Forschungsprojekte

Die Approximationstheorie befasst sich als Teilgebiet der Numerischen Mathematik mit der bestmöglichen Annäherung einer gegebenen Funktion oder Datenreihe durch einfachere Funktionen, beispielsweise Polynome. Seit Beginn der 1970er-Jahre kommen auch Splinefunktionen mit festen Knoten zur Anwendung; das sind Funktionen, die durch differenzierbares „Zusammenkleben“ von Polynomstücken entstehen.

Die Theorie der besten Approximation durch diese Funktionenräume kann als weitgehend abgeschlossen betrachtet werden. Völlig anders ist die Situation bei Splines mit freien Knoten, bei denen die Knoten nicht a priori festliegen, sondern vom Algorithmus bestimmt werden müssen, was ein in hohem Maße nicht-lineares Problem darstellt. Dieses wird im vorliegenden Forschungsfeld behandelt.

Abb. 1: Quadratischer Spline: vier Parabelstücke differenzierbar zusammengesetzt

Seit über 10 Jahren beschäftigt sich Professor Breitschwerdt mit den Chancen und Herausforderungen von Mobile bzw. E-Health oder, wie es mittlerweile häufiger heißt, Digital Health, vgl. fg-wi-dh.gi.de. „Dabei stehen für mich die erforderliche Mobilisierung und Prozessorientierung im Gesundheitswesen im Mittelpunkt, zum Beispiel durch Apps. Aber wir beschäftigen uns auch mit weiteren Möglichkeiten, wie man die Gesundheitsversorgung durch IT-Unterstützung verbessern kann“, betont er, dass die Forschung in dem Bereich nur interdisziplinär gelingen kann. Prof. Breitschwerdt ist Mitglied zahlreicher Fachgesellschaften und Beirat des Präsidiums der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie (GMDS) e.V.

Abb. 2: Überblick Standard Smartphone-Ausrüstung für Zwecke digitaler Gesundheit nach Gerhardt, Breitschwerdt et al. (2018)

Ergebnisse bisheriger Forschungsaktivitäten liegen u.a. vor über die Zusammenarbeit in externen Promotionen an den Universitäten Osnabrück und Rostock. Die psychiatrische Nachsorge bei Suchtkranken ist dabei ein untersuchtes Feld. Dafür wird eine App zur Aufrechterhaltung des therapeutischen Kontakts entwickelt, die gleichzeitig z.B. Möglichkeiten bieten soll, ein Netzwerk mit anderen Patient:innen aufzubauen. Ein weiterer hoffnungsvoller Ansatz liegt in der Künstlichen Intelligenz: Für deren Akzeptanz bei Zielgruppen im Gesundheitskontext die Verständlichkeit von getroffenen Empfehlungen möglichst transparent zu gestalten ist, man spricht dann von erklärbarer oder Explainable Artificial Intelligence (XAI).

Publikationen (Auszug): 

Riede M, Breitschwerdt R, Liebe J (2024): Inclusive Design Thinking for the Development of Digital Health Applications: A Methodology Review. In: German Medical Data Sciences 2024. Proceedings of the 69th Annual Meeting of the German Association of Medical Informatics, Biometry, and Epidemiology e. V. (gmds), Dresden. Studies in HealthSeite 3 von 126 Technology and Informatics vol. 317. IOS, 324–334, doi: 10.3233/SHTI240874 

Schlieter H, Breitschwerdt R. et al. (2024): Digitale Gesundheitsanwendungen (DiGa) im Spannungsfeld von Fortschritt und Kritik | Digital Health Applications (DiGa) in the area of tension between progress and criticism. Bundesgesundheitsblatt – Gesundheitsforschung – Gesundheitsschutz 67(1): 107–114. doi:10.1007/s00103-023-03804-2 

Kumpf R, Breitschwerdt R, Nuhn H (2024): Evaluationskriterien für ITReifegradmodelle – eine Analyse aus der Literatur mit beispielhafter Anwendung der Ergebnisse. Schriftenreihe der Wilhelm Büchner Hochschule, Nr. 12, Darmstadt 

