Arbeitsgruppe Solarthermische Materialien:
Optische Materialien und Beschichtungsdesign

Ansprechpartner
Dr. Rolf Reineke-Koch
Tel.: +49 (0)5151-999 431
E-Mail: r.reineke-koch@isfh.de

Demonstrations-Kollektor bei 80 °C (ohne Glasabdeckung): Die obere Hälfte ist mit einem thermochromen Absorber, die untere mit einem Standard-Absorber ausgestattet. Das Bild der Infrarot-Kamera auf dem Display zeigt die erhöhte Wärme-Abstrahlung des thermochromen Bereichs.

Transmissions- und Reflexionsgrad eines TCO´s auf Glas mit und ohne Anti-Reflexschichten.
Spektrales Infrarot-(IR)-Ellipsometer

Die Arbeitsgruppe „Solarthermische Materialien“ beschäftigt sich mit der Entwicklung von selektiven Absorbern, Beschichtungen für die Wärmeschutzverglasung, Anti-Reflexbeschichtungen und schaltbaren Elementen. Mit der Erfahrung des CalTeC aus der Praxis und dem materialwissenschaftlichen und technologischen Know-how, das wir in dem Bereich Dünnschichttechnologie für Solarzellen zur Verfügung haben, entwickeln wir für Solar-Kollektoren und für Verglasungen punktuell Alternativen, um Beschichtungen entweder besondere Eigenschaften zu verleihen oder kostengünstige Verfahren für die Industrie zu etablieren. Wir begleiten die Industrie mit materialwissenschaftlichen und optischen Analysen sowie mit normgerechten Belastungsprüfungen bei der Entwicklung im Labor, beim Up-Scaling und der Umsetzung in der Produktion.

Thermochrome Absorber

Mit den Absorbern aktueller Solarkollektoren werden hohe solare Erträge erreicht. Im Fall von fehlendem Wärmebedarf im Sommer führen sie jedoch auch zu hohen Temperaturbelastungen aller Komponenten im Solarkreis. Zur Überwindung dieses Überhitzungsproblems haben wir einen thermochromen Absorber entwickelt und optimieren ihn weiter, der durch einen physikalischen Phasenwechsel automatisch auf „Abstrahlung der Wärme an die Umgebung“ schaltet, sobald Kollektor und Speicher die maximale Betriebstemperatur erreicht haben. So wird eine Überhitzung des Solarkreises, die damit verbundene Dampfbildung und die langfristige Zersetzung des Frostschutzmittels verhindert.

Wir untersuchen im System integrierte thermochrome Kollektoren auf unseren Testdächern im Detail.

Wärmeschutz-Verglasung

Wärmeschutz-Verglasungen beruhen auf dem Einsatz wenige Nanometer dicker Silber-Schichten. Wenn es neben der Wärmedämmung und der Reduktion des thermischen Emissionsgrades auch auf eine hohe Transparenz im sichtbaren und solaren Spektralbereich ankommt, können alternativ transparente, elektrisch leitfähige Oxide (sogenannte TCO´s) eingesetzt werden. Wir entwickeln für spezifische Spektralbereiche funktionelle, optische Schichtsysteme mit integrierten Korrosionsschutz- und Antireflex-Beschichtungen sowie mit Diffusions-Barrieren. Ein Beispiel ist die Low-E-Beschichtung für hocheffiziente, doppelverglaste Solarkollektoren, die auch dem Prozess des Glas-Vorspannens standhält.

Optik

Für die Entwicklung funktioneller Schichten ist die optische Charakterisierung unerlässlich. Für solare und wärmetechnische Fragestellungen schließt dies immer auch den mittleren Infrarot-Bereich ein. Ein Schwerpunkt ist die Untersuchung komplexer Schichtsysteme mittels spektraler Ellipsometrie im Spektralbereich von 240 nm bis 33.000 nm. So können wir zum Beispiel das optische Schalten thermochromer Schichten in-situ temperaturabhängig messen und Brechungsindex und Extinktionskoeffizient spektral modellieren.

Wasserstoff-Technologie

Wir beschichten Elektroden mit Edelmetall-Katalysatoren mittels Sputtern und entwickeln Korrosionsschutzschichten für belastete Komponenten der Wasserelektrolyseure. PEM-Elektrolyse-Teststände befinden sich im Aufbau.