In a previous ICFCA paper we have shown that, in the Description Logics EL and ELgfp, the set of general concept inclusions holding in a finite model always has a finite basis. In this paper, we address the problem of how to compute this basis efficiently, by adapting methods from formal concept analysis.

Charakteristisch für Perlcellulose als Regenerat vom Typ Cellulose II sind sphärisch geformte, poröse Partikel mit einer hohen spezifischen Oberfläche und einer guten Bioverträglichkeit. Aufgrund ihrer Eigenschaften sind diese Cellulosemikropartikel besonders gut für medizinische Anwendungen geeignet. Im Mittelpunkt der Arbeit standen Herstellung, Charakterisierung und Modifizierung von Perlcellulosen mit Partikelgrößen von etwa 1 bis10 µm. Im Rahmen der Arbeit wurden zunächst sieben technische Cellulose-2,5-acetate mit vergleichbaren molekularen Eigenschaften auf ihre Eignung zur Herstellung von Perlcellulose nach dem in EP0750007 beschriebenen Acetatverfahren untersucht. Dabei erfolgte der Vergleich verschiedener Eigenschaften. Aus allen untersuchten Celluloseacetaten können Perlcellulosen synthetisiert werden. Als besonders geeignet erwies sich ein Produkt mit einer Molmasse von über 100.000, einem Verhältnis der Molmasse zur numerischen Molmasse von etwa 1,5 und einer guten Löslichkeit in Ethylacetat / Methanol (100:17,5). Die hergestellte Perlcellulose hat eine geringe Partikelgröße und eine relativ enge Größenverteilung. Damit erfüllt dieses Cellulose-2,5-acetat alle Anforderungen für die Synthese von Perlcellulose. Der entscheidende Verfahrensschritt zur Herstellung von Perlcellulose ist das Dispergieren der Emulsion mittels Inline-Ultraturrax. Die Partikelgrößenverteilung hängt im Wesentlichen von den Bedingungen während des Dispergierens ab. Im Rahmen der Arbeit gelang die reproduzierbare Herstellung von Cellulosemicrospheres mit einer Partikelgröße unter 5 µm. Für die Herstellung von Cellulosemikropartikeln mit definierten Eigenschaften ist neben den Synthesebedingungen auch die Charakterisierung der Perlcellulosen von entscheidender Bedeutung. Dafür wurden zunächst etablierte Verfahren verwendet (Partikelgrößenmessung, REM und Quecksilberporosimetrie). Parallel dazu erfolgte die Entwicklung bzw. Einführung neuer Methoden. Im Vordergrund stand die Untersuchung des Sedimentationsverhaltens der Perlcellulosen durch analytisches Zentrifugieren. Davon ausgehend konnte ein Verfahren zur Berechnung der Porosität aus dem Sedimentationsvolumen entwickelt werden. Zum Nachweis der kompletten Deacetylierung der Proben wurde die Ramanspektroskopie genutzt. Durch die Anwendung vorhandener und die Entwicklung neuer Methoden wird die genaue Einstellung von Eigenschaften der Perlcellulosen (z. B. Partikelgröße und deren Verteilung, Morphologie sowie Porosität) ermöglicht und deren Reproduzierbarkeit gewährleistet. Weitere Versuche hatten die Entwicklung von Endotoxinadsorbermaterial auf Basis von Perlcellulose und Polymyxin-B-sulfat (PMB) zum Ziel. Die Kopplung des PMB erfolgte meist nach Aktivierung der Proben mit Epichlorhydrin. Zunächst wurde die eingesetzte Epichlorhydrinmenge variiert, um das Optimum für die Aktivierung der Perlcellulosen zu finden. Weiterhin wurden unterschiedliche Mengen PMB angebunden und die Anbindung an nicht aktivierte Proben untersucht. Die Planung aller Versuche erfolgte jeweils nach Auswertung der an der Donau-Universität Krems durchgeführten Limulus- Amöbocyten- Lysat (LAL)-Tests. Mittels dieser Batchtests wurde die Wirksamkeit des Endotoxinadsorbermaterials sowohl im Vergleich zu unbehandeltem Blutplasma und als auch zu kommerziell erhältlichen Adsorbern auf Polystyrenbasis getestet. Endotoxinadsorber, die bei diesen Tests besonders gut bewertet wurden, konnten in einem up-scale- Versuch erstmals in größeren Mengen synthetisiert werden. Auch die direkte Herstellung von Endotoxinadsorbermaterial aus Perlcelluloseacetat konnte realisiert werden. Bei diesem neu entwickelten Verfahren erfolgen Deacetylierung und Aktivierung in einem Schritt. Damit kann die Herstellung vereinfacht werden. Zur Gewährleistung der Erstfehlersicherheit in extrakorporalen Blutreinigungssystemen sollen magnetisierte Perlcellulosepartikel als bioverträgliche Marker eingesetzt werden. Versuche zur