Stremmel C, Breitschwerdt R (2023): Digital Transformation in the Diagnostics and Therapy of Cardiovascular Diseases: Comprehensive Literature Review. JMIR Cardio 7:e44983

Das hochschulinterne Forschungsvorhaben zu nachhaltiger Ernährung dient der Anschubfinanzierung eines potentiellen kooperativen Promotionsvorhabens sowie der Anbahnung von Netzwerkaktivitäten. Dem Vorhaben liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass die Digitalisierung ein „Enabler“ der Lebensmittelbranche ist. Damit erfordern zukünftig Fortschritte im Kontext nachhaltiger Ernährung die besondere Berücksichtigung dieses Aspekts. Durch Digitalisierung lässt sich nicht nur die Transparenz der Wertschöpfungsketten steigern, sie ist auch die Basis für die Vernetzung und Zusammenarbeit aller Beteiligten.

Nachhaltigkeit gilt als einer der fundamentalen Veränderungsprozesse unserer Zeit. Nahezu alle relevanten gesellschaftlichen Bereiche sind davon betroffen – und damit auch unser Ernährungsverhalten. Entsprechend komplex werden künftige Lösungen sein. Und sicher scheint auch zu sein, dass das Thema Nachhaltigkeit zum prägenden Faktor für die künftige „Gesunde Ernährung“ wird.

In Zusammenarbeit mit der Dr. Rainer Wild-Stiftung sollen innovative Ansätze zur Förderung gesundheitsförderlicher und nachhaltiger Ernährung entlang der gesamten Wertschöpfungskette entwickelt werden. Hierbei (Abb. 5) stehen die vielfältigen Einflüsse auf das Verbrauchervertrauen in Lebensmittel im Fokus:

Abb. 5: Einflussfaktoren auf das Verbrauchervertrauen in Lebensmittel

Auch die Möglichkeit des nachgelagerten Transfers der Ergebnisse in existierende und neue Lehrmodule zum Themenfeld „Nachhaltige Ernährung“ ist naheliegend. Sie können ihren Niederschlag in Vertief¬ungen innerhalb bestehender Studiengänge und in einem Zertifikat finden.

Publikationen (Auszug): 

Seitz V. und Zimmermann B. (2025): Nachhaltigkeitsanalyse einer Bauerngemeinschaft in Äthiopien zur Identifikation von Förderpotential zur nachhaltigen ländlichen Entwicklung. In: Schriftenreihe der Wilhelm Büchner Hochschule 

Dreyer, J., Zimmermann, B. (2023): Digitale Lösungsansätze in der Ernährungs- und Lebensmittelbranche für eine nachhaltige Entwicklung. Teil 2 – Potenziale digitaler Lösungsansätze. Deutsche Lebensmittel-Rundschau Jahrgang: 119, Februar, S. 61-66. 

Seitz, V., Zimmermann, B. (2023): From vision to action – towards resilient food systems in Ethiopia`s Highlands. In: Rural 21, 3/2023, Volume 57. P. 20-23, Frankfurt: DLG-Verlag. 

Sälzer, K., Zimmermann, B. (2023): Ansätze zur Umweltentlastung bei der Erzeugung von Fisch als Nahrungsmittel. Deutsche Lebensmittel-Rundschau Jahrgang: 119, November, S. 450-457.

Technologien prägen unsere Art des Arbeitens und Produzierens, die Versorgung mit Energie und Mobilität sowie unsere Freizeit, Kommunikation und auch unser Lernen. Sie sind Treiber der Gegenwart – und sie liefern die Schlüssel auf dem Weg in die Zukunft. In Unternehmen entscheiden Technologien über Wettbewerbsposition und langfristigen Erfolg. Ihre mögliche Entwicklung frühzeitig und methodisch gestützt zu antizipieren, ihre gewollte Entwicklung gezielt zu beeinflussen sowie ihre häufig heterogenen Verknüpfungen robust abzuschätzen, sind die zentralen Aufgaben der Technologievorausschau. Sie wird im betrieblichen Technologie- und Innovationsmanagement, bei der Ausrichtung von Industriebranchen oder in der staatlichen Forschungs- und Entwicklungspolitik angewendet.

