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Lumineszenzdynamik in InGaN/GaN-basierten Mikrosäulen- und Fin-LED-Strukturen

Lumineszenzdynamik in InGaN/GaN-basierten Mikrosäulen- und Fin-LED-Strukturen von Jaros,  Angelina
Nowadays gallium-nitride-based (GaN) light-emitting diodes (LEDs) with indium gallium nitride (InGaN) quantum wells are an integral part of the lighting market. One approach to increase the efficiency of LEDs and to reduce the production costs are three-dimensional (3D) core-shell structures. The quantum wells are grown as a shell around the n-doped GaN cores resulting in a large surface area in relation to the substrate and a mostly non-polar crystal orientation. So far, the focus of attention lay on core-shell microrod structures, but so-called fin structures (walls) are of increasing interest. In this thesis, the luminescence properties and in particular the charge carrier dynamics of three-dimensional microrod and fin structures are investigated and conclusions are drawn about the underlying physical processes on the basis of time-integrated and time-resolved photoluminescence spectroscopy. Complementary information is obtained by means of cathodoluminescence spectroscopy. The material quality and concentration of free charge carriers are examined with Raman spectroscopy and scanning capacitance microscopy. For the investigation of the charge carrier dynamics, fs laser pulses with a low repetition rate are used, which have pulse powers in the range of several tens of megawatts. This leads to high fluences close to the damage threshold of GaN. For the utilized titanium- sapphire laser system a damage threshold for GaN layers of 0,01 J/cm2 is determined for a pulse duration of 100 fs, a repetition rate of 1 kHz and a photon energy of 3,81 eV. Excitation densities close to the damage threshold are used for the measurements on the LED structures. The results of the 3D structures are compared with the properties of a conventional planar structure. The greatest differences in the decay dynamics can be traced back to the influence of the quantum-confined Stark effect. This effect determines the recombination dynamics in planar samples grown in the polar c-direction but is negligible in the core- shell structures whose quantum wells exhibit a non-polar growth direction. This leads to faster decay times of the InGaN luminescence in the 3D structures. Furthermore, charge carriers are more strongly localized in the quantum wells of the microrod and fin structures as compared to the planar LEDs and thermally activated non-radiative processes play a minor role. An additional influence on the charge carrier dynamics of the quantum wells can be assigned to the surrounding layers. In the case of non-resonant excitation of the samples, thicker GaN capping layers lead to longer decay dynamics due to diffusion processes. The luminescence properties of the structures are additionally influenced by defects both in the shell layers and in the n-doped GaN cores and also by inhomogeneities in the thickness and indium concentration of the InGaN layers.
Aktualisiert: 2021-09-17
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Methode zur Bewertung von Smart Home Flexibilitäten im Energieversorgungssystem

