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Um Dünnschicht-Solarzellen auf Basis von Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGSe), mit denen im Labor schon Wirkungsgrade von über 20% erzielt wurden, in der Industrie konkurrenzfähig zu machen, wird eine kostengünstige und effiziente Technologie zur großflächigen Abscheidung der CIGSe Absorberschichten benötigt. In dieser Dissertation wird das reaktive Magnetron-Sputtern (RMS) zur Herstellung dieser Absorberschichten untersucht. In diesem Prozess wird gleichzeitig von einem CuGa- und einem In Target in einer Ar:H2S bzw. Ar:H2Se Gasmischung gesputtert, so dass sich auf einem beheizten Substrat direkt die gewünschte Cu(In,Ga)S2 bzw. Cu(In,Ga)Se2 Schicht abscheidet. Somit kann die CIGSe Schicht in einem einzigen Prozessschritt hergestellt werden, ähnlich wie beim etablierten Ko Verdampfungsprozess. Gleichzeitig wird die Technologie des Magnetron-Sputterns verwendet, welche sehr gut für homogene Abscheidungen auf großen Flächen geeignet ist. Die prinzipielle Anwendbarkeit der RMS Technologie zur Abscheidung von Chalkopyrit-Schichten ist in der Vergangenheit bereits gezeigt worden, jedoch ist ein besseres Prozessverständnis nötig, um reproduzierbare Abscheidungen zu ermöglichen. Ziel der Arbeit ist es außerdem zu zeigen, dass die relativ einzigartige Methode des Sputterns von metallischen Targets in einem Ar:H2Se Prozessgas geeignet ist, um Cu(In,Ga)Se2 Schichten herzustellen, die eine ausreichende Materialqualität für Solarzellen-Anwendungen besitzen. Grundlegende Untersuchungen über das Prozessverhalten in Abhängigkeit des Reaktivgasanteils wurden durchgeführt und hauptsächlich mittels der Entladungsspannungen der beiden Targets charakterisiert. Dabei wurden relativ komplexe Phänomene beobachtet, die zum Teil darauf zurückgeführt werden konnten, dass sich auf der Targetoberfläche in Abhängigkeit des Reaktivgasanteils und der Reaktionszeit unterschiedliche Phasen bilden. Die abgeschiedenen Schichten bestehen ausschließlich aus der Chalkopyrit-Phase, sofern genügend Reaktivgas im Sputter-Prozess vorhanden war. Ein zu geringer Reaktivgasanteil führt zur Bildung von sekundären, metallischen Phasen und einem deutlich inhomogenen Schichtwachstum. Wie erwartet wurde für höhere Substrattemperaturen und Cu-reichere Wachstumsbedingungen eine verbesserte Kristallisation der Schichten beobachtet. Für Cu-arme Abscheidungsbedingungen ist das Schichtwachstum erheblich durch das Abdampfen von Indium beeinflusst, sobald die Substrattemperatur Tsub einen kritischen Wert Tcrit (~400°C) übersteigt. Für Tsub ≈ Tcrit + 100°C dampft nahezu alles überschüssige Indium ab, so dass sich das [Cu]/([In]+[Ga]) Verhältnis der Schicht automatisch auf einen Wert etwas unterhalb von 1 (stöchiometrische Zusammensetzung) einstellt. Das Abdampfen von Indium kann durch einen höheren Reaktivgasanteil reduziert werden. Für Cu(In,Ga)S2 Absorberschichten war eine Optimierung des Abscheide-Prozesses auf Grund einer schlechten Reproduzierbarkeit schwierig. Die beste Solarzelle erreichte einen Wirkungsgrad von 10,6% mit einer Leerlaufspannung von 876 mV bei einer Bandlücke von 1,72 eV. Cu(In,Ga)Se2 Absorberschichten konnten reproduzierbar mit einem 1 Stufen-Prozess hergestellt werden, bei dem während der gesamten Abscheidung mit einem In-Überschuss im Materialfluss gearbeitet wurde. Durch das erhebliche Abdampfen von Indium bei den verwendeten Substrattemperaturen von etwa 500°C wiesen die Schichten über einen breiten Bereich des Materialfluss-Verhältnisses vom CuGa- und In-Target eine ähnliche Elementzusammensetzung auf, mit der gute Solarzellen hergestellt werden konnten. Die besten Wirkungsgrade waren 9,3% auf Mo-Rückkontakten und 11,7% für Substrate mit Natrium dotierten Mo-Rückkontakten (Mo:Na). Die besseren Wirkungsgrade für Mo:Na Substrate sind dabei nicht nur durch die erhöhte Na-Dotierung der Absorberschicht verursacht, sondern auch durch das verringerte Abdampfen von Indium im Abscheidungsprozess. Schichten, die eine Zusammensetzung aufweisen, die Cu-arm genug ist, um in Solarzellen hohe Leerlaufspannungen zu erzielen, können mit dem 1 Stufen-Prozess jedoch nur mit einem signifikanten