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Mikrofluidik

Mikrofluidikfolien zur Kühlung von Photvoltaikzellen

Die Effizienz photovoltaischer Module ist abhängig von der Temperatur. Die Leistung der Module sinkt um ca. 0.5 % pro Grad Celsius bei Betriebstemperaturen oberhalb von 25°C. So fällt z.B. bei monokristallinen Zellen der Wirkungsgrad bei einer Temperaturerhöhung von 25 °C auf 60°C etwa von 15% auf 12%. Bei Dünnschichtzellen aus Silizium ist der Temperatureinfluss auf den Wirkungsgrad nicht ganz so stark. Er sinkt bei o.a. Temperaturerhöhung etwa von 6% auf 4%.

 

Der Erwärmungseffekt ist während der besonders intensiven Sonneneinstrahlung (Mittags) am höchsten. In dieser Phase ist auch die Photostrom-Produktion besonders hoch. Eine Abkühlung um 20°C ermöglicht eine um ca. 10% höhere Stromausbeute Diese Effizienzsteigerung und die Tatsache, dass keine zusätzliche elektrische Energie zur Kühlung zugeführt werden muss, macht dieses Verfahren der Stromgewinnung aus regenerativen Energiequellen sehr attraktiv und wirtschaftlich.

 

Hierzu werden neuartige und kostengünstige Polymerfolien mit integrierten Kanalstrukturen und Mikroporen eingesetzt, die das sehr effiziente Kühlprinzip der Verdunstungskälte, wie man es aus der Natur insbesondere vom menschlichen Schwitzen kennt, technisch umzusetzen. In Abbildung 1 ist diese Umsetzung schematisch dargestellt. Der Effekt der für den Wassertransport genutzt wird, ist die Kapillarkraft. Diese bewirkt jedoch nur eine Steighöhe des Wassers von ca. 25 cm bei einem Kapillardurchmesser von z.B. 60µm. Wesentlich effektiver ist eine Kombination von Kapillarkräften und dem durch Verdunstung erzeugten Transpirations-Sog, wie er insbesondere von Bäumen für den Wassertransport in Höhen bis zu 100 m ausgenutzt wird.

 

 

Mikrofluidikchips mit integrierten Lichtleitern

 

MikrofluidchipsIn der modernen Analytik und Diagnostik haben in den letzten Jahren verstärkt mikrofluidische Analysesysteme Einzug gehalten. Zu den Vorteilen dieser „Lab-on-Chip“-Technologien gehört neben dem geringen Probenverbrauch und den schnellen Analysezeiten, die Möglichkeit zur Parallelisierung und Automatisierung von Prozessen. Die Vielzahl der inzwischen präsentierten Analysesysteme zeigt die Vielseitigkeit und Flexibilität der Mikrolabore bei der Anpassung an die gestellten Anforderungen und bietet inzwischen die Möglichkeit zum Nachweis von nahezu jeder Substanz. Um weitere Optionen des Lab-on-Chip Konzeptes, wie Bildung von kompletten Analysesystemen, zu erschließen, werden Konzepte zur optischen Auswertung innerhalb der Mikrofluidikchips benötigt. Im Rahmen dieses Projektes werden kostengünstige, produktionsnahe Technologien zur Herstellung von Mikro-Chips in Kunststoffen mit integrierten Lichtleitern für eine optische Analyse entwickelt. Die Grundlage bei der Herstellung bildet eine mit foto-lithografischen Verfahren hergestellte Dicklackvorform. Durch die Kombination von brechzahlangepassten Polymeren und speziellen Abformtechniken entstehen Polymersubstrate mit integrierten Lichtwellenleitern. Das abschließende Deckeln der Analysechips mit einem Polymersubstrat erfolgt mittels spezieller Bondtechniken.

 

Veröffentlichung

M. Fleger, A. Neyer, “PDMS microfluidic chip with integrated waveguides for optical detection”, Microelectronic Engineering, vol. 83, 2006, pp. 1291-1293