Rico Meier erhält Werkstoff-Preis der Schott AG

Presseinformation / 12.6.2017

Für die Ultraschallaufklärung mechanischer Eigenschaften von Kupferbändern für Photovoltaik-Module in kritischen Bereichen der Fertigungskette ist Rico Meier mit dem Werkstoff-Preis 2017 der Schott AG geehrt worden. Der 33-jährige Physiker erhielt den mit 1500 Euro dotierten Preis im Rahmen der Kuratoriumssitzung des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale). Seine Untersuchungen machen die zerstörungsfreie Herstellung von Kupferbändern in der Fertigungskette möglich und stellen eine Qualitäts- und Kontinuitätssteigerung dar.

Werkstoffpreis Nachwuchsforscher Schott Fraunhofer
© Foto Fraunhofer IMWS/Maike Glöckner

Rico Meier (Zweiter von rechts) wurde mit dem Werkstoffpreis der Schott AG geehrt. Kay Kölzig (Mitte) und Jessica Klehm erhielten Anerkennungspreise. Es gratulierten Dr. Roland Langfeld, Vorsitzender des Kuratoriums des Fraunhofer IMWS (links), und Institutsleiter Prof. Ralf B. Wehrspohn (rechts).

Für den zum zweiten Mal vergebenen Preis konnten sich alle mit dem Fraunhofer IMWS verbundenen Diplomanden und Doktoranden sowie die Nachwuchswissenschaftler des Instituts bewerben. Eine Jury hatte unter den zahlreichen Bewerbern anhand von wissenschaftlicher Leistung, Innovationshöhe, Professionalität und Anwendungsrelevanz die drei Finalisten ausgewählt, die ihre Ergebnisse in kurzen Vorträgen dem Kuratorium präsentierten. Die Kuratoriumsmitglieder kürten dann den Sieger.

Dr. Roland Langfeld, Research Fellow der zentralen Forschung der SCHOTT AG und Vorsitzender des Kuratoriums des Fraunhofer IMWS, überreichte den Preis. »Die Vielfalt der eingereichten Beiträge macht deutlich, wie wichtig die Materialforschung für innovative Lösungen in der Industrie ist. Zudem war ich beeindruckt vom hohen wissenschaftlichen Niveau der Arbeiten am Fraunhofer IMWS. Die Forschungsergebnisse von Rico Meier zeigen exemplarisch, wie durch exzellente Kenntnisse der Mikrostrukturebene innovative Lösungen entstehen können, die nicht nur in der Industrie gefragt sind, sondern auch zu mehr Ressourceneffizienz beitragen«, sagt Langfeld.

Kupferbänder werden in Photovoltaik-Modulen und in der Leistungselektronik eingesetzt. Der Herstellungsprozess beeinflusst die Eigenschaften des Kupfer-Werkstoffs erheblich: Ungleichmäßigkeiten wie verschiedene Zieh- und Walzprozesse oder variierende Glühbedingungen führen dazu, dass sich der Werkstoff verändert. Beim Abkühlen des Kupferbandes nach dem Lötprozess entstehen thermomechanische Spannungen, die sich auf die Solarzellen übertragen und somit die Photovoltaikmodule nachhaltig schädigen können.

Rico Meier ist es gelungen, Charakterisierungsmethoden mithilfe von Schallwellen (Lamb-Wellen) zu entwickeln, die die mechanischen Eigenschaften des Kupfers während des Herstellungsprozesses überwachen, um zuverlässige Aussagen über dessen Qualität treffen zu können. Dabei ist diese Methode nicht auf die Charakterisierung metallischer Werkstoffe beschränkt, auch für Gläser und Keramiken ergeben sich interessante Anwendungen.

Wenn die Lamb-Wellen in den Probekörper eindringen, werden durch die Schallwellentransporteigenschaften die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes bis in die Mikrostrukturebene deutlich. Dem Physiker gelang es somit, mit Lamb-Wellen die elastischen Eigenschaften, die akustoelastische Konstante (also die Spannungsabhängigkeit elastischer Wellen) sowie die Korngröße des Kupfergefüges zu bestimmen. Dadurch sind Aussagen über den Glühzustand und über die Verfestigung des Kupferbandes möglich und es lässt sich verifizieren, wie geeignet der Werkstoff für die Weiterverarbeitung ist.

Der Physiker entwickelte hierzu drei Methoden, um Solarzellenverbinder im industriellen Maßstab prüfen zu können. Methode eins ermittelt mithilfe einer Dispersionsanalyse den Elastizitätsmodul und die Poissonzahl des Werkstoffs. Methode zwei bewertet die Mikrostruktur mit Hilfe der Akustoelastizität und eine dritte Methode nutzt die Schallstreuung der Lamb-Wellen am Gefüge des Materials zur Korngrößenbestimmung. In Summe wird durch diese Verfahren die Überwachung der mechanischen Eigenschaften des Kupfers möglich, um eine gleichbleibend hohe Qualität in der Produktion zu gewährleisten und somit die Zuverlässigkeit von Photovoltaik-Modulen zu verbessern.

»Ich freue mich, dass die SCHOTT AG uns dabei unterstützt, hervorragende wissenschaftliche Leistungen unserer Nachwuchswissenschaftler auszuzeichnen. Frische Ideen und wissenschaftliche Exzellenz sind Voraussetzung dafür, unseren Kunden optimale Lösungen anbieten zu können. Deshalb bedanke ich mich bei allen Mitgliedern des Kuratoriums und des Preiskomitees und gratuliere allen drei Preisträgern«, sagte Prof. Ralf B. Wehrspohn, Leiter des Fraunhofer IMWS.

Mit jeweils 500 Euro wurden die Arbeiten der anderen beiden Finalisten prämiert. Kay Kölzig untersuchte das Umformverhalten von thermoplastischen Sandwichverbunden. Dr. Jessica Klehm wurde für die Aufklärung pathologischer Knochenveränderungen wie der Osteoporose in der Mikrostrukturebene ausgezeichnet.