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Prozessingenieurin – Forschung & Entwicklung

Dr.-Ing.Maram Abu‑Muhfouz

„Von der Werkstoffwissenschaft zur industriellen Prozessentwicklung“

Ich verbinde Dünnschichttechnologie, Mikrostrukturanalyse und datenbasierte Prozessoptimierung – vom Labor des Max-Planck-Instituts bis zur skalierbaren Anwendung.

  • Prozessentwicklung
  • Mikrostruktur-Engineering
  • Phasenumwandlung
  • Materialcharakterisierung
  • Dünnschichtherstellung

Düsseldorf, Deutschland

Logo Dr.-Ing. Maram Abu-Muhfouz

5+

Jahre Forschung am Max-Planck-Institut

3

Sprachen: DE · EN · AR

15+

Charakterisierungsmethoden

1.

Platz CTCN Climate Innovation Award

Kurzprofil

Analytisch. Systematisch. Lösungsorientiert.

Promovierte Werkstoffingenieurin (RWTH Aachen) mit Forschung am Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien (ehem. Max-Planck-Institut für Eisenforschung) in Düsseldorf. Mein Schwerpunkt liegt auf der Herstellung und Charakterisierung von Dünnschichten und darauf, wie Prozessparameter die Mikrostruktur und damit die Materialeigenschaften bestimmen.

  • Promotion in Werkstofftechnik (Materials Engineering)

    RWTH Aachen – Forschung am Max-Planck-Institut, Düsseldorf

  • β-FeSi₂-Dünnschichten

    Nachhaltiges Absorbermaterial aus häufig vorkommenden Elementen für die Photovoltaik

  • Prozessentwicklung

    Parameteranalyse und -optimierung bei DC/RF-Sputtern (PVD)

  • Mikrostruktur & Phasen

    EBSD, ECCI, XRD, CL, FIB, APT – korrelative Charakterisierung

  • Problemlösung

    Analytisch, systematisch und datenbasiert

Projekt 1 · Promotion

β-FeSi₂-Dünnschichten für die Photovoltaik

A Study on the Microstructure Formation Mechanisms and Functional Properties of new β-FeSi₂-based Polycrystalline Thin Films for Photovoltaic Applications Using Correlative Electron Microscopy

Zusammenfassung der Dissertation

β-FeSi₂-Dünnschichten (~800 nm) wurden durch kontrolliertes DC-Sputtern auf Edelstahl (304SS), Si (100) und Saphir Al₂O₃ (0001) hergestellt – mit dem Ziel optimaler Morphologie, Textur und räumlicher Phasenverteilung.

  1. Prozessstudie

    Eine Serie von DC-PVD-Experimenten zu kombinierten Sputterparametern und weiteren Faktoren, die Morphologie, Texturbildung, Phasenumwandlung und die Stabilität der β-Phase steuern – inklusive keimbildungs- und wachstumskontrollierter Mechanismen.

  2. Korrelative Mikroskopie

    EBSD, XRD und EDS zur Verfolgung der β-FeSi₂-Bildung; 2D-EBSD-Mappings an Querschnitten und Draufsichten für Mikrostruktur, Phasenverteilung und Textur; konfokale Lasermikroskopie für die Rauheit.

  3. Gelöste Herausforderung

    Die klassische Hough-Indizierung scheiterte an komplexen tetragonalen/orthorhombischen Phasen, nanoskaligen Körnern und hoher Defektdichte – deshalb wurde Spherical Indexing (SI) für eine exakte Phasenidentifikation eingesetzt.

Wichtigste Ergebnisse

90% ± 10%

Anteil der β-Phase auf 304SS

45 ± 25 nm

gleichmäßige Korngröße

Ra = 32 nm

moderat glatte Oberfläche

(001)/(010)

scharfe Textur – erstmals nachgewiesen

Optimale Bedingungen: 1 h Abscheidung · 12,12 nm/min · 500 °C Substrattemperatur · 1 Pa – kontinuierliche, hochwertige Schicht mit guter Haftung auf 304SS.