Abb. 11: Aus Bezugsobjekten wird eine Technologie-Roadmap abgeleitet

Zentrale Projekte im Forschungsfeld „Technologievorausschau“ stellen die Drittmittelprojekte TRIFOLD (Technology Transfer and Innovation in Tunisian Research Centers) und DelphiNE (Ermittlung von Ressourcenschonungspotenzialen in der Nichteisenmetallindustrie durch eine Zukunftsanalyse nach der Delphi-Methode) dar. Weitere Forschungsleistungen sind durchgeführte Lehrveranstaltungen bzw. Fachworkshops, Publikationen sowie eingeladene Fachvorträge.

Der TRANSFORMATOR ist eine gemeinsame interaktive Online-Veranstaltungsreihe der Wilhelm Büchner Hochschule Darmstadt und der Hochschule Kaiserslautern zu Fragen und Entwicklungen rund um die Nachhaltigkeitstransformation. Seit dem Sommer 2021 greift das Format einmal im Quartal aktuelle nachhaltigkeitsbezogene Themen und Debatten auf.

Anfang 2022 haben sich parallel vier Arbeitsgruppen konstituiert, die im regelmäßigen Austausch stehen und an eigenen Themen der Nachhaltigkeitstransformation arbeiten.

Die Veranstaltungsreihe richtet sich an alle Interessierten innerhalb und außerhalb des Hochschulkontexts und möchte verschiedene Blickwinkel, Perspektiven und Erfahrungshintergründe im Diskurs zusammenführen. Auch im Zeitraum zwischen den Quartalsveranstaltungen gibt es Möglichkeit, sich weiter einzubringen, auszutauschen und zu vernetzen. Alle Interessierten sind herzlich zur Mitwirkung eingeladen! Bitte wenden Sie sich an die Kontakpersonen.

Sollen zukünftig stärker Erklärvideos, Podcasts und virtuelle Räume und Labore angeboten werden? Erlauben digitale Lernspiele und integrierte spielerische Elemente einen leichteren Erwerb neuen Wissens und neuer Kompetenzen? Sollten sich Dozierende von Chatbots in ihrer Tutoren- und Prüferrolle unterstützen lassen?

Die technischen Möglichkeiten der Zukunft sind vielfältig. Aber was wollen Studierende? Wollen sie diese Möglichkeiten im Studium überhaupt nutzen? Studierende sind mit unterschiedlichen Technologien aufgewachsen. So hatten laut einer deutschlandweiten Umfrage von Pawlik (2020)¹ zwischen 2015 und 2019 rund 17 Millionen Personen ab 14 Jahren Interesse an der Computernutzung. Gleichzeitig ist allerdings anzumerken, dass laut Noskova, et al. (2021)² und Wilhelm-Chapin, et al. (2020)³ die Vielzahl von digitalen Lernformaten und Informationsquellen von Studierenden nicht vollständig genutzt wird.

Studierende zeigen eine Präferenz zu traditionellen Arbeitsmethoden, elektronischen Texten und Videos. Lernformate, die über die Informationspräsentation als Text hinausgehen werden aber kaum genutzt. So wird bisher das Potenzial der digitalen Umgebung für Zusammenarbeit, Wissensaustausch und Wissensextraktion aus authentischen Quellen nur unzureichend genutzt. Hierbei sollte allerdings berücksichtigt werden, dass sich Studierende durchaus darin unterscheiden, welche Erwartungen und Wünsche sie an digitale Lernformate haben (siehe Kuzmanović, et al. (2019)⁴). Ein entscheidender Punkt bei der Einführung neuer Lernformate ist die Akzeptanz durch die Studierenden.

In unseren Forschungsarbeiten werden nicht nur Studierende in Kooperation mit weiteren Experten von anderen Universitäten befragt, sondern auch an aktiven Konzepten mit der Anwendung von bspw.: VR/AR, Chatbots und Eye-Tracking gearbeitet.

Publikationen: 

Pawlik, V. (2020): Interesse der Bevölkerung in Deutschland an Computernutzung bzw. der Anwendung von Computern von 2016 bis 2020. Statista. Abgerufen von de.statista.com/statistik/daten/studie/170905/umfrage/interesse-computernutzung/ [15.04.2021].

