauelementen. Die Vorlesung befasst sich insbesondere mit den Themen Bändertheorie, Eigen- und Störstellenleitung, Defekte in Halbleitern, Rekombinationsprozesse, Ladungsträgertransport, pn-Übergänge, Heteroübergänge, Metall-Halbleiter-Kontakte und Halbleiterbauelemente (Dioden, Transistoren, Photodioden).

Im ersten Teil dieser Vorlesung werden Grundlagen der Halbleiterphysik in Verbindung mit Charakterisierungsmethoden für Halbleitermaterialien behandelt. Einen Schwerpunkt bilden dabei Methoden zur Charakterisierung von Defekten in Halbleitern sowie ihrer Auswirkung auf die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters. Im zweiten Teil der Vorlesung werden Methoden für die Charakterisierung von Solarzellen vorgestellt, wobei sowohl integrale Methoden wie die spektrale Empfindlichkeit als auch ortsaufgelöste Methoden wie die kamerabasierte Photolumineszenz behandelt werden.

Die Vorlesung behandelt zunächst die physikalischen Grundlagen der Halbleiterelektronik wie Ladungsträger im Halbleiter, Stromtransportmechanismen, Generations- und Rekombinationsprozesse. Darauf aufbauend folgt die Betrachtung des statischen und dynamischen Verhaltens von pn-Übergängen, Metall-Halbleiterübergängen und Halbleiter-Heteroübergängen mit einer kurzen Einführung in optoelektronische Bauelemente. In einem begleitenden Posterworkshop zeigen die Studierenden selbst erarbeitete Präsentationen zu verschiedenen Diodentypen und ihren Anwendungen. Den Abschluss bildet die Diskussion des Bipolartransistors von den grundlegenden Prinzipien bis zum dynamischen Verhalten und schließlich Heterobipolartransistoren.

Diese Lehrveranstaltung führt in verschiedene Verfahren und Effekte zum Bereitstellen von Wärme und Kälte im Bereich zwischen -200 °C und +200 °C ein. Es wird zunächst ein Rückblick auf historische Entwicklungen in diesem Bereich gegeben. Im späteren Verlauf wird auf Themen der aktuellen Forschung eingegangen. Die Vorlesung legt den Fokus auf bereits ausgereifte Technologien wie den Dampf- oder Gaskompressionsprozess und wirft einen tieferen Blick auf die dafür benötigten Kältemittel und Komponenten. Neue Technologien mit hohem Effizienzpotential, wie Magnetokalorik, Elastokalorik oder Elektrokalorik, werden kritisch bewertet. Die Systemintegration von Wärmepumpen und Kälteanlagen und ein Ausblick auf die Tieftemperaturtechnik, z. B. für die Luftverflüssigung, runden die Lehrveranstaltung ab.

Die Lehrveranstaltung führt in das Energiesystem und in die Disziplin der Energiesystemanalyse ein. Mit diesem Werkzeug können wir mögliche Transformationspfade hin zu einem nachhaltigen Energiesystem entwickeln, analysieren und optimieren. Parallel zur Methodik der Energiesystemanalyse werden sowohl die Eigenschaften des zukünftigen Energiesystems wie auch aktuelle gesellschaftliche Diskurse zur Energiewende (Zeitdruck, Netzausbau, Dunkelflauten, Nutzung von Kernenergie) näher beleuchtet. Absolventinnen und Absolventen der Vorlesung sind mit dem Energiesystem und den methodischen Ansätzen zur Erstellung von Energieszenarien vertraut und haben mit dem LUH-eigenen Framework ESTRAM erste Schritte in der Szenariomodellierung unternommen. Sie sind in der Lage, die Bedeutung ausgewählter Komponenten im Kontext der Energiewende einzuschätzen, mit ESTRAM selbstständig Fragen zum Energiesystem zu beantworten und Studien und Energiesystemszenarien Dritter zu analysieren und fachlich einzuschätzen.

Die Vorlesung soll den Studierenden einen Überblick über die verschiedenen Arten der erneuerbaren Energieerzeugung ge ben. Themengebiete sind u.a. Energiewandlung, Solarenergie, Wärmepumpen, Biomasse und Windenergie. Das ISFH führt die beiden Vorlesungen „Photovoltaik“ und „NiedertemperaturSolarthermie“ durch, in denen die Grundlagen der Technologie sowie deren Anwendungsfelder vermittelt werden. Zusätzlich werden zu den beiden Vorlesungseinheiten Praktika angeboten, in denen die Studierenden die Möglichkeit haben, eine photovoltaische Zelle zu charakterisieren und einen solarthermi schen Kollektor im Sonnensimulator zu vermessen. Weiterhin wird eine Exkursion am ISFH angeboten, in der den Studierenden die derzeitig relevanten Forschungsbereiche am Institut präsentiert werden. Die Inhalte der Vorlesungsreihe richten sich an Studierende aus den Ingenieurwissenschaften ab dem fünften Semester

Die Vorlesung soll den Studierenden einen Überblick über die verschiedenen Arten der erneuerbaren Energieerzeugung geben. Themengebiete sind u.a. Energiewandlung, Solarenergie, Wärmepumpen, Biomasse und Windenergie. Das ISFH führt die beiden Vorlesungen „Photovoltaik“ und „NiedertemperaturSolarthermie“ durch, in denen die Grundlagen der Technologie sowie deren Anwendungsfelder vermittelt werden. Zusätzlich werden zu den beiden Vorlesungseinheiten Praktika angeboten, in denen die Studierenden die Möglichkeit haben, eine photovoltaische Zelle zu charakterisieren und einen solarthermi schen Kollektor im Sonnensimulator zu vermessen. Weiterhin wird eine Exkursion am ISFH angeboten, in der den Studierenden die derzeitig relevanten Forschungsbereiche am Institut präsentiert werden. Die Inhalte der Vorlesungsreihe richten sich an Studierende aus den Ingenieurwissenschaften ab dem fünften Semester