Magnetisierung von Cellulosemikropartikeln während des Herstellungsprozesses zeigten, dass die Einbindung von Magnetit bei Erhalt der sphärischen Partikelstruktur prinzipiell auch auf diesem homogenen Syntheseweg möglich ist. / Bead cellulose is regenerated cellulose II characterized by spherically shaped, porous particles with a high specific surface and a good biocompatibility. Because of their properties these cellulose microspheres are especially suited for medical applications. The focus of this work was the synthesis, characterization and modification of bead cellulose with particle sizes between 1 to 10 µm. In the frame of this work seven technical cellulose-2.5-acetates were investigated with regard to their suitability for making bead cellulose according to the process described in EP0750007. These cellulose acetates have comparable molecular characteristics. Different properties were compared. Bead celluloses can be synthesized from all investigated cellulose acetates. A product with a molecular weight of more than 100,000 and with a ratio between molecular weight and numeric molecular weight of about 1.5 is special suited. This cellulose-2.5-acetate has a good solubility in ethyl acetate / methanol (100:17.5). The bead cellulose made from it has a low particle size and a relative narrow size distribution. Thus this cellulose acetate complies with the requirements for making bead cellulose. The most important process step for making bead cellulose is the dispersing of the emulsion using an inline-ultraturrax. The distribution of particle size depends mainly on the conditions during dispersing. A reproducible synthesis of cellulose microspheres with a particle size range below 5 µm was successfully achieved. In addition to determining conditions for manufacturing bead cellulose the characterization of the microspheres is essential to obtain bead cellulose with well defined properties. At first well-established methods of characterization were used (particle size measurement, SEM and mercury porosimetry). In parallel new methods were developed and implemented. The main focus was the investigation of sedimentation behaviour of bead cellulose using analytical centrifugation. Based on this knowledge of the sedimentation volume a new method to calculate the porosity was designed. Raman spectroscopy was used for detecting the complete deacetylation of the samples. By using well-established and newly developed methods properties of bead cellulose such as particle size and distribution, morphology and porosity can be accurately adjusted. In this way the reproducible synthesis of cellulose microspheres can be ensured. The aim of further experiments was to develop an endotoxin adsorber material based on a coupling of bead cellulose with Polymyxin B sulfate (PMB). The coupling with PMB was carried out after activation of the samples by using epichlorohydrin. At first the added epichlorohydrin amount was diversified in order to find the optimum for the activation of bead cellulose. Later the coupling of different amounts of PMB took place and the linking of PMB to non activated samples was investigated too. The planning of all experiments occurred after evaluation of Limulus amebocyte lysate (LAL) tests at Danube-University Krems. Using these batch tests the effectiveness of the endotoxin adsorber material was tested compared to untreated blood plasma as well as commercial available adsorbers based on polystyrene. Endotoxin adsorbers showing the best adsorption rate were then synthesized for the first time in larger quantities. Also the direct synthesis of endotoxin adsorber material based on bead cellulose acetate could be realized. Using this newly developed method, deacetylation and activation occur during the same step. This means manufacturing process can be simplified. Using magnetized bead cellulose as biocompatible marker particles is planned to achieve first fault safety in case of a membrane rupture during extracorporeal blood purification. Initial tests have shown that the magnetization of cellulose microspheres is possible during the manufacturing process. The incorporation of magnetite can be realized while keeping the spherical shape of the particles using this homogenous synthesis pathway.