Noskova T., Pavlova T., Yakovleva O. (2021) ‘A Study of Students’ Preferences in The Information Resources of The Digital Learning Environment’, Journal on Efficiency and Responsibility in Education and Science, vol. 14, no. 1, pp. 53-65. http://dx.doi.org/10.7160/eriesj.2021.140105

Wilhelm-Chapin, M. K., & Koszalka, T. A. (2020). Graduate students’ use and perceived value of learning resources in learning the content in an online course. TechTrends, 64(3), 361-372. dx.doi.org/10.1007/s11528-019-00464-5

Kuzmanović, M., Andjelković Labrović, J, & Nikodijević, A. (2019). Designing e-learning environment based on student preferences: conjoint analysis approach, International Journal of Cognitive Research in Science, Engineering and Education (IJCRSEE), 7(3), 37-47. doi.org/10.5937/IJCRSEE1903037K

Der Markterfolg von Elektrofahrzeugen wird neben den Anschaffungskosten insbesondere durch die erzielbare Reichweite und die örtliche Verfügbarkeit von elektrischer Energie bestimmt. Im Rahmen des durch die WBH eigenfinanzierten Forschungsprojekts wird untersucht, welchen Beitrag am Fahrzeug angebrachte Solarzellen hierzu leisten können. Dazu soll ein Elektrofahrzeug mit Solarzellen bestückt und die solar gewonnene Energie für den Fahrantrieb genutzt werden. Die Untersuchungen sollen ganzjährig erfolgen und auch die Nutzung von Stillstandzeiten zur ortsungebundenen, autarken Fahrzeugbetankung umfassen. Die elektrische Systemeinbindung der Solarzellen ist in Abb. 9 dargestellt.

Abb. 9: Elektrische Verschaltung von Solarzellen für Reichweitenverlängerung

In die Aktivitäten dieses Forschungsfeldes werden Studierende unterschiedlicher Fachrichtungen eingebunden, unter anderem durch die Vergabe von Abschlussarbeiten. Im Rahmen der Untersuchungen wird ein Vergleich des realen mit dem theoretisch erzielbaren Solarenergieertrag durchgeführt. Hierfür wird ein Berechnungsprogramm erarbeitet, das unter anderem die Position und Ausrichtung des Fahrzeugs sowie relevante Umgebungsparameter berücksichtigt, wie beispielsweise die Temperaturen der Solarzellen.

Das Berechnungsprogramm wird fortlaufend mit den im Fahrbetrieb ermittelten Daten abgeglichen. So soll schließlich eine anwendungsorientierte Berechnung der zu erwartenden Reichweitenverlängerung für unterschiedliche Solartechnologien und Anordnungen von Solarzellen am Fahrzeug ermöglicht werden.

Im Jahr 2019 erhielt ein Projektteam aus dem Fachbereich Wirtschaftsingenieurswesen und Technologiemanagement der Wilhelm Büchner Hochschule für das Projekt „Trufflepig Forensics“ erstmals eines der begehrten Stipendien. Ab dem Start im Oktober 2019 hatte das Team rund um Absolvent Christian Müller 24 Monate Zeit, seine Entwicklung im Bereich IT-Forensik voranzutreiben. (Wegen Corona wurde die Förderung von 12 auf 24 Monate ausgedehnt.)

Das EXIST-Gründerstipendium unterstützt Studierende, Alumni sowie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dabei, ihre Gründungsidee in einen Businessplan umzusetzen. Die staatliche Förderung soll die Anzahl technologie- und wissensbasierter Unternehmensgründungen erhöhen und insgesamt das Gründungsklima an deutschen Hochschulen verbessern.