Methode zur Bewertung von Smart Home Flexibilitäten im Energieversorgungssystem von Meinerzhagen,  Ann-Kathrin
Politische Maßnahmen zur Erreichung der Klimaschutzziele wirken auf Quellen- und Senkenseite des Energieversorgungssystems. Neben der Förderung der Strom- und Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien sollen auch Effizienzsteigerungen der Nachfrageseite zu einem klimafreundlicheren Energieversorgungssystem führen. In der Energieversorgung von Gebäuden werden Effizienzsteigerungen insbesondere durch bauliche Maßnahmen erreicht: Gebäudetechnologien sollen durch die Ausnutzung von Flexibilitäten im Betrieb eine höhere Integration erneuerbarer Energien erreichen. Die Flexibilität kann für Zielsetzungen verschiedener Akteure im Energiesystem genutzt werden. Bezüglich der akteur- und technologieübergreifenden Bewertung des Einsatzes der Flexibilitäten von sog. Smart Home-Technologien besteht zusätzlicher Forschungsbedarf. Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einsatz eines Portfolios von Technologien zur Wärme- und Stromversorgung von Gebäuden hinsichtlich des akteurspezifischen Nutzens, energetischer Kenngrößen und dem Einfluss auf das elektrische Verteilungsnetz zu bewerten. Ausgehend von einer Analyse typischer Versorgungstechnologien für Gebäude werden die Anforderungen an die Abbildung und Parametrierung der Technologien abgeleitet und technologiespezifische Modelle vorgestellt. Zielsetzungen der verschiedenen Akteure für den Einsatz der Gebäudetechnologien werden mittels der Parametrierung verschiedener entwickelter Simulations- und Optimierungsverfahren zur Einsatzplanung von Flexibilitäten in Smart Homes dargestellt. Die Ergebnisse der verschiedenen Methoden zur Einsatzermittlung werden anschließend hinsichtlich der benannten Bewertungskriterien ausgewertet und verglichen. In einer exemplarischen Anwendung auf ein Modellquartier werden die Bewertung der Flexibilitätsnutzung und die Auswirkungen der akteurspezifischen Zielsetzungen dargestellt. Strategien zur Flexibilitätsnutzung, die durch die Gebäudenutzer selbst umgesetzt werden können, zeigen nur sehr geringe Auswirkungen hinsichtlich der wirtschaftlichen und energetischen Bewertungsgrößen. Das Verteilungsnetz wird durch diese Betriebsstrategien weit weniger beeinflusst als durch eine veränderte technologische Ausstattung der Gebäude. Die Einsatzplanung im Smart Home kann in Gebäuden mit hoher Flexibilität Einsparungen von bis zu 20% der Energieversorgungskosten erzielen. Strategien zur Flexibilitätsnutzung, die durch Energiegemeinschaften oder Verteilungsnetzbetreiber als gebäudeexterne Akteure eingesetzt werden, haben teils positive und teils negative Auswirkungen auf die einzelnen Gebäude. Eine faire Verteilung der durch Energiegemeinschaften erwirtschafteten Erlöse muss somit dieser durch die Einsatzplanung entstehenden Ungleichheit entgegenwirken.
Aktualisiert: 2021-09-17
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Theoretische und experimentelle Untersuchungen an parallel geschalteten Batteriezellen und -strängen

Theoretische und experimentelle Untersuchungen an parallel geschalteten Batteriezellen und -strängen von Fill,  Alexander
In dieser Arbeit werden die Ursachen der Stromaufteilung paralleler Zellen und deren Auswirkungen auf das elektrische und thermische Verhalten des Zellverbundes behandelt. Die Arbeit hat das Ziel, die unterschiedlichen Einflussfaktoren auf die Stromaufteilung zu klassifizieren, um anschließend deren Wirkung zu quantifizieren. Der Fokus liegt neben einer messtechnischen Betrachtung auf einer theoretischen Beschreibung der auftretenden Effekte durch Modellannahmen. Die gewonnen Erkenntnisse liefern einen Beitrag zur Optimierung der Betriebsstrategie der Batterie, indem ungünstige Betriebsbedingungen und Batteriearchitekturen, welche zu einer erhöhten heterogenen elektrischen und thermischen Zellbelastung führen, vermieden werden. Zudem werden Algorithmen zur Abschätzung der Zellströme entwickelt, welche der Anforderung einer Implementierung in ein Steuergerät unterliegen.
Aktualisiert: 2021-09-16
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Ausgewählte Sensorschaltungen

Ausgewählte Sensorschaltungen von Baumann,  Peter
In diesem Buch werden die Schritte angegeben, mit denen man aus den Datenblättern der Sensor-Hersteller die Modellparameter ermitteln kann, die zu einer Schalungssimulation benötigt werden. Des Weiteren wird gezeigt, wie dem jeweiligen Sensor die Abhängigkeit von Temperatur, Feuchte, Licht, Druck, Kraft oder Magnetfeld in Gleichungsform aufgeprägt werden kann. Zu Sensorschaltungen wie Bandabstandsquelle, Feuchtesensor, IR-Lichtschranke, DMS-Brücke, piezoelektrischer Summer sowie Anwendungen von US-Wandlern und akustischen Oberflächenwellen-Bauelementen werden die PSPICE-Analysen ausführlich dokumentiert. Die simulierten Sensorschaltungen können für sich und als Ausgangspunkt zu Labormessungen im Rahmen der Bachelor-Ausbildung genutzt werden.
Aktualisiert: 2021-09-03
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Ausgewählte Sensorschaltungen