Die ausWestafrika stammende Ölpalme (Elaeis guineensis Jacq) ist zur populärsten Kulturpflanze in Südostasien geworden. Als Haupterzeugnisse dieser Pflanze gelten die Öle der Früchte und der Fruchtkerne. Die weltweite Nachfrage nach diesen beiden Haupterzeugnissen nimmt sehr rasch zu. Ursache hierfür ist die breite Anwendungspalette dieser Pflanzenöle, wie z.B. Bratöl, ölbasierte Chemikalien und ölbasierte Nahrungsmittel, Kosmetika, Waschmittel, Biobrennstoff usw. Indonesien und Malaysia sind die Hauptproduzenten und Hauptlieferanten solcher Produkte und decken über 85% des weltweiten Bedarfs. Mit Extensivierung der Ölpalmplantagen sehen sich die Erzeugerländer zunehmend mit ernstzunehmenden Umweltprobleme konfrontiert, da nach Erreichen der wirtschaftlichen Lebenspanne (Umtriebszeit) von 25 Jahren große Mengen an festen, biologischen Abfallstoffe bei der Neubegründung der Bestände anfallen. So sollen z.B. im Jahre 2010 laut Vorhersagen mehr als 20 Mill. Kubikmeter Ölpalmen- Holz jährlich anfallen... / Oil palm (Elaeis guineensis Jacq) becomes the most popular crop, especially in Southeast Asia, than its origin,West Africa. World demand of two main products from this crop (e.g. crude palm oil and palm kernel oil) increases very rapidly, due to very wide ranges use of these vegetable oils for industrial purposes, such as fried oil, oleo-chemical and -food, cosmetics, detergent, biofuel and etc. Indonesia and Malaysia are the main producers and supplying more than 85% of world consumption. On the other hand, due to the economic life span of this popular crop (25 years), the producer countries have been facing a serious environmental problems concerning to the solid biowaste handling of oil palm industry, particularly the oil palm trunk after replanting activity. Starting 2010, it is predicted that more than 20 millions cubic meter biomass from oil palm trunk available annually...

The present study suggests new insights into topographic characterisation of engineering polymer surfaces towards to physical-chemical and mechanistic understanding of wetting phenomena on rough surfaces. Non-contact chromatic confocal imaging was chosen and justified as the optimal measuring method to study and correlate surface topography and surface properties of Sheet Moulding Compounds (SMC) as well as polyester and cotton fabrics. Before topographical characterisation, an adequate selection of optimal sampling conditions (cut-off length and resolution) were done by a systematic procedure proposed for periodic and non-periodic surfaces. Topographical characterisation of the surfaces was realized by an innovative methodology, separately considering different length scales in dependence on the surface morphologies of the materials. For SMC materials, the influence of moulding conditions (pressure, moulding time, metallic mold topography, metallic mold form, prepregs placement procedure, glass fibres content and orientation) on resulting macro-, meso- and micro-topography was studied. A model to conceptualize the influence of the most important moulding conditions on topographic characteristics and, as a consequence, on the quality of the resulting surface was presented. To quantify the effect of surface modification, a new parameter (Surface Relative Smooth) was suggested, developed and validated, which can be used for the characterisation of changes due to surface modifications for every solid material. A very important and innovative part of the present study is the development of new concepts for topographic characterisation of textile materials using different length scales, that makes possible to consider and analyse separately their specific morphologies caused by weave, yarn and filament/fibres, and to investigate the influence of topography on wettability by modification processes, e.g. construction parameters, thermosetting, impregnation with Soil Release Polymers (SRP) and wash-dry cycles. The present study showed, how construction parameters of polyester textiles, such as fineness of filaments and yarn, warp and weft densities as well as the type of weave, control the surface topography - characterised as meso-porosity (spaces between