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AR Monatliches Archiv: September 2019
Oberflächenrauhigkeit und Eigenschaften einer Solarzelle
Die Bedeutung der Solarmodulprüfung
Die Maximierung der Energieabsorption einer Solarzelle ist der Schlüssel für das Überleben dieser Technologie als erneuerbare Ressource. Die verschiedenen Beschichtungs- und Glasschutzschichten ermöglichen die Absorption, Durchlässigkeit und Reflexion von Licht, die für das Funktionieren der Solarzellen erforderlich sind. Da die meisten Verbraucher-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 15-18% arbeiten, ist die Optimierung ihrer Energieausbeute ein ständiger Kampf.
Studien haben gezeigt, dass die Oberflächenrauhigkeit eine entscheidende Rolle bei der Lichtreflexion spielt. Die erste Glasschicht muss so glatt wie möglich sein, um die Lichtreflexion zu vermindern, aber die nachfolgenden Schichten folgen nicht dieser Vorgabe. An den Grenzflächen zwischen den einzelnen Schichten ist ein gewisses Maß an Rauheit erforderlich, um die Möglichkeit der Lichtstreuung in den jeweiligen Verarmungszonen zu erhöhen und die Lichtabsorption innerhalb der Zelle zu steigern1. Die Optimierung der Oberflächenrauheit in diesen Bereichen ermöglicht es der Solarzelle, optimal zu funktionieren, und mit dem Nanovea HS2000 High Speed Sensor kann die Oberflächenrauheit schnell und genau gemessen werden.
Messung Zielsetzung
In dieser Studie werden wir die Möglichkeiten des Nanovea Profilometer HS2000 mit Hochgeschwindigkeitssensor durch Messung der Oberflächenrauheit und der geometrischen Merkmale einer Solarzelle. Für diese Demonstration wird eine monokristalline Solarzelle ohne Schutzglas gemessen, aber die Methodik kann auch für verschiedene andere Anwendungen verwendet werden.
Testverfahren und -abläufe
Die folgenden Testparameter wurden zur Messung der Oberfläche der Solarzelle verwendet.
Ergebnisse und Diskussion
Die folgende Abbildung zeigt die 2D-Falschfarbenansicht der Solarzelle und eine Flächenextraktion der Oberfläche mit den entsprechenden Höhenparametern. Auf beide Oberflächen wurde ein Gauß-Filter angewendet und ein aggressiverer Index verwendet, um die extrahierte Fläche zu glätten. Dadurch werden Formen (oder Welligkeiten), die größer als der Cut-off-Index sind, ausgeschlossen, so dass Merkmale zurückbleiben, die die Rauheit der Solarzelle darstellen.
Zur Messung der geometrischen Merkmale wurde ein Profil senkrecht zur Ausrichtung der Rasterlinien aufgenommen, das unten abgebildet ist. Die Breite der Gitterlinien, die Stufenhöhe und der Abstand können an jeder beliebigen Stelle der Solarzelle gemessen werden.
Schlussfolgerung
In dieser Studie konnten wir die Fähigkeit des Nanovea HS2000 Zeilensensors zur Messung der Oberflächenrauhigkeit und -merkmale einer monokristallinen Photovoltaikzelle zeigen. Mit der Möglichkeit, genaue Messungen mehrerer Proben zu automatisieren und Grenzwerte für das Bestehen und Nichtbestehen festzulegen, ist der Nanovea HS2000 Zeilensensor eine perfekte Wahl für Qualitätskontrollprüfungen.
Referenz
1 Scholtz, Lubomir. Ladanyi, Libor. Mullerova, Jarmila. "Influence of Surface Roughness on Optical Characteristics of Multilayer Solar Cells " Advances in Electrical and Electronic Engineering, vol. 12, no. 6, 2014, pp. 631-638.
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Kratzfestigkeit von Displayschutzfolien für Handys
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Bedeutung der Prüfung von Bildschirmschutzvorrichtungen
Obwohl die Bildschirme von Mobiltelefonen so konzipiert sind, dass sie nicht zerbrechen oder zerkratzen können, sind sie dennoch anfällig für Schäden. Durch die tägliche Nutzung des Telefons werden sie abgenutzt, z. B. durch Kratzer und Risse. Da die Reparatur dieser Bildschirme teuer sein kann, sind Displayschutzfolien ein erschwinglicher Schutz, der häufig gekauft und verwendet wird, um die Haltbarkeit des Bildschirms zu erhöhen.
