Automatisierung einer Solarzellen-Forschungsplattform: Intelligentes Labor für nachhaltige Energie

University of Montreal

Automatisierung einer Solarzellen-Forschungsplattform: Intelligentes Labor für nachhaltige Energie

01 Überblick

In den Chemielabors von heute geht es darum, intelligenter zu arbeiten, nicht härter. Höhere Reproduzierbarkeit und Geschwindigkeit steigern den Durchsatz und die Forschungsqualität. Wissenschaftler sind nicht mehr mit mühsamen, sich wiederholenden Aufgaben belastet und können sich endlich auf die kreativeren Aspekte ihrer Arbeit konzentrieren.Dieser Artikel stellt Dr. Daniel Chartrand und die von ihm an der Universität Montreal (U of M) entwickelte Automatisierungsplattform vor. Die Plattform soll die Forschung der Universität im Bereich Solarzellen für umweltfreundlichere und sauberere Energie vorantreiben.

Dr. Chartrand musste die Herstellung und Charakterisierung kleiner Test-Solarzellen in Gehäusen mit inerter Atmosphäre automatisieren.

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Solarzellen

Solarzellen erzeugen Energie, wenn Licht oder Photonen von halbleitenden Materialien absorbiert und in Elektrizität umgewandelt werden. Solarzellen sind die elektrischen Bausteine von Solarmodulen. Sie werden häufig zur Erzeugung sauberer Energie eingesetzt und können Licht erkennen und dessen Intensität messen.

Die Herstellung von Solarzellen ist aufgrund der verwendeten Materialien und des Energieverbrauchs nicht immer umweltfreundlich. Deshalb suchen Forscher weltweit nach besseren Produktionsmethoden.

Das System von Dr. Chartrand bietet Forschern im Chemielabor der U of M eine schnelle Automatisierungsplattform zur Erforschung neuer Solarzellenmaterialien und Produktionsmethoden.

02 Solutions

Für die Roboterkomponente wählte Dr. Chartrand den weltweit kleinsten sechsachsigen Roboterarm, den Meca500. Durch die Montage des Roboters auf einer linearen Achse wurde seine Reichweite gegenüber einem größeren Roboter erheblich vergrößert. Dank der präzisen und reproduzierbaren Positionierung des Roboters war kein Ausrichtungssystem mit Bildverarbeitung oder anderen Mitteln erforderlich.

Von manuellen zu robotergesteuerten Bewegungen

Zunächst platziert der Roboter ein Gestell auf seiner Basis. Dann überträgt er ein Glassubstrat von der Basis zum Spin-Coater. Als Nächstes bereitet ein Liquid Handler Flüssigkeiten vor und trägt sie auf das Glassubstrat auf, gefolgt von einer Heizplatte zum Tempern (Wärmebehandlung). Nach Ablauf einer festgelegten Zeit entnimmt der Roboter das Glassubstrat von der Platte, dreht es um und legt es in eine Schale, die der Roboter nach dem Befüllen in eine Vakuumkammer zur Metallbeschichtung lädt.

03 Vorteile

Dank dieser Plattform wird der Durchsatz um das Zehnfache gesteigert. Minuten- und reproduzierbare Bewegungen sind möglich, ebenso wie variable Lösungsvorbereitungen und Ausglühzeiten. Dies führt zu einer höheren Forschungsqualität. Vor allem aber befreit die Automatisierung von Dr. Chartrand die Forscher von den mühsamen, sich wiederholenden Aspekten ihrer Arbeit, sodass sie sich auf Innovationen im Dienste der Umwelt konzentrieren können.

Über Dr. Chartrand

Dr. Daniel Chartrand hat einen Doktortitel in Koordinationschemie von der Universität Montreal, wo er seit vierzehn Jahren tätig ist. Derzeit ist er Forschungsberater am Labor für Analyse der Photoaktivität von Materialien und Molekülen (LAMP) der Fakultät für Chemie.

Dr. Chartrand hat eine Leidenschaft für die Entwicklung und Implementierung von Automatisierungen zur Steigerung des Durchsatzes analytischer Techniken entwickelt, wie beispielsweise diese robotergestützte Charakterisierung von Solarkomponenten.

Die Universität Montreal

Die Universität Montreal ist eine der weltweit führenden Forschungsuniversitäten. Sie wurde 1878 in Montreal, Quebec, gegründet und hat sich zum Ziel gesetzt, durch ihre Spitzenposition im Bereich der Wissenschaft zum Wohl der Gesellschaft beizutragen. Mit diesem Ziel vor Augen weihte die Universität 2019 einen neuen hochmodernen Wissenschaftskomplex namens MIL Campus für Spitzenforschung ein.

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