Ausgewählte Sensorschaltungen von Baumann,  Peter
In diesem Buch werden die Schritte angegeben, mit denen man aus den Datenblättern der Sensor-Hersteller die Modellparameter ermitteln kann, die zu einer Schalungssimulation benötigt werden. Des Weiteren wird gezeigt, wie dem jeweiligen Sensor die Abhängigkeit von Temperatur, Feuchte, Licht, Druck, Kraft oder Magnetfeld in Gleichungsform aufgeprägt werden kann. Zu Sensorschaltungen wie Bandabstandsquelle, Feuchtesensor, IR-Lichtschranke, DMS-Brücke, piezoelektrischer Summer sowie Anwendungen von US-Wandlern und akustischen Oberflächenwellen-Bauelementen werden die PSPICE-Analysen ausführlich dokumentiert. Die simulierten Sensorschaltungen können für sich und als Ausgangspunkt zu Labormessungen im Rahmen der Bachelor-Ausbildung genutzt werden.
Aktualisiert: 2021-09-09
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Kraftkompensierte chemische Sensoren auf der Basis bisensitiver Hydrogele

Kraftkompensierte chemische Sensoren auf der Basis bisensitiver Hydrogele von Binder,  Simon
Die Messung von stofflichen Konzentrationen mit Hilfe von piezoresistiven Hydrogelsensoren birgt großes Potential für die chemische Mess- und Sensortechnik: Das Wirkprinzip bestehend aus dem stimulusresponsiven Polymer als Messaufnehmer und einem Drucksensor als Quelldruckwandler erlaubt das Erfassen verschiedenster Spezies, wie pH-Wert, Ionenkonzentration oder Glucosemolekülen, kostengünstig und auf einfache Weise. Wenngleich diese Sensoren gutes Sensitivitäts- und Reversibilitätsverhalten aufweisen, schränken die viskoelastischen Eigenschaften des quellfähigen Polymers die dynamische Sensorantwort ein. Nach Beaufschlagen der Messlösung bewirken die langwierigen Diffusionsprozesse Einstellzeiten im Bereich von Minuten bis Stunden. In der vorliegenden Arbeit wird die Messmethode der intramolekularen Kraftkompensation zur Verbesserung dieser Eigenschaften vorgestellt, in einen realen Sensoraufbau überführt und untersucht. Das Kompensationskonzept besteht dabei darin, ein bisensitives Hydrogel zu nutzen, das neben der eigentlichen Analyt-Sensitivität eine weitere Empfindlichkeit gegenüber der Temperatur besitzt. Eingebettet in einen geschlossenen Regelkreis soll die Temperaturregelung das System stets in einem Gleichgewicht halten und so die Quellprozesse im Gel unterdrücken. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass diese Form der Kompensation eine signifikante Verkürzung des Einschwingverhaltens um bis zu 70% gestattet und gleichzeitig einen wesentlich vereinfachten und miniaturisierten Sensoraufbau im Vergleich zu anderen Kompensationsverfahren ermöglicht.
Aktualisiert: 2021-09-09
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Miniaturisiertes sechstorbasiertes Frequenzmesssystem für berührungslose ISM-Anwendungen