Mit dem Makromodul des Nanovea PB1000 Mechanical Tester in Verbindung mit dem Sensor für akustische Emissionen (AE) können wir eindeutig die kritischen Belastungen identifizieren, bei denen Bildschirmschutzfolien aufgrund von Kratzern1 versagen, um eine vergleichende Studie zwischen zwei Arten von Bildschirmschutzfolien zu erstellen.
Zwei gängige Arten von Bildschirmschutzmaterialien sind TPU (thermoplastisches Polyurethan) und gehärtetes Glas. Gehärtetes Glas gilt als das beste Material, da es einen besseren Schutz vor Stößen und Kratzern bietet. Allerdings ist es auch am teuersten. TPU-Bildschirmschutzfolien hingegen sind preiswerter und eine beliebte Wahl für Verbraucher, die Kunststoff-Bildschirmschutzfolien bevorzugen. Da Bildschirmschutzfolien Kratzer und Stöße absorbieren sollen und in der Regel aus Materialien mit spröden Eigenschaften bestehen, ist die kontrollierte Kratzprüfung in Verbindung mit der In-situ-AE-Detektion ein optimaler Prüfaufbau, um die Belastungen zu bestimmen, bei denen kohäsive Fehler (z. B. Risse, Abplatzungen und Brüche) und/oder adhäsive Fehler (z. B. Delamination und Abplatzungen) auftreten.
Messung Zielsetzung
In dieser Studie wurden drei Kratztests an zwei verschiedenen handelsüblichen Bildschirmschutzfolien mit dem Makromodul des PB1000 Mechanik-Testers von Nanovea durchgeführt. Mithilfe eines Sensors für akustische Emissionen und eines optischen Mikroskops wurden die kritischen Belastungen ermittelt, bei denen die einzelnen Schutzfolien versagten.
Testverfahren und -abläufe
Der Nanovea PB1000 Mechanical Tester wurde verwendet, um zwei Bildschirmschutzfolien zu testen, die auf einen Telefonbildschirm aufgebracht und auf einen Tisch mit Reibungssensor geklemmt wurden. Die Testparameter für alle Kratzer sind in Tabelle 1 unten aufgeführt.
Ergebnisse und Diskussion
Da die Bildschirmschutzfolien aus einem anderen Material bestanden, wiesen sie jeweils unterschiedliche Arten von Fehlern auf. Bei der TPU-Schutzfolie wurde nur ein kritischer Fehler beobachtet, während die Schutzfolie aus gehärtetem Glas zwei Fehler aufwies. Die Ergebnisse für jede Probe sind in Tabelle 2 dargestellt. Die kritische Last #1 ist definiert als die Last, bei der die Bildschirmschutzfolien unter dem Mikroskop Anzeichen von kohäsivem Versagen zeigten. Die kritische Last #2 wird durch die erste Spitzenveränderung in den Daten der akustischen Emissionskurve definiert.
Bei der TPU-Displayschutzfolie entspricht die kritische Belastung #2 der Stelle, an der sich die Schutzfolie zusammen mit dem Kratzer sichtbar vom Handy-Display abzulösen begann. Ein Kratzer erschien auf der Oberfläche des Telefondisplays, sobald die kritische Last #2 für den Rest der Kratztests überschritten wurde. Die kritische Last #1 für die gehärtete Glasschutzfolie entspricht der Stelle, an der radiale Brüche auftreten. Die kritische Last #2 tritt gegen Ende des Kratzers bei höheren Lasten auf. Die Schallemission ist größer als bei der TPU-Schutzfolie, der Bildschirm des Telefons wurde jedoch nicht beschädigt. In beiden Fällen entsprach die kritische Last #2 einer großen Tiefenänderung, was darauf hindeutet, dass der Eindringkörper die Displayschutzfolie durchstoßen hatte.
Schlussfolgerung
In dieser Studie stellen wir die Fähigkeit des Nanovea PB1000 Mechanik-Testers vor, kontrollierte und wiederholbare Kratztests durchzuführen und gleichzeitig die akustische Emissionsdetektion zu nutzen, um die Belastungen, bei denen adhäsives und kohäsives Versagen bei Displayschutzfolien aus TPU und gehärtetem Glas auftritt, genau zu bestimmen. Die in diesem Dokument vorgestellten experimentellen Daten stützen die ursprüngliche Annahme, dass gehärtetes Glas am besten zum Schutz vor Kratzern auf Telefonbildschirmen geeignet ist.