yarns) and micro-porosity (spaces between filaments) - and as a consequence strongly influence their capillarity. On the basis of experimental results, revealing differences in three basic types of woven fabrics – plain, twill and Panama – in respect to water penetration, the concept of an innovative novel wicking model was developed. Additionally, the influence of thermosetting and impregnation of polyester fabrics with Soil Release Polymers on topography, wetting and cleanability of three woven plain polyester fabrics, having different wefts, were studied. To characterise the soiling behaviour, an ‘spot analysis method’ was suggested, allowing wetting dynamics studies of liquids on fabrics with anisotropic surface properties. This method is applicable also to surfaces with anisotropic roughness characteristics and to porous media. The effect of wash-dry cycles on topography, spreading, wetting and soiling of woven plain and knitted cotton fabrics was in addition investigated. In all cases studied, the topographical characterisation and interpretation of results on different length scales contributed to a better understanding of wetting phenomena. A mathematical model for a virtual construction of textile surfaces to predict effects resulting from topographic changes on the behaviour of polymer and textiles surfaces was developed. Woven plain textiles and SMC surfaces were mathematically synthesized by a combination of various harmonic waves, i.e. Fourier synthesis. Topographic and technical construction parameters were taken into account to build their virtual topographies. In the case of textile surfaces, the effect of wash-dry cycles for cotton fabrics and thermosetting of polyester fabrics on their meso- and micro-morphology was investigated on the basis of the real topography of a given textile surface. The model allows to predict changes in the porosity of resulting textile materials, their wettability and soiling behaviour. The method presented provides possibilities to simulate controlled changes in textile construction parameters and to study their effect on the resulting topography. / Die vorliegende Arbeit vermittelt neue Einblicke in die topographische Charakterisierung technisch relevanter Polymeroberflächen mit dem Ziel, die Mechanismen der Benetzungsphänomene auf rauen Oberflächen besser zu verstehen. Eine 3D-Abbildung der Oberflächentopographie wurde mit einem konfokalen Mikroskop mit chromatischer Kodierung zwecks optimaler Charakterisierung duromerer Verbundwerkstoffsystemen (SMS: Sheet Moulding Compounds) sowie Polyester- und Baumwolltextilien berührungsfrei durchgeführt. Zur topographischen Oberflächencharakterisierung wurde eine systematische Prozedur vorgeschlagen, welche es erlaubt, eine entsprechende Auswahl von optimalen Messbedingungen, wie die Bewertungslänge (cut-off length) und Auflösung, für Oberflächen mit periodischer und nicht-periodischer Rauheit zu treffen. Die topographische Charakterisierung von Oberflächen wurde methodologisch weiter entwickelt, indem die Oberflächen auf verschiedenen Längenskalen je nach Morphologie untersucht werden können. Für duromere Verbundwerkstoffsysteme wurde der Einfluss von den Bedingungen des Formpressens (Druck, Zeit, Topographie und Form des metallischen Werkzeugs, Einbringen des Prepregs, Glasfasergehalt und -orientierung) auf die resultierende makro-, meso- und mikroskopische Topographie studiert. Eine modellmäßige Beschreibung des Einflusses der wichtigsten Charakteristiken des Herstellungsprozesses duromerer Verbundwerkstoffsysteme auf ihre topographische Charakteristiken und demzufolge auf die Qualität des Endproduktes wurde konzipiert. Zur Quantifizierung des Effekts der Oberflächenmodifizierung wurde einen neuen Parameter – Surface Relative Smooth – vorgeschlagen und dessen Nutzung für jedes beliebige Feststoffkörpers verifiziert. Das Hauptaugenmerk bei der Durchführung der Arbeit wurde auf die Entwicklung neuer Konzepte zur topographischen Charakterisierung textiler Materialien gelegt, welche die Nutzung mehrerer Längenskalen in Betracht ziehen. Dies ermöglicht die spezifische Morphologien textiler Strukturen zu berücksichtigen und jede Struktur, welche durch die Gewebeart, die Art der Fasern und des Garns entstanden ist, gesondert bezüglich ihr Einflusses auf die Benetzbarkeit infolge der Modifizierung (Konstruktionsparameter, Thermofixierung, Imprägnierung mit Soil-Release- Polymeren, Waschen/Trocknen-Zyklen) zu analysieren. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie die Konstruktionsparameter von Polyestertextilien, wie z.B. die Filament- und Garnfeinheit, Kett- und Schussdichte sowie die Gewebebindung Einfluss auf die Oberflächentopographie und als Folge auf ihre Kapillarität nehmen, und zwar als Mesoporosität (Abstände zwischen Garnwindungen) und als Mikroporosität (Abstände zwischen einzelnen Filamenten). Auf der Basis von umfangreichen experimentellen Daten, welche die Unterschiede zwischen verschiedenen Bindungsarten (Leinwand, Köper, Panama) offenbaren, wurde ein neues Modell zur Beschreibung der Penetration von Flüssigkeiten in die textile Strukturen entwickelt. Außerdem wurde der Einfluss der Thermofixierung und Imprägnierung von Polyester Materialen mit Soil-Release-Polymeren auf die Topographie, Benetzbarkeit und Auswaschbarkeit für die drei wichtigsten Gewebearten untersucht, welche die gleiche Anzahl von Schussfäden haben. Für die Charakterisierung des Anschmutzungsverhaltens von Textilen wurde eine so genannte Fleck-Analysierungsmethode (spot analysis method) vorgeschlagen, welche es erlaubt, benetzungsdynamische Eigenschaften von Flüssigkeiten an Oberflächen mit anisotroper Topographie zu studieren. Diese Methode ist geeignet auch für Oberflächen mit anisotropen Rauheitsstrukturen und für poröse Materialien. Der Effekt von Waschen/Trocken-Zyklen auf die Topographie, Spreitung, Benetzung und Anschmutzung von Leinwandgewebe und Gestricke aus Baumwolle wurde zusätzlich untersucht. In allen Spezialfällen diente die topographische Charakterisierung und die Interpretation der Ergebnisse auf verschiedenen Längenskalen zur besseren Verständnis von Benetzungsphänomenen. Ein mathematisches Modell für die virtuelle Konstruktion von textilen Oberflächen wurde entwickelt, die das Studium der Effekte infolge topographischer Änderungen auf das Verhalten von Polymer- und Textiloberflächen ermöglicht. Oberflächen von Leingeweben und duromeren Verbundwerkstoffsystemen wurden mit der Fourier-Synthese unter Zuhilfenahme verschiedener harmonischer Wellen mathematisch abgebildet. Die Topographie- und Konstruktionsparameter wurden bei der Fourier-Synthese zur Konstruktion virtueller Topographien genutzt. Im Falle der textilen Materialein wurde der Effekt von Waschen/Trocknen-Zyklen für die Baumwolltextilien sowie der Thermofixierung von Polyestertextilien auf ihre Meso- und Mikromorphologie auf der Basis gemessener Parameter für jede Topographie modelliert. Dieses Modell erlaubt auch die Vorhersage der Änderungen in der Porosität von resultierenden textilen Strukturen, ihres Benetzungs- und Anschmutzungsverhaltens. Mit dieser Methode ist es möglich, gewünschte Änderungen von textilen Konstruktionsparametern einzustellen und ihre Effekte auf die Topographie zu untersuchen.

Die Arbeit behandelt die Entwicklung von hybrid integrierten, mikromechanischen Ultraschallwandler-Arrays auf der Basis von Polyvinylidenfluorid (PVDF). Diese breitbandigen Wandlerarrays gestatten durch eine entsprechende Dimensionierung und elektronische Ansteuerung eine gerichtete steuerbare Schallabstrahlung in Flüssigkeiten, die beispielsweise in der Strömungsmessung Verwendung finden kann. Nach theoretischen Betrachtungen zu piezoelektrischen Einzel- und Mehrelementwandlern werden der Aufbau und die Präparation der Wandlerarrays vorgestellt. Eine umfassende Charakterisierung wird anhand von akustischen und laseroptischen Messungen vorgenommen. Dabei wird besonderer Wert auf die Klärung von elektrischen und mechanischen Wechselwirkungen im Inneren der Wandler gelegt, um Erscheinungen wie Kopplungen zwischen Einzelelementen und Notwendigkeit sowie Einflüsse einer Passivierungsschicht zu erklären. Es werden Methoden und Ergebnisse der Simulation derartiger Wandlerarrays vorgestellt. Abschließend werden die Vorteile des Einsatzes solcher Arrays am Beispiel der akustischen Durchflußmessung aufgezeigt.