SubstratHöchster β-AnteilTextur
304SS90% ± 10% (1 h, 1 Pa, 500 °C)schwächste; (010)-Pole am stärksten
Si (100)bei 1 h, 0,5 Pa, 500 °Cstärkste; (010)-Pole am stärksten
Al₂O₃ (0001)98% ± 2%(001)-Peak am stärksten
Temperatur: Oberhalb von 600 °C setzt die Fe/Si-Interdiffusion an der Grenzfläche ein.
Kammerposition: Proben in der Mitte zeigen eine scharfe Fasertextur, äußere Proben geneigte Fasern.

Optimierungsweg S1 → S4

Optimierungsweg S1 → S4
Optimierungsweg S1 → S4
  1. S1

    S1 · Schichtdicke

    Zeit variiert → optimal 66 min, 12,12 nm/min

  2. S2

    S2 · Phasenverteilung

    Temperatur variiert → optimal 500 °C

  3. S3

    S3 · Phasendominanz

    Druck variiert → optimal 1 Pa

  4. S4

    S4 · Textur

    Substrattyp variiert bei festem Prozess

Dickenoptimierung & Korrelationsstudie (500 °C, 0,5 Pa): SEM, EDS und EBSD
Dickenoptimierung & Korrelationsstudie (500 °C, 0,5 Pa): SEM, EDS und EBSD
EBSD-Phasenkarte: β 90% ± 10%, α 10% ± 5% (1 h, 500 °C, 1 Pa)
EBSD-Phasenkarte: β 90% ± 10%, α 10% ± 5% (1 h, 500 °C, 1 Pa)
EBSD-IPF-Karte der säulenförmigen β-FeSi₂-Körner
EBSD-IPF-Karte der säulenförmigen β-FeSi₂-Körner
REM-Draufsicht und Querschnitt sowie Rauheitsprofile bei 0,5 und 1 Pa
REM-Draufsicht und Querschnitt sowie Rauheitsprofile bei 0,5 und 1 Pa

Methoden & Materialien

Vom Prozess zur Mikrostruktur

EBSD – Mikrostruktur & Textur
EBSD

Mikrostruktur & Textur

2D-Mappings an Querschnitten und Draufsichten; Spherical Indexing für komplexe Phasen.

EDS · XRD – Zusammensetzung & Phasen
EDS · XRD

Zusammensetzung & Phasen

Elementzusammensetzung und Phasenidentifikation der β-FeSi₂-Bildung.

SEM – Elektronenmikroskopie
SEM

Elektronenmikroskopie

Draufsichten und Querschnitte der Schichten, Schichtdicke und Morphologie.

Materialien & Substrate

β-FeSi₂-Dünnschichten (~800 nm)DC-Sputtern (PVD)Edelstahl 304SSSi (100)Saphir Al₂O₃ (0001)Konfokale LasermikroskopieSpherical Indexing

Projekte

Weitere Forschungsprojekte

02Masterstudium · KIT & JUST

Nanoengineering & Nanoscience

M.Sc. mit Auszeichnung (2018–2020): MSM-Photodetektor (Au/Pt-Schottky-Elektroden auf Si), Antireflexschichten MgF₂/TiO₂ auf GaAs (COMSOL) und Sol-Gel-Nanostrukturen (ZnO, Ag-Nanostäbe).

Mask Aligner · Sputtern · Keithley 4200A · COMSOL · SEM · UV-VIS

03Perowskit-Solarzellen

Upconversion-Kristalle für Perowskit-Solarzellen

Modeling and Characterization of the Conversion Efficiency Enhancement of Perovskite Solar Cells that Employ Upconversion Crystals for the Solar Spectrum. UC-Kristalle wandeln 976-nm-Licht in sichtbares Licht um, sodass die Zelle mehr vom Sonnenspektrum nutzt.