Cyberkriminalität ist inzwischen an der Tagesordnung. Viele Unternehmen und Privatpersonen sind schon einmal Opfer eines Cyberangriffs gewesen. Durch die zunehmende Vernetzung auf verschiedenen Endgeräten wie Laptop, Tablet oder Smartphone und der Ausbau des mobilen Arbeitens wird das Einfallstor für Cyberkriminelle immer leichter. Für Unternehmen und Strafverfolgungsbehörden wird die Prävention und Nachverfolgung von Cyberkriminalität aber gleichzeitig schwieriger. Das Startup Trufflepig Forensics möchte dies mit der Entwicklung und dem Vertrieb einer innovativen Analysesoftware zur Unterstützung von IT-Forensik ändern. Die Technologie unterstützt sowohl Incident Response Teams in Unternehmen als auch Strafverfolgungsbehörden dabei, schnell und zuverlässig auf erkannte Bedrohungen zu reagieren sowie wichtige Beweise zur Überführung von Cyber-Kriminellen zu sammeln.

Die Idee für Trufflepig Forensics entstand im Sommer 2016, als WBH Absolvent Christian Müller bei einem Praktikum beim Bundeskriminalamt, das er als Teil seines Studiums absolvierte, tieferen Einblick in die IT-Forensik bekam und enormes Verbesserungspotential bei der Analyse flüchtiger Speichermedien erkannte. Das von ihm gewählte Lösungsverfahren war ihm bereits aus Projekten mit seinem Entwicklerfreund Oliver Siewers geläufig und zeichnet sich durch hohe Performance und Zuverlässigkeit aus. Gemeinsam entwickelten sie diesen Ansatz weiter und es entstand der Plan für ein umfangreiches Analyseframework. Während Christian die Kernidee 2018 im Rahmen seiner Bachelorarbeit weiter spezialisierte und die Umsetzbarkeit mit einem funktionsfähigen Algorithmus nachwies, stieß zur gleichen Zeit Aaron Hartel als Teammitglied im Rahmen der erfolgreichen Teilnahme am Gründerwettbewerb des BMWi Runde 2/2018 dazu. Gemeinsam überzeugte das Team im Anschluss die Wilhelm Büchner Hochschule von der Förderungswürdigkeit des Projekts.

Abb. 3: Das Gründerteam von Trufflepig Forensics, bestehend aus (von links) WBH-Absolvent Christian Müller, Aaron Hartel und Oliver Siewers

Die WBH übernahm während der zweijährigen Förderphase die Rolle des Gründungsnetzwerks – das Verbindungsglied zwischen dem Fördermittelgeber und dem Gründungsteam. Das Projektteam des Gründungsnetzwerks wurde im Fachbereich Wirtschaftsingenieurwesen und Technologiemanagement (WITM) verankert. Martina Schwarz-Geschka, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Fachbereich WITM, und Michael Best, ehemaliger WBH-Tutor von Christian Müller und Experte im Bereich IT-Forensik, übernahmen während der Förderphase die organisatorische Betreuung beziehungsweise fachliche Beratung des Gründungsteams.

Im Rahmen des EXIST-Projektes wurde der Prototyp der Software realisiert und Pilot-Verträge mit Strafverfolgungsbehörden und IT-Sicherheitsfirmen geschlossen. Zudem wurde das Unternehmen rechtlich als GmbH errichtet und ein erstes Büro im Bayerischen Pfaffenhofen an der Ilm eröffnet.

Das Projekt Trufflepig Forensics wurde im Rahmen des EXIST-Programms durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und den Europäischen Sozialfond gefördert. Weitere Projekte sind in Anbahnung.

Das Ziel dieses Projekts ist, eine höhere Trocknungsleistung ohne Aufschmelzen des Produkts (konzentriertes Extrakt) zu erreichen. Dabei liegt das Produkt in der Regel als Schüttung mit breiten Partikelgrößenverteilungen vor. Die beiden Abbildungen zeigen die Folgen, wenn die zugeführte thermische Energie nicht vollständig durch das Sublimieren von Eis abgeführt werden kann. Die Abbildung rechts zeigt das zentrale Aufschmelzen größerer Scheiben während der Gefriertrocknung. Links: Kleinere Scheiben werden durch den Leidenfrost-Effekt geschützt.

Abb. 7: Leidenfrost-Effekt bei der Gefriertrocknung und zentrales Aufschmelzen bei großen Partikeln

Größere Bereiche ohne Poren führen zu lokalen Druckanstiegen, die das noch nicht getrocknete Produkt (eine übersättigte gefrorene Lösung) aufschmelzen lassen (siehe Abb. 8).