In Überschuss im Raten-Verhältnis hergestellt werden. Gleichzeitig sind Cu-reichere Wachstumsbedingungen nötig, um eine gute Materialqualität zu erzielen, die höhere Kurzschlussstromdichten Jsc ermöglicht. In ersten Experimenten wurde versucht, das [Cu]/([In]+[Ga]) Verhältnis einer zwischenzeitlich (nahezu) Cu-reichen Cu(In,Ga)Se2 Schicht durch eine Cu-arme Prozessstufe am Ende der Abscheidung zu reduzieren, ähnlich wie bei typischen Ko-Verdampfungsprozessen. Dies führte zu Solarzellen, die gleichzeitig hohe Voc und Jsc Werte und einen maximalen Wirkungsgrad von 12.2% erzielten (Voc = 558 mV, Jsc = 31,1 mA/cm², FF = 70,6%). Durch eine Optimierung der Prozess-Sequenz sind weitere Verbesserungen zu erwarten. Diese Ergebnisse zeigen das hohe Potenzial der Technologie des reaktiven Magnetron-Sputterns zur direkten Abscheidung von Cu(In,Ga)Se2 Absorbern für Dünnschichtsolarzellen. In order to transfer the very good laboratory results for Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGSe) solar cells with efficiencies above 20% to a mass producing industry a cost effective and efficient technology for a large area deposition of the CIGSe absorber film is needed. In this thesis a reactive magnetron sputtering (RMS) process is investigated for the deposition of these absorber films. By simultaneous sputtering from CuGa and In targets in an Ar:H2S or Ar:H2Se atmosphere onto heated substrates a direct growth of the Cu(In,Ga)S2 repectively Cu(In,Ga)Se2 thin films is achieved. This approach combines the advantages of the two conventional preparation technologies for CIGSe films. The well-established large area deposition method of sputtering is used similar to the sequential process (sulfurization, or selenization of metallic precursor films) and at the same time a direct and well controllable growth of the chalcopyrite films can be realized similar to the co evaporation process. Although the principle applicability of the RMS technology for the deposition of chalcopyrite films has already been shown, a more detailed process understanding is necessary to enable reproducible depositions. A further aim of this work was, to evaluate, if the relatively unique approach of sputtering from metallic targets in an Ar:H2Se atmosphere is suitable for the deposition of Cu(In,Ga)Se2 thin films, which can achieve a sufficient material quality for high solar cell efficiencies. The behavior of the magnetron sputtering process in dependence of the reactive gas content has been investigated and mainly analyzed by the discharge voltages of the two targets, while sputtering at constant target power. Thereby quite complex phenomena have been found, which could be partially attributed to the formation of different phases at the target surface in dependence of the reactive gas content, and the time of exposure. The deposited films show a pure chalcopyrite phase if the reactive gas content during the process was sufficiently high. A too low reactive gas content leads to the formation of secondary, metallic phases and a significant inhomogeneous film growth. For higher substrate temperatures and Cu richer growth conditions the expected trends of increased crystallization and better grain growth have been found. However, for Cu-poor deposition conditions the film composition is significantly influenced by the re evaporation of indium if the substrate temperature Tsub exceeds a critical value Tcrit in the range of 300…450°C. For Tsub ≈ Tcrit + 100°C nearly all excess In is re evaporating and the film composition is self-adjusted to a [Cu]/([In]+[Ga]) ratio close to 1 (stoichiometric composition). The re evaporation of indium is slightly reduced by a higher reactive gas content. For Cu(In,Ga)S2 absorber layers an optimization of the deposition sequence was very difficult due to reproducibility problems. The best solar cell achieved an efficiency of 10.6% with an open circuit voltage of 876 mV for a bandgap of 1.72 eV. Cu(In,Ga)Se2 absorber layers for solar cells could be reproducibly deposited by using a 1 stage deposition sequence with Cu poor supply conditions during the whole process. Due to significant re evaporation of indium for the used