Habil.-Schr. Univ. Marburg, 2006.

Um die Sicherheit von Lebensmitteln zu garantieren und die Gesundheit des Verbrauchers zu schützen existieren strenge Vorschriften bezüglich der Hygiene an die Lebensmittelindustrie. Daher handelt es sich bei der Reinigung um einen kritischen Prozessschritt in der Lebensmittelindustrie. Die bei der Reinigung ablaufenden Wirkmechanismen zwischen Reinigungsflüssigkeit und Verschmutzung sind noch nicht vollständig verstanden. Innerhalb der Arbeit wird der Quellungsprozess spezieller Modellverschmutzungen charakterisiert und mithilfe eines entwickelten Versuchsstandes dessen Auswirkung auf die wirkenden Bindungskräfte bestimmt. Zudem wird eine Anleitung erstellt welche der Industrie einfache Methoden für eine solche Verschmutzungscharakterisierung aufzeigt.:Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen 1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Grundlagen der Reinigung 2.2 Einfluss der Bindungskräfte 2.3 Versuchsaufbau zur Bestimmung der Bindungskräfte 2.3.1 Versuchsprinzip nach LIU et al. 2.3.2 Provisorischer Bindungskraftversuchsaufbau 2.3.3 Bindungskraftversuchsaufbau 2.3.4 Differentiation der wirkenden Kräfte bei Verschmutzungsabzug 3 Zielsetzung und Lösungsweg 4 Modellverschmutzungen 4.1 Vaselineverschmutzung 4.1.1 Allgemeines 4.1.2 Chemischer Aufbau und physikalische Eigenschaften der Vaseline 4.1.3 Reproduzierbare Herstellung der Vaselineverschmutzung 4.2 Stärkeverschmutzung 4.2.1 Allgemeines 4.2.2 Chemischer Aufbau und physikalische Eigenschaften der Stärke 4.2.3 Reproduzierbare Herstellung der Stärkeverschmutzung 5 Quellverhalten der Modellverschmutzungen 5.1 Zielsetzung und Vorbetrachtung 5.2 Validierung der Umgebungseinflüsse mittels Vaseline 5.3 Gravimetrische Betrachtung der Stärkequellung 5.3.1 Versuchsdurchführung 5.3.2 Messergebnisse 5.3.3 Erstellung eines Prozessmodells 5.4 Optische Vermessung der Phasengrenze der Stärke 5.4.1 Versuchsdurchführung 5.4.2 Messergebnisse 5.4.3 Erstellung eines Prozessmodells 6 Einflüsse verschiedener Parameter auf Bindungskräfte 6.1 Versuchsplanung 6.2 Vaselineverschmutzung 6.2.1 Auswertung des Versuchsplans 6.2.2 Einfluss des Flächenverschmutzungsgewichts 6.2.3 Einfluss des Rakelspalts 6.2.4 Einfluss der Rakelgeschwindigkeit 6.2.5 Einfluss der Temperatur 6.2.6 Einfluss des Reinigungsmediums 6.3 Stärkeverschmutzung 6.3.1 Auswertung des Versuchsplans 6.3.2 Einfluss des Flächenverschmutzungsgewichts 6.3.3 Einfluss der Quelldauer 6.3.4 Einfluss des Rakelspalts 6.3.5 Einfluss der Rakelgeschwindigkeit 6.3.6 Einfluss des rheologischen Verhaltens 6.3.7 Einfluss des Quellmediums 7 Kombination der Erkenntnisse aus Bindungskraftversuchen und Quellverhalten 7.1 Differentiation der wirkenden Kräfte bei Abzug der Modellverschmutzungen 7.1.1 Vorbetrachtung 7.1.2 Vaselineverschmutzung 7.1.3 Stärkeverschmutzung 7.2 Einfluss der Konzentration der Stärkeverschmutzung 8 Industrienahe Verschmutzungscharakterisierung 8.1 Vereinfachter Versuchsaufbau 8.1.1 Konstruktive Umsetzung 8.1.2 Bestimmung der Versagensart weiterer Verschmutzungen 8.2 Anleitung zur Verschmutzungscharakterisierung 9 Zusammenfassung 10 Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagenverzeichnis

The tandem solar cell concept is a promising approach to improve the efficiency of photovoltaic devices. However, characterization of tandem solar cell devices is challenging since correct efficiency determination demands special experimental infrastructure as well as suitable characterization procedures. Even though the appropriate IEC and ASTM measurement standards define all that very precisely, they cannot be applied without special care to organic photovoltaics (OPV) because they were originally developed for inorganic devices. As a consequence, nowadays almost all tandem organic solar cell publications are not using correct characterization procedures, often resulting in questionable efficiency values. The aim of this work is developing a measurement procedure for tandem organic solar cells assuring their correct characterization. Therefore, at first the existing standards and