Abb. 8: Aufschmelzen von Produktpartikeln

Die Wilhelm Büchner Hochschule arbeitet auf dem Gebiet der Gefriertrocknung mit dem Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik der Technischen Universität München und dem Institut für Verfahrenstechnik, der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg zusammen.

Ausgangspunkt für die Ziele des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten deutsch-tunesischen Projektes TRIFOLD (Technology Transfer and Innovation in Tunisian Research Centers; Laufzeit 2016–2018) war das Ergebnis des EU-geförderten Projekts FETRIC (Future European Tunisian Research Innovation Cooperation), das Schwachstellen im Hinblick auf den Technologietransfer in Tunesien aufzeigte: So fehlt es bei den Einrichtungen in Bildung, Wissenschaft und Wirtschaft an Anreizen zur übergreifenden Kooperation und auch die Kooperationsstrukturen öffentlicher Forschungseinrichtungen zu Unternehmen sind schwach ausgeprägt. Innerhalb der Forschungseinrichtungen sind Rollen und Verantwortlichkeiten zum Technologietransfer unzureichend diversifiziert und es besteht Qualifizierungsbedarf für professionellen Technologietransfer. Darüber hinaus erschweren organisatorische Herausforderungen den tunesischen Forschungseinrichtungen, ihren Beitrag zu Wertschöpfung und Wohlstand zu leisten.

Das Ziel von TRIFOLD war, tunesische Forschungseinrichtungen dazu zu befähigen, ihre forschungsstarke Rolle im nationalen Innovationssystem auch in gesellschaftliche Wertschöpfung umzusetzen: Sie sollen ihre Forschungsergebnisse verwerten und zukünftig marktfähige Produkte und Dienste mit gesellschaftlichem Wert entwickeln. Als Anwendungspartner wurden sechs tunesische Forschungseinrichtungen sowie die entsprechenden Ministerien eingebunden (siehe Abb. 12).

Abb. 12: Überblick zu TRIFOLD mit schwerpunktmäßig adressierten Handlungsebenen und involvierten Akteuren: Innovationssystem (rot), Organisation (grün), Personen (gelb)

Das zentrale Forschungsthema bei TRIFOLD war, zu untersuchen, wie das Technologie-Roadmapping als „Ankerinstrument“ der Technologievorausschau zur Unterstützung im Technologietransfer eingesetzt werden kann. Dabei wurden verschiedene Ebenen adressiert:

• Methodenebene: Wie sieht ein robustes und zugleich praktikables Vorgehensmodell zum Technologie-Roadmapping für den Einsatz in Forschungsinstituten aus?
• Organisationsebene: Wie ist das Technologie-Roadmapping – hier differenziert in einem Stufenmodell – institutionell zu verankern, von der Einführung bis zur Verstetigung in einer Forschungseinrichtung?
• Individualebene: Wie ist das Personal für einen niederschwelligen Einsatz des Technologie-Roadmapping zu schulen, hier anhand des „IPMI-Fast-Start-Approach”?
• Innovationssystemebene: Wie lassen sich die branchenweiten und ggf. nationalen Aktivitäten zu Fokustechnologien bündeln, koordinieren und zielgerichtet entwickeln?

In Abstimmung mit den Forschungseinrichtungen in Tunesien vor Ort wurden maßgeschneiderte Kapazitätsbildungsmaßnahmen zu Technologie- und Wissenstransfer sowie Innovationsmanagement entwickelt und diese jeweils an einem konkreten Fallbeispiel vor Ort praktisch umgesetzt und evaluiert. Dazu zählten: Training, Coaching, Mentoring sowie verschiedene Formen der Aus- und Weiterbildung, darunter Schulung zur Planungsmethodik des Technologie-Roadmapping sowie Workshops zu Innovationsmanagement und Geschäftsmodellentwicklung

Im Rahmen von Workshops sowie anderen Lehr- und Arbeitsformaten wurde eine Fülle an Ergebnissen erarbeitet wie beispielsweise die Einarbeitung und Modifikation der Planungsmethodik des Technologie-Roadmapping (Individual- und Methodenebene) sowie eine Unterstützung und Durchführung von Technologiefeld-Analysen in den Forschungseinrichtungen (Organisations- und Innovationsökosystemebene). Ergänzend zu den konkreten Projektergebnissen wurden weitere Ergebnisse erzielt, darunter vier eingeladene Fachvorträge auf internationalen Konferenzen, vier Publikationen sowie Lehrveranstaltungen und Fachworkshops, ferner der neu konzipierte WBH-Zertifikatsstudiengang „Zukunftsmanagement“.