~50%

mehr Jsc bei maximaler Laserleistung

29,17 mA/cm²

Jsc mit 50-cm-Linse (18,99 ohne)

+8,3%

Jsc-Gewinn laut Modell

Bester von 12 Kristallen: BaF₂ : 15% Yb³⁺, 2% Er³⁺ · FAPbI₃-Zellen · Laser- und LED-Aufbauten

Upconversion-Kristalle für Perowskit-Solarzellen
Upconversion-Kristalle für Perowskit-Solarzellen
J-V-Kurven mit 100-cm- und 50-cm-Linse
J-V-Kurven mit 100-cm- und 50-cm-Linse
04COMSOL-Simulation

Gekoppelte optoelektronische Simulation einer Perowskit-Zelle

Ein Modell verknüpft Lichtabsorption, Ladungstransport und Wärme im Schichtstapel ITO / ZnO / MAPbI₃ / Spiro-OMeTAD / Au über 24 h (1D → 2D → 3D): Optik → G(x), Drift-Diffusion mit Rekombination → J-V, Wärmeleitung → T(x,t).

Wave Optics · Semiconductor · Heat Transfer · Referenzergebnisse nach Makableh et al., Solar Energy 202 (2020)

Gekoppelte optoelektronische Simulation einer Perowskit-Zelle
Gekoppelte optoelektronische Simulation einer Perowskit-Zelle

Bezug zur Position

Was ich in die Prozessentwicklung einbringe

Prozessparameter → Eigenschaften

Ich verstehe, wie Abscheide- und Prozessparameter die Materialeigenschaften gezielt beeinflussen.

Temperatur → Mikrostruktur

Erfahrung damit, wie die Temperatur Mikrostruktur und Phasenentwicklung steuert.

Versuchsplanung & Analyse

Systematische Planung von Experimenten und strukturierte Auswertung großer Messdatensätze.

Fehleranalyse mit Daten

Troubleshooting auf Basis von Messdaten und Evidenz statt Vermutungen.

Mein nächster Entwicklungsschritt

Industrielle Ofen- und Wärmebehandlungsprozesse: Ich möchte mein Wissen über temperaturabhängige Phasenbildung gezielt auf den industriellen Maßstab übertragen und hier weiter wachsen.

Berufserfahrung

Stationen

  1. Wissenschaftlerin

    07/2020 – heute

    Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) GmbH · Düsseldorf

    • Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen und Bildungsmechanismen polykristalliner β-FeSi₂-Dünnschichten mittels korrelativer Elektronenmikroskopie.
    • Herstellung per DC/RF-Sputtern; Optimierung der Parameter für Schichthomogenität und Haftung mit Blick auf industrielle Relevanz.
    • Charakterisierung mit EBSD, ECCI, Kathodolumineszenz und Atomsondentomographie.
    • Modellierung optoelektronischer Eigenschaften mit COMSOL und MATLAB; vorausschauende Wartungskonzepte für Laborgeräte.
    • Charakterisierung von Perowskit-Solarzellen für die Universität Wuppertal.
  2. Laboringenieurin

    01/2020 – 06/2020

    Karlsruher Institut für Technologie (KIT) · Karlsruhe

    • Herstellung von Perowskit-Solarzellen in Reinraum und Glovebox.
    • Effizienzsteigerung durch Upconversion-Quantenpunkte; Charakterisierung mit Laserspektroskopie, XRD und Raman.
  3. Wissenschaftliche Mitarbeiterin

    06/2019 – 12/2019

    Al Hussein Technical University (HTU) · Amman

    • Forschung zu intelligenten Energiesystemen und nachhaltigen Materialien; Koordination hochschulübergreifender Kooperationen.
  4. Forschungspraktikantin

    07/2018 – 09/2018

    LMU München & TUM Open Research Lab · München

    • Entwicklung der OSWD-Methode zur Integration organischer Halbleiter mit Graphen; Analyse mit STM/STS.
    • Vorstellung der Laborforschung bei TEDxTUM.
  5. Leiterin Planung & Entwicklung

    01/2017 – 10/2017

    Power Guide for Energy Systems · Amman

    • Auslegung von Freiflächen- und Dach-PV-Anlagen für Industrie, Wohnbau und Landwirtschaft; technische Angebote und Kundenverhandlungen.