measurement procedures for tandem solar cells are reviewed and challenges when applying these standards to organic solar cells are identified. As main challenges the relatively low fill factors and distinct nonlinearities of organic solar cells are identified. As preliminary experiments, single junction organic solar cells are investigated to analyze the influence of measurement parameters like bias irradiance, bias voltage, and chopper frequency on the external quantum efficiency (EQE) of organic solar cells. This results in parameter sets assuring minimized artifacts for the subsequent EQE determination of the subcells of tandem organic solar cells. The main part of this thesis presents the detailed characterization of a tandem OPV example device. First, EQE is measured and validated by two independent institutes. The EQE results are used to calculate the illumination conditions to reach AM1.5g conditions for both subcells with a multi-source sun simulator. The resulting efficiency value under standard reporting conditions (SRC) is found to be 5% lower than the efficiency measured with a single-source sun simulator. A full spectrometric characterization shows that differing fill factors of the subcells are the reason for this behavior. To overcome the main reason for the complicated measurement procedure of tandem solar cells, the inaccessibility of the individual subcells, three different approaches for the jV-characteristics determination of the subcells are presented. The so-called Bias Voltage Approach is based on EQE-measurements under varying bias voltage and needs no additional electrical contacts. Therefore, it can be applied to existing devices. The Voltage Contact Approach as well as the Current Contact Approach require in changed stack designs. Therefore, they cannot be applied to existing devices but give more accurate results. Finally, a procedure for characterizing tandem organic solar cells is formulated. This procedures aims at giving practical advice how to characterize tandem organic solar cells to achieve results conforming to the measurement standards and being as accurate and reproducible as possible. Hence, this thesis attempts to establish standards for a correct measurement of tandem organic solar cells of which other emerging solar cell technologies can profit as well.

Microstructure characterization and reconstruction (MCR) is an important prerequisite for empowering and accelerating integrated computational materials engineering. Much progress has been made in MCR recently; however, in the absence of a flexible software platform it is difficult to use ideas from other researchers and to develop them further. To address this issue, this work presents MCRpy as an easy-to-use, extensible and flexible open-source MCR software platform. MCRpy can be used as a program with graphical user interface, as a command line tool and as a Python library. The central idea is that microstructure reconstruction is formulated as a modular and extensible optimization problem. In this way, arbitrary descriptors can be used for characterization and arbitrary loss functions combining arbitrary descriptors can be minimized using arbitrary optimizers for reconstructing random heterogeneous media. With stochastic optimizers, this leads to variations of the well-known Yeong–Torquato algorithm. Furthermore, MCRpy features automatic differentiation, enabling the utilization of gradient-based optimizers. In this work, after a brief introduction to the underlying concepts, the capabilities of MCRpy are demonstrated by exemplarily applying it to typical MCR tasks. Finally, it is shown how to extend MCRpy by defining a new microstructure descriptor and readily using it for reconstruction without additional implementation effort.

This paper compares two approaches for deriving subsumption algorithms for the description logic ALN: structural subsumption and an automata-theoretic characterization of subsumption. It turns out that structural subsumption algorithms can be seen as special implementations of the automata-theoretic characterization.