In diesem Forschungsfeld geht es um die Weiterentwicklung von Dünnschichtsolarzellen, die mit weniger als einem Prozent des benötigten Materials von Si-Solarzellen auskommen und im Vergleich zu polykristallinen Si-Solarzellen nur etwa ein Zehntel der Energie zur Herstellung brauchen. Diese sogenannten CIGS-Solarzellen liefern bei gleicher Sonnenbestrahlung etwa die gleiche Menge an elektrischer Energie wie Si-Solarzellen. Auch der Herstellungspreis ist vergleichbar mit herkömmlichen Solarzellen, allerdings sind die Fertigungskapazitäten noch deutlich geringer.

Bei dieser Weiterentwicklung von Dünnschichtsolarzellen geht es um die Optimierung von Prozessparametern, um einerseits den Wirkungsgrad zu erhöhen und andererseits die Produktionskosten zu senken. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten zielt auf die Entwicklung einer sog. „Tandemzelle“ ab, wodurch CIGS-Solarzellen neben gelber Farbe auch andere Farben des Sonnenlichts zur Erzeugung von elektrischem Strom nutzen können.

Abb. 10: Schematische Darstellung der CIGS-Fotovoltaik-Zelle

Dieses Forschungsfeld wird vorangetrieben durch ein vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Forschungsverbund „speedCIGS“ mit einem Projektvolumen von 4,7 Mio. Euro. Im Rahmen des Verbundprojekts wurde bereits ein Prototyp einer Tandem-Zelle mit einem Wirkungsgrad von 23,3 % hergestellt.

Insgesamt besteht der Forschungsverbund aus sieben Institutionen: Wilhelm Büchner Hochschule (Leitung des Projekts); NICE Solar Energy GmbH (Industriepartner); Materion GmbH (Industriepartner); Universität Paderborn; Zentrum für Solar- und Wasserstoffforschung Stuttgart (ZSW); Universität Jena; Helmholtz-Zentrum für Energie und Materialien Berlin (HZB); TU Berlin.

Die Online-Aufsicht (englisch: Online Proctoring – OP) für „Zuhause-Prüfungen“ aus der Ferne ist vielversprechend: in technischer Hinsicht, in Bezug auf die Sicherheit und Flexibilität des Prüfungsprozesses sowie den Zugang zu Bildung. Es gibt jedoch eine ganze Reihe an Herausforderungen, die für die Etablierung von OP zu bewältigen sind. Das Erasmus+-Forschungsprojekt OP4RE (Online Proctoring for Remote Examination) identifiziert diese Herausforderungen und versucht, die Hindernisse, die sich stellen, auf praktische, psychometrische, rechtliche, technische und empirische Weise zu beantworten. Zudem werden in OP4RE auch pragmatische Anwendungsszenarien und Erfahrungswerte untersucht. Den Rahmen für die Arbeiten setzt die neue Datenschutzgrundverordnung (DSGVO).

Abb. 6: Legitimation - die fünf Säulen der akademischen Integrität

Ein wesentliches Ergebnis des Forschungsprojekts OP4RE war die Erkenntnis, dass neben rechtlichen Rahmenbedingungen die Legitimation für OP durch die akademische Integrität begründet wird (siehe Abb. 6). Denn ohne Legitimation ist OP aus datenschutzrechtlichen Gründen nicht erlaubt. Erst die Garantie zur Einhaltung der akademischen Integrität legitimiert Institute überwachte Prüfungen durchzuführen – auch online.

Neben Statistiken, Evaluierungen und Guidelines wurden in OP4RE insbesondere auch Vorlagen für formale – von der DSGVO geforderte – Dokumente erstellt (soweit möglich in den vier Sprachen Deutsch, Englisch, Französisch und Niederländisch).