Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

Funktionelle Schichten

Partikel-basierte Schichten mit Innenwirkung

Viologen-modifizierte TiO<sub>2</sub>-Nanopartikel werden am Fraunhofer ISC über ein sol-gel basiertes Hydrothermalverfahren hergestellt (links). Elektrochromes Bauteil im transparenten und gefärbten Zustand basierend auf viologen-modifizierten TiO<sub>2</sub>-Nanopartikeln.
© Fraunhofer ISC
Viologen-modifizierte TiO2-Nanopartikel werden am Fraunhofer ISC über ein sol-gel basiertes Hydrothermalverfahren hergestellt (links). Elektrochromes Bauteil im transparenten und gefärbten Zustand basierend auf viologen-modifizierten TiO2-Nanopartikeln.
Mikrostruktur von Schichten basierend auf unterschiedlichen SiO<sub>2</sub>-Partikeln im Rasterelektronenmikroskop (oben). Partikel-basierte SiO<sub>2</sub>-Schicht als Zwischenschicht in einer Perowskit-Solarzelle (unten links: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Schichtstapels, gefüllt mit Perowskit; unten rechts: schematische Darstellung des Schichtstapels.
© Fraunhofer ISC
Mikrostruktur von Schichten basierend auf unterschiedlichen SiO2-Partikeln im Rasterelektronenmikroskop (oben). Partikel-basierte SiO2-Schicht als Zwischenschicht in einer Perowskit-Solarzelle (unten links: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Schichtstapels, gefüllt mit Perowskit; unten rechts: schematische Darstellung des Schichtstapels.

Das Fraunhofer ISC entwickelt in seiner »Nanoparticle Kitchen« maßgeschneiderte Partikel für die unterschiedlichsten Anwendungen. Diese Partikel werden unter anderem genutzt, um Beschichtungen herzustellen, die in Schichtstapeln eines Bauteils oder Produktes ihre Funktionalität unter Beweis stellen. Neben den materialspezifischen Eigenschaften der partikel-basierten Schichten beeinflusst die Größe der Partikel die Mikrostruktur der hergestellten Schicht und damit deren Funktionalität.
 

Herausforderung

Technologien, die zur Energieerzeugung und -speicherung genutzt werden sowie eine verbesserte Energieeffizienz aufweisen, basieren meist auf komplexen, genau aufeinander abgestimmten Stapeln unterschiedlicher Schichtmaterialen. Partikel-basierte Schichten können hier zum Einsatz kommen, um die elektrischen und elektrochemischen Vorgänge in den jeweiligen Technologien zu ermöglichen oder zu verbessern. Um eine bestmögliche Performance der Bauteile/Produkte zu erreichen, gilt es dann die Mikrostruktur der Schichten maßzuschneidern und die Schichten genau aufeinander abzustimmen.


Systeme

Am Fraunhofer ISC werden daher neben partikel-basierten Schichten, die Umweltauswirkungen ausgesetzt werden und damit eine Außenwirkung zeigen, auch partikel-basierte Schichten entwickelt, die von Umwelteinflüssen abgekapselt im Inneren ihre Funktionalität unter Beweis stellen. TiO2-Nanopartikel und SiO2-Nanopartikel stehen hier neben diversen Mischoxidpartikeln im Fokus der Arbeiten. Beispielsweise ist es gelungen, ein elektrochromes Bauteil, das durch das Anlegen einer geringen Spannung seine Farbe ändern kann, einfacher herzustellen. Anstelle der aufwendigen Infiltration einer porösen Schicht aus TiO2-Nanopartikeln mit der elektrochromen, organischen Spezies (z.B. Viologene), können in der »Nanoparticle Kitchen« Nanopartikel hergestellt werden, die bereits als Oberflächenmodifizierung die Viologene tragen. Weiterhin kann eine poröse SiO2-Schicht als Zwischenschicht zwischen den beiden Elektroden einer Perowskit-Solarzelle eingesetzt werden, wobei die Mikrostruktur der Schicht über die Art der SiO2-Partikel variiert werden kann (siehe Bild links).

Angebot

Entwicklung von Partikel-basierten Beschichtungen mit Innenwirkung maßgeschneidert für Ihre Anwendung. Herstellung von Beschichtungen über unterschiedliche Verfahren mit Ihren oder unseren Beschichtungslösungen auf Ihren oder kommerziell erhältlichen Substraten. Charakterisierung von Beschichtungen in Zusammenarbeit mit unserem analytischen Dienstleistungszentrum.