Ausbildung

  • 2020 – 2025

    Promotion (Dr.-Ing.) in Werkstofftechnik

    RWTH Aachen (Forschung am MPIE Düsseldorf)

  • 2018 – 2020

    M.Sc. Nanoengineering & Nanoscience – mit Auszeichnung

    KIT Karlsruhe & JUST

  • 2011 – 2015

    B.Sc. Elektrische Energietechnik

    Al-Balqa’ Applied University

Kernkompetenzen

Werkstoffe & Prozesse

PVD / DC- & RF-SputternProzessoptimierungMikrostruktur–EigenschaftSol-GelReinraum & Glovebox

Charakterisierung

SEMEBSDECCICLFIBSTEMAPTAFMSTM/STSXRDRamanUV-VIS

Simulation & Programmierung

COMSOLMATLABPythonC++AutoCAD

Energie & Photovoltaik

Perowskit-Solarzellenβ-FeSi₂PV-AnlagenplanungPVsystHelioScope

Aktivitäten

Konferenzen, Kooperationen & Initiativen

Konferenzen & Vorträge

  • IEEE-NANO 2024 – Gijón, Spanien
  • MSE-Kongress 2022 – Vortrag zu β-FeSi₂-Dünnschichten
  • Solar Solutions Düsseldorf & Bremen (2023–2024)
  • TEDxTUM – Laborvertreterin (2018)
  • ICCNA (2018)
  • High Voltage Conference – Referentin, University of Jordan (2014)

Workshops & Kooperationen

  • Perowskit-Charakterisierung mit der Universität Wuppertal
  • Dünnschicht-Training (DC-/RF-PVD), RWTH Aachen
  • Charakterisierungstraining FIB, 3D-SEM, SEM-CL am MPIE
  • Graphen- und STM-Forschung mit LMU & TUM

Initiativen & Engagement

  • IEEE / IEEE Women in Engineering
  • Association of Energy Engineers (AEE)
  • Jordan Engineers Association (JEA)
  • Wissenschaftskommunikation für ein breites Publikum

MSE 2022 · Formation and characterization of β-FeSi₂ thin films for solar cell applications

Was ich mitnehme

Komplexe Ergebnisse verständlich präsentieren, interdisziplinär zwischen Forschung und Industrie arbeiten und internationale Teams koordinieren.

Auszeichnungen

  • 2025

    CTCN MENA Youth Climate Innovation Award – 1. Platz

  • 2022

    CTCN MENA Youth Climate Innovation Academy Award – 1. Platz

  • 2018

    LMU München International Award – Finalistin, 1. Platz

  • 2018

    TUM Open Lab Research Award

Publikationen

  • Greiner, A., Abu-Muhfouz, M., Guadarrama, A., Heckl, W. M., Trixler, F. – „Conducting Experiments with Organic Semiconductors: A Simple Sample Preparation for STM Courses“, J. Chem. Educ. (in Vorbereitung).
  • Rabady, R., Abu-Muhfouz, M. – „Modeling and Testing Efficiency Enhancement of Solar Cells Using Quantum Dots as Down-Converters“, Solar Energy (in Vorbereitung).

FAQ

Kurz gefragt

Wer ist Dr.-Ing. Maram Abu-Muhfouz?+

Eine promovierte Werkstoffingenieurin (PhD in Materials Engineering, RWTH Aachen) und Prozessingenieurin für Forschung & Entwicklung mit Sitz in Düsseldorf. Sie forschte am Max-Planck-Institut zu β-FeSi₂-Dünnschichten für die Photovoltaik.

Welche Methoden beherrscht sie?+

Dünnschichtabscheidung (DC/RF-Sputtern, PVD) sowie Charakterisierung mit EBSD, XRD, SEM, ECCI, Kathodolumineszenz, FIB und Atomsondentomographie; Simulation mit COMSOL, MATLAB und Python.

Für welche Positionen ist sie offen?+

Prozessingenieurin, F&E-Ingenieurin und Werkstoffwissenschaftlerin in Industrie und angewandter Forschung – insbesondere Beschichtung, Wärmebehandlung, Halbleiter und Photovoltaik.

Welche Sprachen spricht sie?+

Deutsch (C1), Englisch (C1) und Arabisch (Muttersprache).

Kontakt

Lassen Sie uns sprechen

Offen für Positionen in Prozessentwicklung sowie Forschung & Entwicklung. Ich freue mich über Ihre Nachricht.

Deutsch C1 · Englisch C1 · Arabisch Muttersprache