Der mechanische Tester von Nanovea bietet genaue und wiederholbare Funktionen zur Messung von Eindrücken, Kratzern und Verschleiß mithilfe von ISO- und ASTM-konformen Nano- und Mikromodulen. Der Mechanischer Tester ist ein Komplettsystem und damit die ideale Lösung zur Bestimmung des gesamten Spektrums mechanischer Eigenschaften dünner oder dicker, weicher oder harter Beschichtungen, Filme und Substrate.
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Vergleich von schmierenden Augentropfen mit dem Tribometer Nanovea T50
Bedeutung der Prüfung von Augentropfenlösungen
Augentropfen werden zur Linderung von Symptomen eingesetzt, die durch eine Reihe von Augenproblemen verursacht werden. So können sie beispielsweise zur Behandlung kleinerer Augenreizungen (z. B. Trockenheit und Rötung), zur Verzögerung des Auftretens eines Glaukoms oder zur Behandlung von Infektionen eingesetzt werden. Freiverkäufliche Augentropfen werden hauptsächlich zur Behandlung von Trockenheit eingesetzt. Ihre Wirksamkeit bei der Befeuchtung des Auges kann mit einem Reibungskoeffiziententest verglichen und gemessen werden.
Trockene Augen können durch eine Vielzahl von Faktoren verursacht werden, z. B. durch Überanstrengung der Augen am Computer oder durch Aufenthalt im Freien bei extremen Wetterbedingungen. Gute feuchtigkeitsspendende Augentropfen tragen dazu bei, die Feuchtigkeit auf der Außenfläche der Augen zu erhalten und zu ergänzen. Dadurch werden die mit trockenen Augen verbundenen Beschwerden wie Brennen, Reizung und Rötung gelindert. Durch die Messung des Reibungskoeffizienten (COF) einer Augentropfenlösung lässt sich ihre Schmierwirkung ermitteln und mit anderen Lösungen vergleichen.
Messung Zielsetzung
In dieser Studie wurde der Reibungskoeffizient (COF) von drei verschiedenen schmierenden Augentropfenlösungen mit Hilfe des Stift-auf-Scheibe-Aufbaus auf dem Nanovea T50 Tribometer gemessen.
Testverfahren und -abläufe
Ein kugelförmiger Stift aus Aluminiumoxid mit einem Durchmesser von 6 mm wurde auf einem Glasobjektträger angebracht, wobei jede Augentropfenlösung als Schmiermittel zwischen den beiden Oberflächen diente. Die für alle Experimente verwendeten Testparameter sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Ergebnisse und Diskussion
Die Maximal-, Minimal- und Durchschnittswerte des Reibungskoeffizienten für die drei getesteten Augentropfenlösungen sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt. Die Diagramme COF gegen Umdrehungen für jede Augentropfenlösung sind in den Abbildungen 2-4 dargestellt. Der Reibungskoeffizient blieb bei jedem Test während des größten Teils der gesamten Testdauer relativ konstant. Probe A hatte den niedrigsten durchschnittlichen COF, was darauf hindeutet, dass sie die besten Schmiereigenschaften aufwies.
Schlussfolgerung
In dieser Studie zeigen wir die Fähigkeit des Nanovea T50 Tribometers, den Reibungskoeffizienten von drei Augentropfenlösungen zu messen. Anhand dieser Werte zeigen wir, dass Probe A einen niedrigeren Reibungskoeffizienten hat und daher im Vergleich zu den anderen beiden Proben eine bessere Schmierung aufweist.
Nanovea Tribometer bietet präzise und wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodulen. Es bietet außerdem optionale Hochtemperatur-Verschleiß-, Schmier- und Tribokorrosionsmodule, die in einem vorintegrierten System verfügbar sind. Diese Vielseitigkeit ermöglicht es Benutzern, die reale Anwendungsumgebung besser zu simulieren und das grundlegende Verständnis des Verschleißmechanismus und der tribologischen Eigenschaften verschiedener Materialien zu verbessern.
