Automatisierung einer Solarzellen-Forschungsplattform:Ein intelligentes Labor für grünere Energie

In den heutigen Chemielabors geht es darum, intelligenter zu arbeiten, nicht härter. Höhere Reproduzierbarkeit und Geschwindigkeit erhöhen den Durchsatz und die Forschungsqualität. Wissenschaftler müssen sich nicht länger mit langweiligen, sich wiederholenden Aufgaben belasten, sondern können sich endlich auf kreativere Aspekte ihrer Arbeit konzentrieren.

Dieser Artikel enthält Dr. Daniel Chartrand, Ph.D. und die Automatisierungsplattform, die er an der Universität von Montreal (U of M) aufgebaut hat. Die Plattform soll die Forschung der Universität zu Solarzellen für grünere, sauberere Energie beschleunigen.

Dr. Chartrand musste die Herstellung und Charakterisierung von kleinen Testsolarzellen in Gehäusen mit inerter Atmosphäre automatisieren.

Solarzellen

Solarzellen erzeugen Energie, wenn Licht oder Photonen von halbleitenden Materialien absorbiert und in Elektrizität umgewandelt werden. Solarzellenvorrichtungen sind die elektrischen Bausteine ​​von Sonnenkollektoren. Sie werden häufig zur Erzeugung sauberer Energie verwendet, können aber auch Licht erkennen und seine Intensität messen.

Die Herstellung von Solarzellen ist aufgrund des Material- und Energieverbrauchs nicht immer umweltfreundlich. Deshalb suchen Forscher weltweit nach besseren Wegen, sie herzustellen.

Das System von Dr. Chartrand bietet Forschern des Chemielabors der U of M eine schnelle Automatisierungsplattform zur Erforschung neuer Materialien und Produktionsmethoden für Solarzellen.

Automatisierungsherausforderungen

Die für diese Forschung benötigten Glassubstrate sind empfindlich. Jeder muss sorgfältig in einer Kammer mit inerter Atmosphäre unter genau den gleichen Bedingungen gehandhabt werden. Diese Herausforderung erforderte einen kleinen, kompakten, aber hochpräzisen Roboter, der auf engstem Raum manövrieren kann. Darüber hinaus mussten die Komponenten der Plattform erschwinglich, aber äußerst zuverlässig und einfach zu bedienen sein.

Lösungen

Für die Roboterkomponente wählte Dr. Chartrand den weltweit kleinsten sechsachsigen Roboterarm, den Meca500. Durch die Montage des Roboters auf einer Linearachse wurde seine Reichweite erheblich verbessert, über das hinaus, was durch die Verwendung eines größeren Roboters möglich gewesen wäre. Die genaue und reproduzierbare Positionierung des Roboters machte ein Ausrichtungssystem mit Sicht oder anderen Mitteln überflüssig.

Von manuellen zu robotisierten Bewegungen

Zuerst stellt der Roboter ein Gestell auf seine Basis. Dann überträgt es ein Glassubstrat von der Basis zum Schleuderbeschichter. Als nächstes bereitet ein Liquid Handler Flüssigkeiten auf das Glassubstrat auf und bringt sie auf, gefolgt von einer Heizplatte zum Tempern (Wärmebehandlung). Sobald eine festgelegte Zeit erreicht ist, entfernt der Roboter das Glassubstrat von der Platte, dreht es um und legt es in einem Tablett ab, das, sobald es voll ist, vom Roboter in eine Vakuumkammer für die Metallabscheidung geladen wird.

Vorteile

Dank dieser Plattform:Der Durchsatz wird um den Faktor 10 gesteigert . Winzige, reproduzierbare Bewegungen sind ebenso möglich wie variable Lösungsansätze und Temperzeiten. Dies führt zu einer höheren Forschungsqualität. Vor allem befreit die Automatisierung von Dr. Chartrand 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 Ph.D. in Koordinationschemie von der Universität Montreal, wo er in den letzten vierzehn Jahren gearbeitet hat. Derzeit ist er Forschungsberater am Labor für die Analyse der Photoaktivität von Materialien und Molekülen (LAMP) der Fakultät für Chemie. Dr. Chartrand hat eine Leidenschaft für das Entwerfen und Implementieren von Automatisierungen entwickelt, um den Durchsatz von Analysetechniken zu verbessern, wie z. B. diese robotergestützte Charakterisierung von Solargeräten.

Die Universität von Montreal

Die Université de Montréal ist eine der weltweit führenden Forschungsuniversitäten. Die 1878 in Montreal, Quebec, gegründete Universität möchte zum gesellschaftlichen Wohlbefinden beitragen, indem sie sich an die Spitze des Wissens stellt. Mit diesem Ziel eröffnete die Universität 2019 einen neuen hochmodernen Wissenschaftskomplex namens MIL Campus für Spitzenforschung. Erfahren Sie mehr>

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