substrate temperatures of about 500°C the composition is self-adjusted to a [Cu]/([In]+[Ga]) ratio close to 1 and good solar cells can be prepared with a relatively wide range of supply ratios from the CuGa and In target. The best efficiencies are 9.3% on normal Mo back contacts and 11.7% on sodium doped Mo back contacts (Mo:Na). The higher efficiency on Mo:Na substrates is not only caused by the additional Na doping but also by a less pronounced re evaporation of In, which leads to a Cu poorer final composition. For the 1 stage process a significant In-excess is necessary to achieve a final composition which is Cu-poor enough to lead to cells with high open circuit voltage Voc and low interface recombination. However, at the same time Cu richer deposition conditions are advantageous for a better material quality (larger grains and larger diffusion length) and higher short circuit current densities (Jsc). Therefore, it was tried in first experiments to reduce the [Cu]/([In]+[Ga]) ratio of an intermediate (nearly) Cu-rich film with a final Cu poor stage similar to typical co evaporation processes. In order to reduce the re evaporation of indium the H2Se content has been increased. This led to cells, which achieved high Jsc and high Voc at the same time with a maximum efficiency of 12.2% (Voc = 558 mV, Jsc = 31.1 mA/cm², FF = 70.6%). Further improvements can be expected by optimizing the process sequence. These results demonstrate, the high potential of the reactive magnetron sputtering technology for a direct deposition of Cu(In,Ga)Se2 absorber layers for thin film solar cells.

Köhler, Thomas [Hrsg.]; Neumann, Jörg [Hrsg.]: Wissensgemeinschaften. Digitale Medien – Öffnung und Offenheit in Forschung und Lehre. Münster ; New York ; München ; Berlin : Waxmann 2011, S. 92-101. - (Medien in der Wissenschaft; 60), In den Ingenieurwissenschaften ist die Arbeit in Laboren ein zentraler Bestandteil aktiver Hochschullehre und -forschung. Jedoch besteht ein grundlegendes Problem in der Einbettung von Laborarbeit in computergestützte Arbeitsabläufe wie etwa dem E-Learning. Für eine nachhaltige Kompetenzentwicklung bei Studierenden können die Bereiche der aktiven Laborarbeit und der Lehre nicht weiterhin isoliert voneinander betrachtet werden. Der vorliegende Artikel beschreibt den Aufbau einer kooperativen Forschungsumgebung für die wissenschaftliche Laborarbeit, welche sich in die hochschulweiten und sogar organisationsübergreifenden IT-Infrastrukturen nahtlos einbetten lässt. Dabei wird deutlich, dass eine innovative kooperative Forschungsumgebung Synergien zwischen Forschung und Lehre maßgeblich fördern kann. (DIPF/Orig.)

Köhler, Thomas [Hrsg.]; Neumann, Jörg [Hrsg.]: Wissensgemeinschaften. Digitale Medien – Öffnung und Offenheit in Forschung und Lehre. Münster ; New York ; München ; Berlin : Waxmann 2011, S. 81-91. - (Medien in der Wissenschaft; 60), Seit Sokrates’ Dialogen auf der Agora, die noch ohne Hilfsmittel auskamen, hat sich die Wissenschaft vielfältiger medialer und technischer Mittel bedient. Insbesondere durch Computer und deren weltweite Vernetzung haben sich neue Möglichkeiten der wissenschaftlichen Arbeit ergeben. Mussten sich Wissenschaftler ehemals technischen Barrieren beugen, so sind diese Grenzen heute aufgrund der Durchdringung digitaler Medien nahezu aufgelöst. Die Informatik und insbesondere das Forschungsgebiet CSCL (Computer Supported Cooperative Learning) konnten hier einen maßgebenden Beitrag leisten und vor allem Kooperation in Lehr- und Arbeitsumgebungen nachhaltig fördern. Aus akademischer Sicht ist nun interessant, inwieweit sich Forschung und Lehre wechselseitig beeinflussen und ob diese Wechselbeziehungen essentiellen Einfluss auf Forschungs- und Lerninfrastrukturen nehmen können. Der vorliegende Artikel beleuchtet die Wechselbeziehungen von Forschungs- und Lernprozessen am Beispiel einer Arbeitsumgebung, Studiolo communis, für den Forschungsdiskurs in der Kunst- und Architekturgeschichte. Unter der Prämisse, Forschung und Lehre gleichermaßen zu unterstützen, wird eine Plattform entwickelt, die ko-aktive Wissensarbeit organisationsübergreifend in den Kulturwissenschaften ermöglicht. (DIPF/Orig.)

