50 Werkstoffwissenschaftler und Vertreter der Industrie kamen am 21. und 22. Februar an der Technischen Universität Ilmenau zusammen und diskutierten über neueste Forschungserkenntnisse und Herstellungstechnologien für innovative 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.
Fachleute aus Deutschland, der Schweiz und Liechtenstein besuchten das elfte Treffen des DGG-DKG-Arbeitskreises Glasig-kristalline Multifunktionswerkstoffe an der TU Ilmenau. Der Arbeitskreis ist ein Gemeinschaftsausschuss der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft e. V. (DGG) und der Deutschen Keramischen Gesellschaft e. V. (DKG); er veranstaltet jährlich ein Treffen zu einem wechselnden Themenschwerpunkt. Dabei orientieren sich die Themen des Treffens an den Forschungsschwerpunkten des jeweiligen Veranstalters.
Die Schwerpunkte der diesjährigen Veranstaltung lagen auf glasig-kristallinen Werkstoffen für die Photovoltaik sowie für keramische Schaltungsträger. 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 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, welche die Herstellungsprozesse von Solarzellen und -modulen erheblich verbessern würden. Dr. Manuela Junghähnel, die als Mitarbeiterin des Fraunhofer-Instituts für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP 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. Derartige 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 (Low temperature cofired ceramics) wird zur Herstellung elektronischer Systeme verwendet, ohne die zum Beispiel die Autoelektronik nicht mehr auskommt. So werden aus LTCC 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 Antiblockiersysteme 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 Solartechnikhersteller TEL und Centrosolar aus ihrer Forschung und Entwicklung.
Die hohe Teilnehmerzahl zeigte, dass Themen und der Veranstaltungsort gut gewählt waren.
- www.ak-gkm.bam.de
- www.tu-ilmenau.de
Die DGG, Deutsche Glastechnische Gesellschaft e. V., und die Deutsche Keramische Gesellschaft e. V. (DKG) 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.
Foto: TU Ilmenau
