Schmutzabweisendes Ultradünnglas Mit Titanoxid beschichtetes Glas für Solarpaneele

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PFLITSCH GmbH & Co. KG

Fraunhofer-Inst. für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP

Schmutzabweisende Oberflächen verbessern den Ertrag von Fotovoltaikanlagen. Forscher arbeiten an speziell beschichtetem Dünnglas für Solarpaneele und Fassaden, das sich mit UV-Licht oder sichtbarem Licht aktivieren lässt.

Für eine nachhaltige Energiewende spielt die Photovoltaik eine wichtige Rolle: Im Jahr 2021 deckte die Photovoltaik mit einer Stromerzeugung von 50 TWh 8,9 Prozent des Bruttostromverbrauchs in Deutschland [1]. Sind die Fassaden schmutzabweisend und mit leicht zu reinigenden Oberflächen versehen, sorgen sie für Transparenz und bleiben sauber. Damit sind die Fassaden effizienter und erzeugen gleichmäßig Energie.

Das erreichen die Experten des Fraunhofer-Instituts FEP mit photoinduzierter Hydrophilie auf den Oberflächen. Für einen aufzuskalierdenden Effekt kommt erstmals das kristalline Titanoxid im Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf ultradünnem Glas zum Einsatz. Es ist nicht nur sehr effizient, sondern die ultradünnen und leichten Gläser lassen sich nachträglich auf Fassaden aufbringen oder direkt als Verbundwerkstoff in die Solarmodule einarbeiten. Sogar gebogene Oberflächen sind kein Problem.

UV-Bestrahlung verändert die Oberfläche

Das Titandioxid verändert seine wasserabweisende Eigenschaft durch UV-Einstrahlung. Aktiviert wird der Vorgang beispielsweise durch Sonnenlicht. Bleibt es unbestrahlt, ist es hydrophob, also Tröpfchen bildend. Nach einer Bestrahlung ist es superhydrophil, also vollständig benetzend. Bei photoinduzierter Hydrophilie wechselt die Oberfläche nach ungefähr 30 Minuten Bestrahlung mit sonnenähnlichem UV-Licht von hydrophob zu superhydrophil.

Auf Oberflächen mit einer solchen Titandioxid-Beschichtung kann sich durch diesen Effekt kein oder nur sehr wenig Schmutz ablagern. Setzt sich beispielsweise Verkehrsstaub, Sand oder sonstiger Schmutz auf Glasfassaden oder Solarpanels ab, wird dieser durch die nächtliche Hydrophobie der Oberfläche über abperlende Regentropfen abgewaschen. Darüber hinaus bleibt der Schmutz besonders durch den zyklischen Wechsel von hydrophob und superhydrophil auch tagsüber nicht an der Oberfläche haften.

Rolle aus Dünnglas ist 100 µm dick

Mit UV-Licht aktiviertes Titanoxid zersetzt durch Photokatalyse organische Moleküle an der Oberfläche. So entstehen antibakterielle und sterile Oberflächen, die besonders in der Medizintechnik oder in Verbindung mit flexiblen Displays interssant sind.

Entwickelt haben die Forscher eine 30 cm breite und 20 m lange Rolle Dünnglas, mit einer Glasdicke von 100 µm in einer Rolle-zu-Rolle-Anlage mit 30 bis 150 nm Titanoxid beschichtet. Diese Pilotanlage für Rolle-zu-Rolle-Beschichtungen von Dünnglas (FOSA LabX 330 Glass der Firma Von Ardenne) steht am Fraunhofer FEP.

Herausfordernd für das Projekt ist zum einen, dass Dünnglas ein sehr neues Substrat mit großen Anforderungen ans Handling ist, da es sehr leicht bricht und empfindlich auf thermische und mechanische Belastungen reagiert. Zum anderen erreicht Titandioxid seine besonderen Eigenschaften der Hydrophobie und -philie nur, wenn es kristallin ist. Dafür benötigt es hohe Temperaturen während der Herstellung. Sputterbeschichtungen mit diesen Anforderungen waren bisher in Rolle-zu-Rolle-Technologie nicht umsetzbar, da gängige Substrate, wie Folien, den hohen Temperaturen nicht standhalten konnten. Dünnglas bietet hier eine Alternative.

Glas mit sichtbarem Licht aktivieren

Mit den gewonnenen Ergebnissen aus dem NewSkin-Projekt wollen die Forscher die Eigenschaften von Titanoxid und Dünnglas kostengünstig vereinen. Künftig soll das Schichtsystem nicht nur durch UV-Licht aktiviert werden können, sondern auch mit sichtbarem Licht. Hergestellt und eingebettet werden sollen Nanopartikel oder Dotieren beispielsweise mit Stickstoff sind angedacht.

Referenz

[1] Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland. Abgerufen am 26.1.2023.

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