Internationale Glas- und Keramikexperten auf der Suche nach neuen Materialien

Damit werden Hochtechnologieerzeugnisse wie Solarzellen gefertigt, aber auch Produkte des täglichen Lebens wie Zahnkeramik, Emails oder Antiblockiersysteme für Fahrzeuge. Auch optische Spezialwerkstoffe werden aus Mikro- oder Nanoteilchen hergestellt, um positive Eigenschaften der Nanomaterialien zu kombinieren und mehrere Funktionen gleichzeitig zu ermöglichen.

Die Fachleute aus ganz Deutschland, aus der Schweiz und Liechtenstein besuchten das 11. gemeinsame Treffen „Glasig-kristalline Multifunktionswerkstoffe“ der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft und der Deutschen Keramischen Gesellschaft an der TU Ilmenau. Nachdem der Arbeitskreis seine letzten beiden Jahrestagungen in Offenbach und Dresden abgehalten hatten, war für dieses Jahr Ilmenau als Veranstaltungsort ausgewählt worden. Dabei orientieren sich die Themen der Fachtagung an den Forschungsschwerpunkten der jeweiligen Veranstalter. Die hohe Teilnehmerzahl zeigt, dass Themen und der Veranstaltungsort mit seiner für solche Tagungen hervorragenden Infrastruktur gut gewählt waren.

Die TU Ilmenau forscht an innovativen Werkstoffen für die Photovoltaik, also für Technologien zur Umwandlung von Sonnenlicht in Strom. Bei ihrem Treffen diskutierten die Photovoltaikwissenschaftler mit Vertretern der Industrie über die Anforderungen, denen die Glasoberflächen so genannter Dünnschichtsolarzellen genügen müssen. Hauptforderung an Glas für die Solartechnik ist höchste Klarheit: Die Scheiben sollen möglichst viel Sonnenergie durchlassen und wenig reflektieren oder absorbieren. Weitere Kriterien, die für automatische Herstellungsprozesse und für eine einwandfreie Funktion der Schichtsysteme entscheidend sind: Ebenheit, Reinheit und Fehlerfreiheit.

Zwei Entwicklungen für Photovoltaiksysteme wurden von den Werkstoffexperten besprochen, die die Herstellungsprozesse von Solarzellen und -modulen erheblich verbessern würden. Dr. Manuela Junghähnel, die als Mitarbeiterin des Fraunhofer-Instituts für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik in Dresden an der TU Ilmenau promovierte, stellte ein Verfahren auf der Basis von Titandioxid vor, das kurioserweise Inhaltsstoffe aufweist, die auch in weißer Wandfarbe oder in Zahnpasta enthalten sind. Durch Dotierung mit dem chemischen Element Niob ist dieser „Allerweltsstoff“ aufgrund seiner transparent-leitfähigen Eigenschaften hervorragend zur Herstellung aktueller Dünnschichtsolarzellen geeignet. Da es Dank dieser Forschungsarbeiten möglich wäre, solche Schichten mit einem optimierten Sputterverfahren großflächig herzustellen, könnten Solarmodule effizienter und kostengünstiger produziert werden.

Ein zweites Herstellungsverfahren für Titandioxid, das bei der Fachtagung diskutiert wurde, ist der Sol-Gel-Prozess. Noch in ihrem Optronik-Studium an der TU Ilmenau mischte Marie-Christin Machalett organische Ausgangsstoffe im flüssigen Zustand und ließ sie zu festen Oxidschichten reagieren, die sich besonders gut zur Herstellung organischer Solarzellen eignen. Solche Solarzellen werden von der Industrie geschätzt, weil sie besonders flexibel und leicht sind. Wissenschaftler der TU Ilmenau optimieren sie, da sie nicht langzeitstabil genug sind und ihre Herstellung derzeit noch teuer ist.

Ein weiteres Thema der Experten aus Forschung und Industrie war die so genannte LTCC-Funktionskeramik. Das Material LTCC wird zur Herstellung elektronischer Systeme verwendet, ohne die zum Beispiel die Autoelektronik nicht mehr auskommt. So werden aus „Low temperature cofired ceramics“ elektronische Bauelemente hergestellt, bei denen die Schaltungen auf dünnen keramischen Substraten aufgedruckt sind. Diese Folien werden miteinander verbunden und gestapelt, und der gesamte Stapel wird gebrannt, „cofired“, wie die Experten sagen. Das keramische Substrat, das dabei entsteht, bildet eine ideale, weil auch bei höchsten Temperaturen unempfindliche Einkapselung für sensible Schaltungen, die im Motorraum unwirtliche Umwelteinflüsse aushalten müssen. Die Mikrohybridschaltungen moderner Anti-Blockier-Systeme funktionieren dadurch ebenso zuverlässig wie Kondensatoren, Piezoaktoren, Sensoren und Brennstoffzellen. Die LTCC-Funktionskeramiken wurden unter anderem von Dr. Heike Bartsch vorgestellt, die an der TU Ilmenau über integrierte passive Bauelemente promoviert hat. Auf Anwenderseite deckten die Firmen EPCOS, Heraeus und Bosch das LTCC-Feld von der Herstellung der Dickschichtpasten bis zur Aufbautechnik hochintegrierter miniaturisierter Schaltungssysteme ab. Aus Anwendersicht berichteten die Solartechnik-Hersteller TEL und Centrosolar aus ihrer Forschung und Entwicklung.

Erwähnenswert: Nicht nur die Gastgeberin des Fachtreffens, die Leiterin des Fachgebiets Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe, Prof. Edda Rädlein, ist eine Frau, auch alle drei Forschungsvorträge, die in Ilmenau gehalten wurden, kamen von jungen Frauen, die hier promoviert oder ihren Master-Abschluss gemacht haben. Der Rektor der TU Ilmenau, Prof. Peter Scharff, freut sich darüber sehr: „Dass Frauen Technik und Naturwissenschaften beherrschen, wussten wir schon immer. Schön, dass unsere jahrelangen Bemühungen, Frauen für hochtechnische Ingenieurbereiche zu begeistern, jetzt so erfolgreich sind.“

Hintergrund:
Die Deutsche Glastechnische Gesellschaft und die Deutsche Keramische Gesellschaft vertreten Mitglieder, die sich in Industrie oder Forschung mit Glas oder Keramik befassen. Ziel der Verbände ist es, den Wissensstand und die Kontakte der Mitglieder untereinander zu fördern. Dazu organisieren die beiden Gesellschaften Tagungen und Sitzungen in Fachausschüssen zu unterschiedlichen Themen. Der 2002 in Berlin gegründete Arbeitskreis Glasig-kristalline Multifunktionswerkstoffe führt Fachleute aus den Gebieten Glas und Keramik zusammen. In seinen Treffen werden Grundlagen, Herstellungstechnologien und die Erschließung neuer Anwendungen diskutiert. Außerdem werden unter anderem Ringversuche, gemeinsame Forschungsprojekte und Veröffentlichungen organisiert. (http://www.ak-gkm.bam.de/)
Kontakt:
Prof. Edda Rädlein
Leiterin Fachgebiet Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe
Telefon: 03677 / 69-2802
Email: edda.raedlein@tu-ilmenau.de