Miniaturisiertes sechstorbasiertes Frequenzmesssystem für berührungslose ISM-Anwendungen von Scheiner,  Benedict
In immer mehr Industriebereichen steigt die Nachfrage nach innovativen Sensorlösungen zur Erfassung unterschiedlicher Messgrößen. Besonders resonante SAW-Sensoren zeichnen sich dabei durch viele Vorteile aus. Allerdings erweisen sich die aktuellen Ausleseverfahren dieser Resonatoren aufgrund hoher Kosten oder einer hohen Leistungsaufnahme für viele Anwendungen nicht als sinnvoll. In dieser Arbeit wird deshalb ein sechstorbasiertes Frequenzmesssystem präsentiert, welches hochperformant, kostengünstig und extrem platzsparend realisiert werden kann. Anhand von Drehmomentmessungen wurde die Funktionalität einer berührungslosen Messung verdeutlicht. Daneben ermöglicht es dieses System nun Messgrößen wie Temperatur, Druck oder Zug mit resonanten SAW-Sensoren berührungslos und kostengünstig in vielen verschiedenen Anwendungen zu erfassen.
Aktualisiert: 2021-09-09
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Transiente und stationäre Potentialverteilung in Gleichspannungsdurchführungen bei thermischen Belastungen

Transiente und stationäre Potentialverteilung in Gleichspannungsdurchführungen bei thermischen Belastungen von Reumann,  Andreas
Die Temperatur eines Dielektrikums hat einen starken Einfluss auf die zugehörige elektrische Leitfähigkeit. Durch die in Durchführungen vorkommenden hohen Temperaturgradienten nehmen die veränderten Leitfähigkeiten einen starken Einfluss auf die Aufteilung des elektrischen Potentials. Bisher wurde die Verschiebung des Potentials nur durch Simulationen ermittelt. In dieser Arbeit wurde erstmalig die experimentelle Ermittlung der Potentialverteilung im Inneren einer Gleichspannungsdurchführung gemessen. Somit konnte nachgewiesen werden, dass die thermisch-elektrische Potentialverschiebung in der Realität auftritt. Mit dem Simulationsmodell ist es möglich die transiente und stationäre Potentialverteilung bei gegebener Temperaturverteilung zu berechnen. Die Simulationen und Messungen zeigen die erwartete Potentialverschiebung und quantifizieren damit die erhöhte Feldstärkebelastung des Isolationsmaterials in diesen Gebieten. Weiterführende Simulationen stellen die Problematik bei Umpolmessungen dar. Die vorgestellte Arbeit erweitert somit das Verständnis der thermisch-elektrischen Vorgänge in HGÜ-Durchführungen.
Aktualisiert: 2021-09-09
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Statische und elektronisch konfigurierbare Transmitarray-Antennen für ISM-Anwendungen

Statische und elektronisch konfigurierbare Transmitarray-Antennen für ISM-Anwendungen von Frank,  Martin
In der Radarsensorik ist ein Trend zu immer kompakteren Sensorsystemen zu beobachten. Steigende Arbeitsfrequenzen erlauben die Integration eines Komplettsystems in ein Package oder sogar on-Chip. Damit verbunden ist jedoch auch eine begrenzte für Antennen zu Verfügung stehende Fläche, wodurch die Leistungsfähigkeit der verwendeten Antennen und die Anzahl der Antennenelemente limitiert wird. Das Konzept der Transmitarray-Antenne hat in den letzten fünf Jahren rasant an Relevanz gewonnen und dient dazu das Abstrahlverhalten einer bestehenden Antenne weiter zu verbessern. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Transmitarray-Konzept im Hinblick auf den Einsatz mit kompakten Sensorsystemen im mmW-Frequenzbereich bei gleichzeitig kostengünstiger Realisierung untersucht. Der Fokus liegt dabei auf den ISM Frequenzbändern bei 24 GHz, 61 GHz und 122 GHz. Das Ziel ist eine umfassende Analyse und Umsetzung verschiedenster Transmitarray-Realisierungsformen. Für eine anwendungsnahe Demonstration des Transmitarray-Konzepts werden zudem unterschiedliche Transmitarray-Antennen mit ebenfalls im Rahmen der Arbeit entwickelten kompakten Radarsensoren kombiniert.
Aktualisiert: 2021-09-09
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