Wenn elektrochrome Gläser nicht blau sind, sondern es bunt treiben

Wenn elektrochrome Gläser nicht blau sind, sondern es bunt treiben

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Brennt die Sonne vom Himmel, dunkeln elektrochrome Gläser automatisch ab und sorgen dafür, dass die Hitze draussen bleibt. Bislang gibt es sie jedoch nur in der  Farbe Blau, und mit relativ langen Schaltzeiten. Forschern des Fraunhofer Instituts ist es erstmalig gelungen, mit einem neuartigen Verfahren andersfarbige Scheiben herzustellen, die zudem etwa zehnmal schneller als herkömmliche Modelle schalten.

Wenn sich im Winter die Dunkelheit bereits nachmittags übers Land senkt, ist man im Winter froh über jeden Sonnenstrahl. An heissen Sommertagen dagegen könnte man auf die zusätzliche Wärme verzichten, die die Sonne ins Büro bringt. Elektrochrome Scheiben schaffen Abhilfe: Ist es draussen eher dunkel, sind sie transparent und lassen Licht und Wärme durch. Knallt dagegen die Sonne vom Himmel, können die Fenster abgedunkelt werden, sodass ein Grossteil der Hitze draussen bleibt. Solche Scheiben schimmern jeweils Blau. In anderen Farben sind sie bislang nicht erhältlich.

Schnellere Schaltzeiten

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung (IAP) in Potsdam-Golm haben nun eine neue Herstellungsmethode für solche elektrochromen Glasscheiben entwickelt. „Wir können zum einen Glasscheiben mit einer grossen Farbvielfalt herstellen, zum anderen erreichen wir deutlich schnellere Schaltzeiten als bei bisherigen Modellen“, sagt Dr. Volker Eberhardt, Wissenschaftler am IAP. Am Projekt beteiligt sich die Tilse Formglas GmbH, zudem wird es vom deutschen Bundesministerium für Wirtschaft gefördert.

Das Prinzip der elektrochromen Scheiben: Üblicherweise verwenden Hersteller Glas, das mit lichtdurchlässigen Indium-Zinn-Oxid oder dem kostengünstigeren Fluor-Zinn-Oxid beschichtet ist. Dank dieser Beschichtung wird das Glas elektrisch leitfähig. Für eine intelligente Fensterscheibe sind allerdings zwei solcher Glasscheiben erforderlich: Auf die eine der beiden wird noch eine weitere Schicht aufgedampft, das elektrochrome Wolframoxid. Dann werden die Gläser mit den beschichteten Seiten aufeinander gelegt und mit einem gelartigen Elektrolyt miteinander verbunden. Legt man nun eine Spannung an das Glas an, verdunkelt sich die Wolframoxidbeschichtung. Durch Umkehrung der Polung hellt sie sich auf. Dies dauert jedoch lange. Vor allem bei grossen Scheiben von zwei bis drei Quadratmetern können 15 bis 20 Minuten vergehen, ehe sie vollständig abgedunkelt sind.

Rosa- und lilafarbene Fenster

Die IAP-Forscher am IAP verwenden eine andere Technologie, um die Scheiben abzudunkeln. „Wir nutzen organische Monomere, die wir in ein speziell entwickeltes Giessharz Mischen“, sagt Eberhardt. Bei Monomeren handelt es sich um reaktionsfähige Moleküle. - Wie beim bisherigen Verfahren nutzen die Wissenschaftler als Ausgangssubstrat zinnoxidbeschichtete Glasscheiben. Allerdings verzichten sie auf eine weitere Beschichtung und legen stattdessen die Scheiben mit der Zinnoxidbeschichtung aufeinander. Danach wird das Giessharz samt den elektrochromen Molekülen in den entstehenden Hohlraum gefüllt und härten das Harz über Hitze oder UV-Strahlung ausgehärtet. Dann legen die Forscher eine Gleichspannung an. Dies führt dazu, dass sich die Monomere auf einer der Elektroden zu einem elektrochromen Polymer verbinden.

Bei einer deutlich geringeren Spannung lässt sich die Scheibe dann schalten. Der organische Farbgeber hat verschiedene Vorteile. Zum einen lassen sich durch die Wahl anderer Monomere künftig auch rote oder lila Scheiben verbauen. Zum anderen reagieren diese deutlich schneller. „Eine 1,2 Quadratmeter grosse Scheibe abzudunkeln, dauert nur etwa 20 bis 30 Sekunden“, sagt Eberhardt. „Klassische Wolframoxid-basierende elektrochrome Systeme würden dafür sicherlich zehn Minuten brauchen.“

Sichere und stabile Scheiben

Auch die Stabilität der Scheiben spricht laut den Forschern für das neue Verfahren. „Wir haben die Stabilität unserer elektrochromen Scheiben entsprechend geltender DIN-Normen testen lassen: Bereits ein Verbund aus zwei Scheiben reicht aus, um eine Überkopf-Verglasung oder begehbare Scheiben zu realisieren. Bisher brauchte man dazu einen Vielfach-Glas-Verbund“, so Eberhardt. Das heisst: Mit dem speziellen Giessharz lassen sich zum einen Materialkosten sparen, da man statt drei oder vier Scheiben nur zwei braucht, zum anderen kann man diese erstmalig auch elektrochrom schalten.

Einen Prototypen der elektrochromen Giessharz-Verglasung gibt es bereits, er schaltet momentan in der Farbe Blau. Im nächsten Schritt realisieren die Forscher andere Farben, etwa Rot. (mai/mgt)