Mit der 4. Tagung zur Hochschuldidaktik Informatik wird eine Reihe fortgesetzt, die ihren Anfang 1998 in Stuttgart unter der Überschrift „Informatik und Ausbildung“ genommen hat. Seither dienen diese Tagungen den Lehrenden im Bereich der Hochschulinformatik als Forum der Information und des Diskurses über aktuelle didaktische und bildungspolitische Entwicklungen im Bereich der Informatikausbildung. Aktuell zählen dazu insbesondere Fragen der Bildungsrelevanz informatischer Inhalte und der Herausforderung durch eine stärkere Kompetenzorientierung in der Informatik. Die eingereichten Beiträge zur HDI 2010 in Paderborn veranschaulichen unterschiedliche Bemühungen, sich mit relevanten Problemen der Informatikdidaktik an Hochschulen in Deutschland (und z. T. auch im Ausland) auseinanderzusetzen. Aus der Breite des Spektrums der Einreichungen ergaben sich zugleich Probleme bei der Begutachtung. Letztlich konnten von den zahlreichen Einreichungen nur drei die Gutachter so überzeugen, dass sie uneingeschränkt in ihrer Langfassung akzeptiert wurden. Neun weitere Einreichungen waren trotz Kritik überwiegend positiv begutachtet worden, so dass wir diese als Kurzfassung bzw. Diskussionspapier in die Tagung aufgenommen haben.

In der universitären Lehre ändert sich der Leitgedanke von einer qualifikationsorientierten hin zu einer kompetenzorientierten Ausbildung. Der Begriff Kompetenz lässt sich dabei grob in die fachlichen und die überfachlichen Kompetenzen unterteilen. Insbesondere die Vermittlung von Schlüsselqualifikationen hat in der Lehre von naturwissenschaftlichen Fachrichtungen nur unzureichend Einzug erhalten. Während der klassische Vorlesungsbetrieb auf den Erwerb von Fachkompetenz zielt, stoßen ausschließlich projektorientierte Veranstaltungen schnell an ihre Grenzen hinsichtlich der Teilnehmergröße oder Umfang der Lerninhalte. Um auf geeignete Art und Weise den Erwerb von überfachlichen Kompetenzen zu ermöglichen, bedarf es neuer didaktischer Konzepte, die eine engere Verknüpfung von klassischen Vorlesungen und dem projektorientierten Lernen vorsehen. In diesem Sinne versucht der skizzierte Ansatz der koordinierten Projektvorlesung(KoProV) Wissensvermittlung im Rahmen von Vorlesungseinheiten mit koordinierten Praxisphasen in Teilgruppen zu verbinden. Für eine erfolgreiche Durchführung und Erarbeitung des begleitenden Praxisprojektes durch mehrere Teilgruppen sind organisatorische und technische Randbedingungen zu beachten.

Dieser Artikel beleuchtet die Möglichkeiten des Austauschs von Informationen zwischen Hightech-Laboren und der Nachnutzung gewonnener Ergebnisse aus Versuchen in der Lehre und Industrie. Da Laborkomponenten zumeist durch proprietäre Schnittstellen gekennzeichnet sind, wird zunächst eine serviceorientierte Architektur für Labore vorgestellt. Funktionalitäten von Laborapparaturen werden als Dienst gekapselt und mittels Feld-Bus-Controller zugreifbar gemacht. Diese Modularisierung des Labors ermöglicht den Anschluss an die Dokumentenwelt des E-Learning. Der vorliegende Artikel soll die Symbiose zwischen Forschung und Lehre verdeutlichen. Diese wird insbesondere durch die entwickelte Laborarchitektur ermöglicht und erlaubt eine durchgängige Integration des Labors in hochschulweite Informationsinfrastrukturen. Die Autoren verdeutlichen in dem Beitrag, dass nicht nur die Forschung maßgeblichen Einfluss auf die Lehre nehmen kann, sondern auch umgekehrt die Lehre Bestandteil der späteren Forschungsarbeit in Laboren ist. (DIPF/Orig.)